引言

495HR型電鏟是美國比賽洛斯公司生產(chǎn)的大型單斗挖掘機(jī),目前在我國諸多大型露天礦開采中廣泛使用。國家能源集團(tuán)準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)哈爾烏素露天煤礦,在2007年先后購買了6臺495HR型電鏟,鏟斗容量是60m3。該電鏟應(yīng)用西門子公司全數(shù)字化的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)Ssibs作為神經(jīng)中樞,實(shí)現(xiàn)西門子交4直4交變頻調(diào)速。Ssibs控制系統(tǒng)因具有高度集成化、平穩(wěn)運(yùn)行、故障率低等特點(diǎn),使其運(yùn)行安全、可靠。最近幾年,哈爾烏素露天煤礦的495HR型電鏟在運(yùn)行過程中,經(jīng)常發(fā)生行走測速故障,嚴(yán)重影響電鏟出動率。本文經(jīng)過回顧和總結(jié)故障發(fā)生的現(xiàn)象、過程,總結(jié)出引發(fā)故障的規(guī)律,為今后處理類似故障提供參考,可提高檢修速率,避免故障重復(fù)發(fā)生,提高產(chǎn)能,為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

1測速模塊信號傳輸回路特征

495HR型電鏟通過行走測速模塊采集與處理信號,用六芯帶屏蔽層信號電纜傳輸?shù)絁B1接線箱,從JB1輸送到低壓集電環(huán)。利用低壓集電環(huán)的#15、#16、#17、#18、#19、#20環(huán),電源線PT1與PT2接到#15和#16環(huán)上,PT3與PT4信號線接到#19和#17環(huán)上,PT13與PT14信號線接到#18和#20環(huán)上,使旋轉(zhuǎn)工作的電鏟能有效接收到連續(xù)不斷的測速脈沖信號,保證了電鏟在行走模式下也可以進(jìn)行回轉(zhuǎn)工作。最后,信號通過MRC接線端,送到Ssibs系統(tǒng)的0143輸入-輸出板上,經(jīng)過處理得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信息。

2行走系統(tǒng)概況與光電編碼器的工作原理

495HR型電鏟行走機(jī)構(gòu)由兩臺700HP變頻電動機(jī)、兩臺2HP行走風(fēng)機(jī)、兩臺測速電機(jī)組成。行走機(jī)構(gòu)的兩臺電動機(jī)分別獨(dú)立驅(qū)動,行走1#電動機(jī)與提升2#共用一個(gè)逆變器,行走2#電動機(jī)與提升1#共用一個(gè)逆變器。司機(jī)將通過設(shè)在操作臺上的挖掘-行走轉(zhuǎn)換選擇開關(guān)進(jìn)行工況選擇,提升-行走電動機(jī)間切換運(yùn)行。當(dāng)切換到行走模式,司機(jī)按下打開行走抱閘開關(guān),行走抱閘打開,推動行走操作手柄,電鏟向前移動,行走測速電機(jī)通過閉環(huán)控制反饋信號。

光電編碼器的工作原理:由于光電碼盤的光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號,通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前轉(zhuǎn)速。光脈沖編碼器的功能是可以發(fā)出一個(gè)脈沖頻率,即與電機(jī)的速度成比例,所以能夠確定其方向以及速度。在轉(zhuǎn)速計(jì)接口線路中,兩個(gè)脈沖間隔電角度909的脈沖波道進(jìn)行監(jiān)控。

轉(zhuǎn)速計(jì)內(nèi)部是一個(gè)精確的被蝕刻的編碼器圓盤,固定到轉(zhuǎn)速計(jì)的旋轉(zhuǎn)部分。該圓盤在一道光源和一個(gè)四象限的光線接收器之間通過,產(chǎn)生4個(gè)脈沖波道,完全以909電角度分隔。

Ssibs控制系統(tǒng)可以使用任意兩個(gè)波道,只要它們相隔909。波道的正確接線方式有以下4種:09和909,909和1809,1809和2709,2709和09。

光脈沖編碼器為了測出旋轉(zhuǎn)方向需要兩個(gè)探頭,兩個(gè)探頭相對齒的位置相差1-4個(gè)齒距,兩個(gè)探頭產(chǎn)生的脈沖就會相差1-4個(gè)周期。當(dāng)齒輪正向旋轉(zhuǎn)時(shí),脈沖1比脈沖2落后1-4周期,這樣就可以通過A相脈沖超前或滯后B相脈沖1-4個(gè)波長,判斷正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。

3行走測速故障的原因分析與解決辦法

3.1行走測速電機(jī)質(zhì)量問題

3.1.1原因分析

495HR型電動挖掘機(jī)的行走部分有兩臺變頻電動機(jī)驅(qū)動減速箱,使電鏟正常行走。對電動機(jī)的控制是閉環(huán)控制,通過測速電機(jī)連接變頻電動機(jī)的中心軸,測得實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。這就對電動機(jī)的測速模塊提出很高的要求,但每次安裝上新的測速電機(jī)有很大可能報(bào)行走測速故障,最后發(fā)現(xiàn)都是行走測速電機(jī)質(zhì)量問題引起的。

3.1.2解決辦法

為了測試行走測速電機(jī),在測試時(shí)最好與行走電機(jī)脫離,通過GDS42204A示波器,在新的行走測速電機(jī)上裝機(jī)械連接桿,手動轉(zhuǎn)動測速電機(jī),以恒定速度運(yùn)行,輸出必須在示波器上顯示出來。通過示波器的雙通道,測試出A、B脈沖信號。

測量精度要求:(1）以手動模式驅(qū)動行走測速電機(jī)以30Hz進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。(2）在示波器上同時(shí)顯示兩個(gè)脈沖信號波道。(3）波道被啟動后,應(yīng)該在示波器上固定顯示,可能會有小規(guī)模的移動量,或在另一個(gè)波道出現(xiàn)圖像跳動情況。如果圖像跳動超過5μs,該測速電機(jī)很可能是壞的。(4）觀察波形的對稱度,兩個(gè)波道的脈沖斷續(xù)循環(huán)應(yīng)該是一樣的。如果它們不一樣,該行走測速模塊很可能是壞的。(5）檢查任一波道上丟失的脈沖。如果脈沖丟失,嘗試用另一波道。如果還是不能解決脈沖遺漏問題,證明該行走測速模塊是壞的。(6）正轉(zhuǎn)時(shí),A脈沖信號要超前B脈沖1-4個(gè)周期。反轉(zhuǎn)時(shí),觀察A、B通道的脈沖是否連續(xù),B脈沖信號要超前A脈沖1-4個(gè)周期。

231低壓集電環(huán)晃動引起的斷線故障

3.2.1原因分析

行走測速連接線大部分?jǐn)嗑€都在低壓集電環(huán),原因是低壓集電環(huán)在電鏟回轉(zhuǎn)工作時(shí)不停旋轉(zhuǎn),低壓集電環(huán)上的棱型鐵磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致晃動嚴(yán)重,引起行走測速電機(jī)線被拉斷、磨斷,或其他電源線磨斷搭到測速線上。

3.2.2解決辦法

棱型鐵磨損嚴(yán)重,一方面是由于低壓集電環(huán)被提升大繩抽過,導(dǎo)致變形,棱型鐵接觸面不平,有凹凸面,導(dǎo)致磨損加快。拆下棱型鐵,先用耐磨焊條焊接厚厚一層（這樣可以更加耐磨）,切割機(jī)找正,磨平,解決棱型鐵磨損問題。再選擇更好的測速信號線,代替原來細(xì)的測速信號線,做好絕緣工作,預(yù)留活動間隙,用細(xì)扎帶固定接線端,即使發(fā)生斷線,也不會使其他電源線搭到測速連接線上。

3.3行走速度傳感器的電路斷路器Q19狀態(tài)異常

3.3.1原因分析

495HR型電鏟winCC畫面里故障描述控制輸入電源到行走速度傳感器（U455和U456）的斷路器O19是異常的,使得節(jié)點(diǎn)7模塊7上的i173.4PLC位沒有數(shù)字量輸入信號,導(dǎo)致行走測速故障。

3.3.2解決辦法

（1）如果測量行走速度傳感器（U455和U456）上有輸入電源,那么該監(jiān)控電路就有問題。監(jiān)控電路通過斷路器上的接線柱23和24,是常開觸點(diǎn)。當(dāng)電路斷路器合上,位于sibas機(jī)架下面的節(jié)點(diǎn)7模塊7上的i173.4PLC位上的數(shù)字量輸入信號就應(yīng)該有電壓。（2）如果i173.4PLC位有電壓,但是插件上的發(fā)光二極管不亮,那么更換該P(yáng)LC模塊插件。（3）如果i173.4PLC位沒有電壓,那么測量O19的輔助常開點(diǎn)23和24是否有電壓,如果沒有電壓,更換O19斷路器輔助點(diǎn)。（4）如果沒有輸入電壓到行走速度傳感器（U455和U456）,斷路器確實(shí)跳閘了,檢查有故障的斷路器或有故障的速度傳感器。

3.4左側(cè)行走轉(zhuǎn)速計(jì)故障與左側(cè)行走超速故障

3.4.1原因分析

495型電鏟sibas系統(tǒng)檢測到行走轉(zhuǎn)速計(jì)故障,可能是行走測速電機(jī)出現(xiàn)一個(gè)不連續(xù)的脈沖,導(dǎo)致行走暫停。一般是行走測速電機(jī)有故障,或其與行走電機(jī)連接器松動導(dǎo)致行走超速故障。

3.4.2解決辦法

（1）檢查行走測速電機(jī),是否有松動的連接/損壞部件。（2）應(yīng)用wincc軟件中的行走運(yùn)行監(jiān)測功能,在維修站rocky計(jì)算機(jī)上同時(shí)監(jiān)測給定速度與速度值。如果已經(jīng)在行走動作中檢測到一個(gè)超速,如行走超速出現(xiàn)2250r/min,而最高速度是2040r/min,則可能造成的原因有負(fù)荷太大,電機(jī)超載或者測速電機(jī)內(nèi)部故障。（3）檢查行走模擬的轉(zhuǎn)速計(jì)。如果電機(jī)不是高速運(yùn)轉(zhuǎn)而出現(xiàn)了超速,一定是轉(zhuǎn)速計(jì)出現(xiàn)故障。

4結(jié)語

當(dāng)495HR型電鏟行走測速出現(xiàn)故障后,采用本文介紹的檢測維修方法后,經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證,不僅節(jié)省了維修所需的大量費(fèi)用,而且縮短了故障處理時(shí)間,提高了設(shè)備出動率。