王勇澎
1智能采礦裝備技術全國重點實驗室 山西太原 030000
2太原重工股份有限公司技術中心 山西太原 030000
電鏟作業(yè)環(huán)境惡劣,傳動系統(tǒng)承受重載、強沖擊、頻繁正反轉(zhuǎn)等狀況,僅僅依賴人工日常點檢,很難在早期階段預測故障發(fā)生,影響電鏟的可靠性和開機率[1]。結(jié)合電鏟傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和工作原理,通過加裝適當?shù)膫鞲衅?,對傳動系統(tǒng)關鍵部位的溫度和振動、制動器運行狀態(tài)以及潤滑油流量進行在線監(jiān)測,通過人機交互界面顯示故障并報警,及時發(fā)現(xiàn)設備劣化與隱患,降低事故率,延長設備使用壽命,降低運營成本。
電鏟傳動系統(tǒng)主要由推壓機構(gòu)、提升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu) 4 部分組成,如圖1 所示。推壓機構(gòu)和提升機構(gòu)共同作用,帶動鏟斗完成挖掘作業(yè);回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動電鏟上部,完成鏟斗的裝載作業(yè);行走機構(gòu)驅(qū)動履帶行走裝置,實現(xiàn)電鏟的前進和后退。
圖1 電鏟傳動系統(tǒng)組成
針對電鏟使用過程中易發(fā)生故障的部位,對電鏟傳動系統(tǒng)狀態(tài)進行在線監(jiān)測研究,主要包括軸承溫度、減速箱振動、制動器運行狀態(tài)和潤滑油流量,司機室內(nèi)顯示屏上實時顯示監(jiān)測狀況、數(shù)據(jù)和故障報警。
軸承是電鏟傳動系統(tǒng)的重要零件,溫度隨著設備運轉(zhuǎn)逐步升高,一定時間后達到熱平衡的穩(wěn)定狀態(tài),溫升因轉(zhuǎn)速、負載和潤滑方式等而不同。如果潤滑不良、裝配不當?shù)龋瑫е螺S承溫度急劇上升,出現(xiàn)異常高溫,必須及時停止設備運轉(zhuǎn),防止給設備帶來嚴重損壞。因此,有必要安裝溫度傳感器,實時監(jiān)測軸承作業(yè)時的溫度。
溫度傳感器分為接觸式和非接觸式,PT100 接觸式鉑熱電阻溫度傳感器具有安裝方便、精確靈敏、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點,可直接與軸承外圈表面接觸實現(xiàn)溫度精確測量。在電鏟提升、推壓、回轉(zhuǎn)等機構(gòu)軸承安裝位置選取 20 處加裝 PT100 接觸式鉑熱電阻溫度傳感器,現(xiàn)場安裝如圖2 所示。通過數(shù)據(jù)采集模塊將傳感器采集到的信號傳輸?shù)?PLC,司機室顯示屏在線顯示,當溫度超過設定的閾值時自動報警。
圖2 溫度傳感器現(xiàn)場安裝示意
電鏟傳動系統(tǒng)的減速箱安裝不牢靠、聯(lián)軸器不同軸、軸承損壞、軸變形、斷齒、齒面點蝕或磨損嚴重等問題都會導致減速箱發(fā)生異常振動[2],可以用加速度傳感器測量減速箱振動。在各機構(gòu)減速箱上多個位置安裝三軸加速度傳感器,可同時測量x、y、z3 個方向振動情況,如圖3 所示。對振動信號進行數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲,同時建立減速箱正常運行和各類故障導致的減速箱異常振動的數(shù)據(jù)庫,當減速箱發(fā)生異常振動時,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和對比分析,實現(xiàn)故障預警和診斷,將傳動系統(tǒng)維護過程從被動變?yōu)樵缙陬A測,消除意外故障,減少故障停機時間,提高傳動系統(tǒng)的可靠性。
圖3 減速箱振動監(jiān)測流程
電鏟推壓、提升和回轉(zhuǎn)機構(gòu)減速箱均已配備振動在線監(jiān)測功能。
電鏟傳動系統(tǒng)配有氣動盤式制動器,當傳動機構(gòu)運轉(zhuǎn)時,制動器通過氣室驅(qū)動處于打開狀態(tài);停止運轉(zhuǎn)時,制動器依靠彈簧抱閘處于制動狀態(tài)。在制動器上安裝松剎指示開關,如圖4 所示,實時獲取制動器制動或打開狀態(tài);安裝磨損開關,及時掌握摩擦片和摩擦盤的磨耗量,指導維修人員及時調(diào)整或更換摩擦片,確保作業(yè)安全。通過松剎和磨損指示開關獲取的制動器運行狀態(tài)信息、制動器運行狀態(tài)顯示和報警,如圖5 所示。
圖4 制動器指示開關安裝示意
圖5 制動器運行狀態(tài)顯示和報警
電鏟推壓、提升和回轉(zhuǎn)機構(gòu)均采用自動潤滑系統(tǒng),定時、定量地對減速箱內(nèi)軸承、銅套和齒輪進行潤滑,潤滑效果直接關系到傳動系統(tǒng)的使用壽命。為提高自動潤滑系統(tǒng)的可靠性,在潤滑系統(tǒng)管路上加裝流量計,如圖6 所示,實時顯示潤滑油流量,并傳輸?shù)剿緳C室的顯示屏上,實時顯示減速箱潤滑狀態(tài),并自動報警,防止因潤滑管路、過濾器堵塞等引起潤滑不到位,而導致減速箱內(nèi)零部件損壞。
圖6 流量計安裝示意
筆者結(jié)合電鏟傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)場使用情況,進行了傳動系統(tǒng)狀態(tài)在線監(jiān)測研究,實現(xiàn)了傳動系統(tǒng)軸承溫度、減速箱振動、制動器運行狀態(tài)和潤滑油流量監(jiān)測。狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)已在系列電鏟上推廣應用,使用效果良好,大幅提高了傳動系統(tǒng)運行可靠性,節(jié)約了維護運營成本,提高了電鏟作業(yè)效率,同時為開發(fā)遠程或無人操作智能電鏟奠定了基礎。