張 宇， 盧安卿

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

當(dāng)前WK系列國產(chǎn)大型礦用電鏟在全國各大露天礦中使用廣泛，比如在冬季寒冷的海拉爾地、夏季酷熱的廣州地區(qū)。不同的使用地域、使用溫度和生產(chǎn)工況對電鏟的應(yīng)用提出了不同的要求。神華集團的寶日希勒礦業(yè)公司（全文簡稱神華寶礦）所處的地方，每年冬季氣候占據(jù)時間長達(dá)6個月，每年12月開始，當(dāng)?shù)貧鉁貢抵粒?0℃左右，并且持續(xù)3個月。2014年12月，冬季寒冷的溫度再次出現(xiàn)，神華寶礦采掘區(qū)內(nèi)的1臺 WK－35電鏟，出現(xiàn)了幾乎一天一次的停機故障，并偶爾出現(xiàn)掉斗現(xiàn)象，情況嚴(yán)重。WK－35電鏟技術(shù)人員迅速趕往現(xiàn)場進行分析處理，并進行了適應(yīng)性改進設(shè)計。

1 故障電鏟的工作環(huán)境

在神華寶礦有2010年同時采購的2臺WK－35電鏟，但是其中1臺發(fā)生故障停機的概率比另1臺大，故障設(shè)備出現(xiàn)壓縮空氣管路凍結(jié)的頻率較高。通過仔細(xì)觀察故障電鏟的工作環(huán)境，發(fā)現(xiàn)易出現(xiàn)停機故障的電鏟是在排廢料的工作面工作，該區(qū)域由于存在地下水外漏的問題，導(dǎo)致周圍空氣中水分含量偏高。

寒冷的氣候加上潮濕的環(huán)境，兩個因素共同作用，導(dǎo)致電鏟內(nèi)部的空氣壓縮機壓縮的空氣中水分含量過高，在電鏟機棚外部管路易凍結(jié)的地方就發(fā)生了管路凍結(jié)的問題，導(dǎo)致了整個電鏟氣路不順暢，工作氣壓下降，出現(xiàn)停機故障。這嚴(yán)重影響了電鏟的工作效率，影響了神華寶礦的正常生產(chǎn)任務(wù)。

2 停機故障分析

在神華寶礦現(xiàn)場，礦方技術(shù)人員表達(dá)的現(xiàn)象為電鏟掉斗時各機構(gòu)變頻器報出的各種故障。礦方技術(shù)人員分析結(jié)果：掉斗是電鏟電氣設(shè)備故障引起的電氣故障。描述了在掉斗發(fā)生時變頻器內(nèi)報出的相關(guān)故障，比如提升機構(gòu)變頻器出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速超速或轉(zhuǎn)速失步，推壓機構(gòu)變頻器出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速超速或轉(zhuǎn)速失步故障。礦方的描述給太原重工股份有限公司（以下簡稱“太重”）技術(shù)人員形成了先入為主的觀念，使得太重技術(shù)人員懷疑該電鏟所使用的西門子S120變頻器存在質(zhì)量問題［1］。

清晰的故障描述和分析是正確處理問題的前提條件。通過連續(xù)的現(xiàn)場觀察，不斷收集獲取礦方故障記錄數(shù)據(jù)，終于發(fā)現(xiàn)了故障的真正原因，并理解了故障的背后邏輯關(guān)系。神華寶礦極其寒冷的氣候和該電鏟周圍較潮濕的工作環(huán)境，共同作用加劇了該電鏟氣路管路凍結(jié)問題的發(fā)生；不斷地凍結(jié)導(dǎo)致了立即停機故障不斷發(fā)生，伴隨著電鏟各機構(gòu)抱閘系統(tǒng)的不斷磨損；在某一次停機故障發(fā)生后，由于抱閘過多磨損時不能將電鏟鏟斗安全停在工作位置，進而出現(xiàn)了掉斗現(xiàn)象；掉斗現(xiàn)象出現(xiàn)后，由于電鏟變頻器高壓電已安全停止工作而變頻器弱電系統(tǒng)還在正常工作，因此與鏟斗相關(guān)的提升和推壓變頻器即報出轉(zhuǎn)速過快的故障。

3 適應(yīng)性設(shè)計

通過前面的工作，找到了掉斗發(fā)生的真正原因。技術(shù)人員著手進行該工作環(huán)境的適應(yīng)性設(shè)計。主要分為氣路管路問題適應(yīng)性設(shè)計和電氣的預(yù)警適應(yīng)性設(shè)計，同時強調(diào)了抱閘系統(tǒng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)值和更換周期。從不同角度入手，全面解決該WK電鏟在該寒冷潮濕工況的停機故障。

首先，拆除了抱閘電磁閥的消音器，增加排氣速度；將氣路防凍器挪至主氣路系統(tǒng)并進行了酒精加注工作，以減小氣路系統(tǒng)的凍結(jié)概率［2］。

通過反復(fù)查找，發(fā)現(xiàn)機棚頂部氣包的進出氣口最易發(fā)生凍結(jié)問題，因此判斷該氣路點為整個系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。所以將機棚頂部氣包的進氣口、出氣口的接頭和膠管的通徑增大，保證該部位不發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。

改進完成后，發(fā)現(xiàn)氣壓監(jiān)測點也易引起監(jiān)測不準(zhǔn)確的問題。原因是監(jiān)測傳感器的監(jiān)測點管路口徑偏小，容易發(fā)生監(jiān)測點凍結(jié)，導(dǎo)致了監(jiān)測值低于實際氣壓值，引起停機故障的發(fā)生［3］。最后技術(shù)人員將氣壓檢測點的位置改變在潤滑室內(nèi)氣包上，同時將檢測點口徑變大。

基于前面的適應(yīng)性設(shè)計，很好地改善了整個電鏟發(fā)生氣路管路的凍結(jié)問題，也就避免了非正常的立即停機故障的發(fā)生，避免了對各機構(gòu)抱閘系統(tǒng)的非正常磨損［4］。

另外構(gòu)思在主氣包上增加一個壓力預(yù)檢測繼電器，參與氣壓檢測。在氣壓過低，出現(xiàn)電鏟停機之前，通過司機室蜂鳴器報警，提示操作者將鏟斗按照規(guī)范放在地面上，然后通知檢修人員查看主氣包所連接的管路是否存在凍結(jié)現(xiàn)象。設(shè)計人員現(xiàn)場即進行了該適應(yīng)性設(shè)計改進。該技術(shù)避免了立即停機對制動器產(chǎn)生不必要的非正常磨損，避免鏟斗落地，受到礦方極大肯定。

4 結(jié)語

目前，太重生產(chǎn)的WK系列大型礦用電鏟已在全國各大露天礦中廣泛使用，不同的露天礦有著不同的使用工況。針對寒冷潮濕的工況，本文提出了電鏟氣路的適應(yīng)性設(shè)計方案，同時也提出了電氣方面的預(yù)警方案，避免了電鏟非正常停機，提高了寒冷地區(qū)電鏟的使用效率，降低了電鏟保養(yǎng)人員解凍的工作量，保證了露天礦在寒冷季節(jié)的生產(chǎn)任務(wù)。針對神華寶礦嚴(yán)寒工況的適應(yīng)性設(shè)計，對今后電鏟的寒冷工況設(shè)計具有較好的參考價值。

［1］ 西門子公司SINAMICS G／S.Tool for plain text display of error and warning texts［M］.北京：西門子（中國）出版社，2013.

［2］ 天津電氣傳動設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［3］ 吳作明，杜明星.深入淺出西門子STEP7［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［4］ 聞邦椿.機械設(shè)計手冊第四卷流體傳動與控制［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.