WK電鏟在神華寶礦嚴寒工況的適應性設計

張 宇， 盧安卿

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

引言

當前WK系列國產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。不同的使用地域、使用溫度和生產工況對電鏟的應用提出了不同的要求。神華集團的寶日希勒礦業公司（全文簡稱神華寶礦）所處的地方，每年冬季氣候占據時間長達6個月，每年12月開始，當地氣溫會降至－40℃左右，并且持續3個月。2014年12月，冬季寒冷的溫度再次出現，神華寶礦采掘區內的1臺 WK－35電鏟，出現了幾乎一天一次的停機故障，并偶爾出現掉斗現象，情況嚴重。WK－35電鏟技術人員迅速趕往現場進行分析處理，并進行了適應性改進設計。

1 故障電鏟的工作環境

在神華寶礦有2010年同時采購的2臺WK－35電鏟，但是其中1臺發生故障停機的概率比另1臺大，故障設備出現壓縮空氣管路凍結的頻率較高。通過仔細觀察故障電鏟的工作環境，發現易出現停機故障的電鏟是在排廢料的工作面工作，該區域由于存在地下水外漏的問題，導致周圍空氣中水分含量偏高。

寒冷的氣候加上潮濕的環境，兩個因素共同作用，導致電鏟內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的地方就發生了管路凍結的問題，導致了整個電鏟氣路不順暢，工作氣壓下降，出現停機故障。這嚴重影響了電鏟的工作效率，影響了神華寶礦的正常生產任務。

2 停機故障分析

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

清晰的故障描述和分析是正確處理問題的前提條件。通過連續的現場觀察，不斷收集獲取礦方故障記錄數據，終于發現了故障的真正原因，并理解了故障的背后邏輯關系。神華寶礦極其寒冷的氣候和該電鏟周圍較潮濕的工作環境，共同作用加劇了該電鏟氣路管路凍結問題的發生；不斷地凍結導致了立即停機故障不斷發生，伴隨著電鏟各機構抱閘系統的不斷磨損；在某一次停機故障發生后，由于抱閘過多磨損時不能將電鏟鏟斗安全停在工作位置，進而出現了掉斗現象；掉斗現象出現后，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還在正常工作，因此與鏟斗相關的提升和推壓變頻器即報出轉速過快的故障。

3 適應性設計

通過前面的工作，找到了掉斗發生的真正原因。技術人員著手進行該工作環境的適應性設計。主要分為氣路管路問題適應性設計和電氣的預警適應性設計，同時強調了抱閘系統的檢測標準值和更換周期。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并進行了酒精加注工作，以減小氣路系統的凍結概率［2］。

通過反復查找，發現機棚頂部氣包的進出氣口最易發生凍結問題，因此判斷該氣路點為整個系統的薄弱環節。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，保證該部位不發生凍結現象。

改進完成后，發現氣壓監測點也易引起監測不準確的問題。原因是監測傳感器的監測點管路口徑偏小，容易發生監測點凍結，導致了監測值低于實際氣壓值，引起停機故障的發生［3］。最后技術人員將氣壓檢測點的位置改變在潤滑室內氣包上，同時將檢測點口徑變大。

基于前面的適應性設計，很好地改善了整個電鏟發生氣路管路的凍結問題，也就避免了非正常的立即停機故障的發生，避免了對各機構抱閘系統的非正常磨損［4］。

另外構思在主氣包上增加一個壓力預檢測繼電器，參與氣壓檢測。在氣壓過低，出現電鏟停機之前，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現象。設計人員現場即進行了該適應性設計改進。該技術避免了立即停機對制動器產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 結語

目前，太重生產的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性設計方案，同時也提出了電氣方面的預警方案，避免了電鏟非正常停機，提高了寒冷地區電鏟的使用效率，降低了電鏟保養人員解凍的工作量，保證了露天礦在寒冷季節的生產任務。針對神華寶礦嚴寒工況的適應性設計，對今后電鏟的寒冷工況設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］ 天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2012.

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

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