港口挖掘機節能技術研究與改造

王齊

摘 要：挖掘機的應用比較廣泛，特別是用于各大企業、工程項目等，港口挖掘機的需求十分旺盛，并且呈增長趨勢，挖掘機在港口可用于煤炭貨物的堆存以及冬季煤炭卸貨車作業的輔助。傳統挖掘機效率低，能耗大，維修成本高，廢氣排放量大，污染嚴重，漏油現象也是有發生，雖然以柴油機為動力尚可，但工作時的噪聲、廢氣等對環境造成了嚴重的污染。為節能降耗、且達到環保要求，我們經過調研分析，決定對傳統挖掘機機進行技術研究與改造，增加電動機系統，使其成為油電兩用雙動力挖掘機。

關鍵詞：油電兩用;升級改造;節能降耗

中圖分類號：U653.922 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0058-02

1 挖掘機核心部分的技術研究與改造

原有的挖掘機動力系統不變，新增加一套電動機系統，在煤炭堆場等作業場地內設置電源，通過隨機電纜將場地內電源供到挖掘機上，堆存作業時可關閉柴油機，使用電動機驅動挖掘機堆存作業。若沒有電源，當由一個堆場移動到另一個堆場或長距離移動挖掘機時，依然可以用柴油機驅動。

1.1 電纜及電纜卷筒

YCW和YC重型橡套電纜能承受很大機械外力的自身拖拽力，港口機械設備中多有應用。YCW電纜為重型通用橡套電纜，ycw電纜可用于工地上臨時施工用，能承受較大的機械外力作用，廣泛適用于交流額定電壓450/750V以下各種電動工具、移動式電器設備或輕型移動電氣設備等，線芯的工作溫度應不超過60℃。根據挖掘機用電量，挖掘機作業時需經常短距離移動，電纜選用截面積為150m2電纜，即YCW3X150電纜最為合適[4]。

JXD、TXC磁滯式電纜卷筒有自制動功能，無需安裝制動器，安全可靠，是目前國內最理想的電纜卷繞裝置，在回轉處增加一套J3D-4型磁滯式電纜卷筒，根據電纜長度，確定電纜卷筒外徑為4300mm。

1.2 電動機

在原有挖掘機回轉平臺尾部增加電動機、主泵、切換閥組等，與原來的系統組成兩套雙泵雙回路的開式恒功率變量液壓系統，使挖掘機功率利用依然達到最佳狀態。增加YX3-355M-4型高效電機如圖1所示。

選擇電動機的功率要以驅動的液壓泵功率計算，如下：

P=PpQmax/ηp=154W

式中：P——泵的功率，kW;

Pp——取液壓泵的額定壓力的0.8倍，MPa;

Qmax——液壓泵的流量，m3/s;

ηp——主泵的效率，取0.8～0.85。

日立ZX型挖掘機主泵的最大工作壓力（Pp）為32MPa。主泵的流量（Qmax）為288L/min，按照上式計算，電驅動系統的電動機功率為154Kw。

為滿足使用要求，我們選用160kW電動機，調查研究對比后選用功率為160kW、電流為290A、轉速為1490r/min的電動機最為適宜，因此選用YX3-315L-4型高效電機[1]。

選用YX3-315L-4型高效率電機有以下幾大好處：

（1）鐵芯材質好，所以空載損耗低。（2）損耗低、效率高，節能。（3）損耗低，發熱量小，所以電機溫升低，延長了電機的使用壽命。（4）振動小，噪音低。（5）溫升低，延長機械部件使用壽命。

1.3 軟啟動器

本次選用施耐德ATS48軟啟動器，軟啟動-軟停止單元用于功率范圍1200kW范圍內的三相異步電機的力矩控制軟啟停。具有電機保護功能，同時還具有通訊控制模塊進行通訊連接。

ATS48軟啟動-軟停止單元有效降低設備故障率，提高設備穩定性，它可以：

（1）降低電機線路峰值電流和電壓降來有效降低電氣系統的運行負擔。（2）有效改善機械可用性來降低設備的運行成本。

1.4 PLC控制系統

將用戶程序送入PLC中，進行監控和故障檢測。S7-200系列PLC有多種編程器，一般可分為智能型和簡易型。本文選用簡易型編程器，簡易實用，是袖珍型的產品，節省空間，增添的PLC控制系統，選用西門子的S7-200型簡易型PLC控制器。將與電動機動力源相關的設備狀態信息和故障信息輸入到PLC控制器內，并通過PLC控制器讓各機構動作達到控制目的[3]。

S7-200系列出色表現在以下幾個方面：

（1）擴展模塊豐富。（2）操作方便、易于掌握、安全可靠。（3）內置集成功能豐富。（4）通訊能力強，便于控制。

1.5 配電箱及供電裝置

在回轉平臺右側增加1臺高度為900mm、長度為600mm 厚度為500mm的配電箱。配電柜防護級別為IP55級。內設電源總開關、啟動器、控制和保護元件，保證整機供電和用電安全。在挖掘機作業區域四個堆場內設置四座容量為913kVA的箱式變電站，為挖掘機供電。每隔100m安裝一個容量為200kW的地面接線箱。挖掘機通過工業快速插頭與接線箱連接，用以給挖掘機提供電源。

1.6 設備冷卻

將電動機的冷卻器串聯在冷卻回路中，使用電動機冷卻風扇轉動來降低溫度。為防止因冷卻器背壓高造成冷卻系統故障或損壞，可在主液壓系統中設置了旁路閥，液壓油可通過旁路閥直接回到液壓油箱，背壓超過0.6MPA時旁路閥起作用。

1.7 油電切換

液壓油從液壓油箱并聯進入2臺主泵，壓力油通過切換閥組進入挖掘機多路控制閥，其中經過中央回轉接頭的壓力油，驅動左右行走裝置的液壓馬達，其它的直接驅動回轉裝置的動臂缸、液壓馬達等，以此來實現挖掘機的各項基本工作，2套系統不可同時作業，油電切換閥用于電動機與柴油機驅動的切換，不用人工對裝置進行調換，切換閥可在駕駛室內進行轉換操作。

1.8 安裝架

安裝新增加的油泵、閥組、電動機、電纜卷盤等，延長回轉平臺1.5米，在回轉平臺頭部增加配重，達到設備的平衡狀態，改進前、后機架結構對比如圖2所示。

2 改進后應用效果

2.1 改善工作環境，達到環保要求

電動機較柴油機相比，無廢氣排出，設備平穩可靠，噪聲幅度的降低，讓現場作業人員工作環境顯著改善，在挖掘機其他輔助工作系統如照明燈等由動力電源提供電能，降低柴油機使用時間和油耗支出，減少了廢氣排放，真正意義上達到了環保的要求。

2.2 降低維修和運行成本

電動機、電氣元件的故障率低、可靠性強，可有效降低了挖掘機的維修成本;柴油機工作負荷降低，運行臺時減少，相關配件問題故障率降低，保養間隔周期延長，從根本上節約了大量材料費、維修保養費，同時也降低了維修人員的勞動強度。 運行臺時的減少帶來加油次數的減少，節省大量燃油費。

3 結語

挖掘機增加電動機系統后，作業成本大幅降低，作業環境明顯改善，經濟效益和社會價值有所提高。

參考文獻

[1] 劉利，王棟.電動機軟啟動器實用技術[M].中國電力出版社，2010.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].化學工業出版社，2016.

[3] 廖常初.PLC編程及應用[M].機械工業出版社，2014.

[4] 李金伴，主編.常用電線電纜選用手冊[M].化學工業出版社，2011.