電鏟工作裝置狀態檢修方式的探索與應用

劉洋，馮占中，王柏春，盧海章，劉成

（1.國能北電勝利能源有限公司，內蒙古 錫林浩特 026000；2.北京力控元通科技有限公司，山西 太原 030000）

1 電鏟工作裝置的構造及工作原理

電鏟工作裝置是執行指定動作的主要機構，主要由推壓、提升、回轉、行走、開斗等機構組成。維修人員每天要做的是檢查各零部件連接處的潤滑情況、重要部位的磨損情況和傳統部件的狀態。工作裝置完成各種動作主要依靠各電機帶動減速箱輸出到執行機構，電動機的調速依靠主令給定信號到變頻器，變頻器輸出電機扭矩使電動機和減速箱滿足工作要求。

工作裝置的維修工作包括：（1）對比連接處的袖套和銷軸尺寸，確認是否需要更換維修，避免出現過度維修的情況；（2）檢查并更換老化破損潤滑油管、液壓油管、線路、損壞的限位傳感器；（3）對減速機的檢修主要是更換其密封件、定期更換油脂等來減少機械故障。為了減少不必要的人力損耗，避免出現過度維修的情況，要根據零部件的理論使用壽命和零部件當前的使用狀態確認是否需要維修。各主要部件的理論使用壽命：提升一軸12000h，推壓一軸10000h，提升二軸20000h 等。

2 設備技術資料

維修人員只有掌握電鏟相關的理論知識，才能讀懂電鏟操作手冊和維護保養手冊，才能吸收消化相關的技術資料，并在此基礎上設定維修方案。電鏟基于狀態維修工作流程分為三個階段，包括狀態監控、狀態評估與預測、維修分析與決策。

（1）狀態監控階段。巡查電鏟的重要部位，了解電鏟各部位的狀態信息。根據狀態指示確定潛在故障值，判斷是否存在潛在故障。如果潛在故障值比較低，可以直接進入下一個環節，如果潛在故障值比較高，就需要采集狀態信息。（2）故障診斷與預測階段。在這一階段已經出現了故障，需要結合狀態指示值判斷出現了哪種類型的故障。如果指示值在P 點，表明存在潛在故障。如果指示值出現在f 點，表明存在功能故障。如果指示值是T，表明潛在故障正逐步轉向為功能故障。為了確保能夠100%檢測出潛在故障，必須符合這一要求：Tc＜T。一旦發現潛在故障，則需要檢測所有零件的剩余壽命，將具體信息記錄在維修檔案庫中。（3）維修決策階段。在進行故障診斷后，可以根據故障類型采取不同的維修措施。針對功能故障可以進行搶修和修復性維修，如果不是功能故障，可以進行預防性維修。

3 電鏟安全監測方面存在的問題與解決方案

3.1 電鏟發生電氣故障時鏟斗掉落和回轉角度過大

在以往的電鏟運行使用過程中，一旦電鏟電氣系統或者供電系統出現問題，引起電鏟電氣控制系統故障，導致變頻驅動部分跳機，這時候正處于裝載狀態的電鏟鏟斗，由于鏟斗自身加上其裝載的物料所包含的巨大重量，使鏟斗具備很大的慣性，在電鏟做出提升、下放或回轉時發生鏟斗掉落或者回轉角度過大的問題。如果不能在短距離內停止動作，則會對處于作業半徑內的卡車造成損壞，甚至對卡車司機造成人身傷害。在實際作業中，確實出現過鏟斗將卡車箱斗砸壞，鏟斗斗齒將卡車輪胎劃爆，更嚴重的是鏟斗直接與卡車駕駛室相撞。這類事故每次都造成卡車損壞甚至人身傷害，面對這些安全問題，我們應該從技術角度出發找出其原因，或者通過完善電氣監測系統以做出提前預警，從而避免事故的發生。

這類事故發生時，電鏟工作過程如下：當變頻驅動部分跳機時，電鏟電機失去驅動電流，電機抱閘空氣壓力由快排閥釋放，電機抱閘抱死。那么，鏟斗的行程就和它的初速度、重量大小成正比，與抱閘摩擦力大小成反比。假設電鏟在額定速度，鏟斗在滿載的極限狀態下，這時抱閘的滑動摩擦力在縮短鏟斗行程距離時就起到了決定性作用，滑動摩擦力的大小計算公式為f=μN，μ是動摩擦因數，與材料和接觸面的粗糙程度有關；N 表示正壓力，抱閘產生的摩擦力和抱閘盤的正壓力成正比例，所以影響鏟斗行程距離的主要因素在摩擦盤的正壓力上。通常情況下，新更換的抱閘摩擦盤是不會發生行程過長的問題，因為抱閘盤可以提供足夠的正壓力，但是使用一段時間后抱閘盤存在一定的磨損，就不能提供可靠的正壓力了，因此就造成了電鏟鏟斗行程過長的問題。抱閘盤具體磨損到什么程度，能否正常工作，通過肉眼會很難鑒定，當磨損過限時就會發生上面提到的掉鏟斗，撞大車等嚴重事故。這時，抱閘磨損檢測系統就起到了關鍵的預警作用，抱閘磨損檢測系統主要工作原理為在電鏟的各部抱閘摩擦盤上安裝行程開關，將行程開關常閉點開關量編輯進入PLC 程序，再通過運算將報警信號顯示在司機室操作屏上。抱閘摩擦盤在正常磨損范圍內時摩擦片與行程開關正常接觸，保證開關常閉點不斷開；當抱閘摩擦盤超過磨損上限時，摩擦片變薄則無法接觸到行程開關，開關內常閉點斷開，PLC 程序就會讀取信號，這時，司機就會在操作屏上看到相關報警提示，從而提醒更換摩擦盤，這樣就避免了相應事故的發生。

3.2 電鏟工作中俯仰角度過大

電鏟是一種大噸位采掘設備，重達1100 多t，其回轉平臺和底架梁靠中心軸連接，輔助回轉托輥完成轉動和支撐動作，電鏟80%的重量全靠它們承載，因此，電鏟設計上規定電鏟工作的俯仰角度不能超過5°，這種要求是對中心軸和回轉托輥的一種保護，同時也是對電氣系統的一種保護。如果電鏟處于大角度作業環境，在進行回轉作業時，會對中心軸造成很大的磨損，對行走減速機構造成巨大的沖擊，可能損壞行走減速機構的部件，引發大型機械故障；電鏟在這種大角度挖掘過程中，由于工作環境角度過大，會出現電鏟在額定速度進行回轉作業時造成回轉過載，導致故障停機從而產生問題。所述的回轉角度過大問題，造成采掘或運輸設備的損壞，甚至造成人身傷害。由于電鏟沒有可以測量傾斜角度的設備，所以實際工作中全靠司機的感覺，這就造成了有時起坡作業后發現角度過大，導致電氣故障頻發，在實際作業時，也因此發生過安全事故。由于回轉平臺是整個電鏟的中心位置，因此，在回轉平臺中安裝水平和俯仰兩個方向的平衡監測裝置。將兩個平衡儀的參數傳到距離中心最近的PLC 機站，再通過程序運算將畫面顯示在司機室顯示屏，司機起坡作業時，可以隨時查看電鏟的偏轉狀態，實時監控電鏟作業環境的角度，從而保證電鏟起坡作業時的安全性。

4 電鏟安全裝置的檢修

電鏟安全監測裝置的可靠運行是保證電鏟完好和相關人員安全的有力保障。因此，必須制定合理的檢修措施，用以保障安全監測裝置的完好性和可靠性。下面介紹電鏟安全監測裝置三級檢修的相關管理辦法。

4.1 安全監管人員

安全監管人員或部門負責定期對安全監測裝置的功能進行現場實動檢測，將存在問題和隱患的裝置進行通報。這中間涉及什么時間進行實動檢測和測試結果達到什么狀態則為合格的定時和定性的問題。首先，根據現場實際運行狀態，把時間界定在安全裝置具備保障能力的臨界值之前，同時根據安全保障裝置設計使用壽命做出合理制定，引入安全監測裝置測試時間計算公式：C=（T-DT/N）×90%；式中的T 是設計使用時間，式中的N是理論動作次數，式中的D 是電氣故障裝置實際發生次數，這里保證臨界值提前余量為10%。定性即安全裝置是否在可以保障電鏟安全作業的范圍。需要根據生產實際和工作狀態對配件壽命和電鏟反應現象進行定時間、定長度、定頻率等等的實動測試，從而有效地反映出安全裝置所處的狀態。例如，電鏟發生電氣故障時鏟斗掉落和回轉角度過大這個問題中，根據設備綜合情況制定鏟斗空載額定速度下放狀態下鏟斗掉落0.5m 就是有效長度極值；回轉角度大于60°就是極限角度。實動測試如果達到或者超出，則需對電機抱閘摩擦盤進行調整或者更換。第二將現場實動檢測結果傳達到相關部門并進行跟蹤。第三根據檢修結果進行記錄并制定開展下一輪現場實動檢測工作。

4.2 技術人員

根據安全裝置所需組件，以及其消耗頻率，制定配件采購方案，并提供所購買組件的基礎試驗參數，以及整定值、額定值等技術參數；依據設備參數和現場使用情況，總結規律制定合理的保養周期；根據安全部門實動檢測結果，以及現有組件庫存情況，檢修人員配置情況制定計劃性檢修方案。

4.3 檢修技術人員

需要按保養周期完成安全監測裝置的保養工作，按計劃檢修方案完成計劃性檢修工作，還要完成安全監測裝置日常故障的檢修工作。

5 狀態維修實踐

在檢查過程中，維修人員發現電鏟的軸銷、大小臂交接軸套部位出現嚴重磨損。判斷故障后，發現屬于功能故障，在第一時間進行進行應急搶修和修復性維修。如果放任不管，小故障將會引起大故障，導致大小臂的做孔部位出現嚴重磨損，整個電鏟設備無法正常運行。此外，發現小臂有自動下落的情況，初步判斷小臂油缸內泄。電鏟投入使用至今，從來沒有更換過軸銷、大小臂交接軸套部位，提取了這兩個部位的狀態特征能夠發現已經出現故障，預測僅剩300h 的使用壽命。于是，維修人員對電鏟工作裝置應用了狀態維修的檢修方法。

基于大型進口設備已有的狀態檢修方案，詳細分析了電鏟工作裝置的特征，采取了以下維修決策措施：（1）結合生產需求和電鏟當前的工作狀態設定了檢修計劃；（2）調查了庫存備件的實際余量，適當采購補充了欠缺備件；（3）由于電鏟設備的體型較大，所以結合檢修需求和電鏟的體型建立了檢修平臺，方便后續開展檢修工作；（4）檢修過程中，著重檢查了重要的工作裝置，清洗測量了軸銷、銜接處軸套等部位。以新建尺寸數據為主，對比了測量數據，找到了一些不符合數據標準的軸套和軸銷，著重更換這些不符合標準的部分。這不僅實現了精準維修，還可以避免維修過剩情況的發生；（5）電廠維修人員結合具體工作需求，自主改良的檢修工具，能夠有效提高檢修效率，降低檢修成本，這也體現了維修人員的創新能力。例如，軸銷脫銷器，在尺寸和外形上有所調整。還針對大型油缸設置了自主檢修平臺，檢修油缸的專業工具等。在狀態維修方式的支持下，維修人員能夠高效率地完成電鏟工作裝置的檢修工作。同時，還發揮創新能力設計了一些新工具，※不僅提高了維修人員的技能水平，還縮短了檢修時間，比原定的檢修時間縮短了20d。現階段，電鏟都處于正常的運行狀態，能夠安全高效生產。

6 電鏟安全監測裝置檢修的信息化展望

目前，檢修信息化程度低，只有配件采購等局部實現信息互通，數據庫存儲等操作方法，面對日新月異的科技信息技術，我們目前所使用的系統軟件較單一、陳舊，不具備整體性和系統性。電鏟是高度自動化的設備，每代電鏟都代表著當時世界科技的前沿，而相比和它配套的檢修系統之間存在不小的差距。我們所展望的檢修系統應該是大整體、全環節、多系統的綜合體，它的功能不應該只有記錄信息，還需要具有智能性、預測性和多樣性。例如，推算正壓力N，為這一期的摩擦盤制作磨損曲線，根據配件情況、檢修人員配置情況、曲線的走勢等相關因素做出前瞻性預測，并制定計劃檢修方案。例如，電鏟水平采掘作業時根據前后傾斜角度水平檢測儀數據變化檢測中心軸的磨損情況，對重要核心部件進行數據監測等。實現電鏟、配件、人員之間信息互通和智能化檢修，合理調配人力資源和物力資源，使檢修工作更合理、配件使用更合理。

7 結語

探索了大型進口設備重要裝置和部件的狀態檢修工作后，發現維修人員可以自住完成主要裝置和部件的檢修工作。對修復后的設備進行了性能檢測后，發現各項性能都符合原有的使用要求，能夠保障礦山生產工作的順利開展。通過開展此次項目，解決了進口設備使用壽命短，故障解決難的問題，能夠延長設備的使用壽命，提高服務生產效率。同時，能夠提高維修人員的維修技能，這樣能夠讓維修人員負責維修進口設備，降低公司的生產成本。