廖志軍

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興334224）

1 引言

江西德興銅礦采場(chǎng)主要采用的是美國(guó) P&H公司生產(chǎn)的 2300XP型電鏟，它們是采礦場(chǎng)的核心采礦設(shè)備，擔(dān)負(fù)著繁重的礦山采剝?nèi)蝿?wù)。電鏟共有提升，推壓，回轉(zhuǎn)，行走四個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中推壓工作裝置是電鏟的主要機(jī)構(gòu)之一，其作用是使斗桿作前伸或后退，從而實(shí)現(xiàn)礦石的挖掘。

推壓電動(dòng)機(jī)先通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)二級(jí)減速裝置，再由二級(jí)減速裝置將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力傳送給推壓軸和推壓小齒輪，推壓小齒輪因與斗桿上的齒條相嚙合，小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)齒條，由于鞍形座的作用，帶動(dòng)斗桿做前伸或后退。電鏟上設(shè)有推壓限位裝置，安裝在推壓減速箱的右側(cè)后半部，由推壓二軸帶動(dòng)一減速器（蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)），再帶動(dòng)兩個(gè)凸輪，若斗桿上的齒條運(yùn)動(dòng)至最大范圍處，則凸輪會(huì)頂?shù)絻尚谐涕_關(guān)，發(fā)出限位信號(hào)，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)斷開主令信號(hào)，使推壓電動(dòng)機(jī)停止工作。若要消除報(bào)警，則只需令主令向相反運(yùn)動(dòng)，即可脫離限位狀態(tài)。

2 故障及原因

在實(shí)際使用中，由于推壓機(jī)構(gòu)是剛性傳動(dòng)，沒有緩沖作用，電鏟會(huì)發(fā)生齒條錯(cuò)齒，出現(xiàn)錯(cuò)齒故障。這個(gè)故障會(huì)較大影響電鏟的懸臂，斗桿，推壓小齒輪，齒條的使用壽命，而且會(huì)將減速器中的蝸輪蝸桿傳動(dòng)錯(cuò)位卡死，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)折斷，從而造成限位裝置不起作用。

經(jīng)分析，出現(xiàn)錯(cuò)齒的主要原因?yàn)椋孩匐婄P鞍形滑動(dòng)板與斗桿的間隙調(diào)整不合適，間隙過(guò)大，造成推壓時(shí)抖動(dòng)過(guò)大，從而產(chǎn)生了錯(cuò)位；②司機(jī)操作不當(dāng)造成，過(guò)推時(shí)，撞擊斗桿最末端的保險(xiǎn)牙，將保險(xiǎn)牙撞飛造成錯(cuò)齒；過(guò)收時(shí)，直接使斗桿齒條錯(cuò)位。

3 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)上述原因，從機(jī)械上和電氣上兩方面進(jìn)行改進(jìn)。機(jī)械上，將鞍形滑動(dòng)板與斗桿的間隙調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)值（3 mm）并勤檢查，同時(shí)將蝸輪蝸桿減速器改為鋼絲傳動(dòng)，從硬傳動(dòng)改為軟傳動(dòng)，防止其折斷造成限位裝置不起作用。這種軟連接，還可使兩個(gè)端面不必處于同一水平面，同心度要求不高，安裝調(diào)試簡(jiǎn)便。電氣上，去掉限位開關(guān)，改用絕對(duì)值編碼器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蝸輪蝸桿減速器轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置，提早進(jìn)行判斷，防止過(guò)推或過(guò)收。

絕對(duì)編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件。當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 n位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤就有n條碼道，角度分辨率為[1]

本例采用德國(guó)梅爾公司生產(chǎn)的絕對(duì)值編碼器，具體型號(hào)為CAMS58-1212-EK42SBB。它為12位編碼器，分辨率達(dá)0.088°，外徑58 mm，軸徑10 mm，工作電壓為10-30VDC，防護(hù)等級(jí)為IP64。采用同步串口輸出，這樣傳輸距離較遠(yuǎn)。

因原有控制系統(tǒng)采用S7-300PLC控制，所以選用SM338模塊接收編碼器的信號(hào)，這樣可節(jié)約成本、控制方便，只需在程序內(nèi)增加一段控制功能[2]。SM338模塊與編碼器的電氣接線見圖 1，梯形圖如圖2所示。

圖1 SM338模塊與編碼器的電氣接線圖

圖2 梯形圖

圖2中：

MD104為實(shí)際數(shù)值；

MD175為推壓預(yù)限位，MD170為推壓限位；

MD185為回收預(yù)限位，MD180為回收限位；

M110.2為推壓預(yù)限位，動(dòng)作后將主令降至50%，推壓機(jī)構(gòu)減速；

M110.6為推壓限位，動(dòng)作后，主令降為0，無(wú)推壓；

M110.3為回收預(yù)限位，動(dòng)作后將主令降至50%，推壓機(jī)構(gòu)減速；

M110.7為回收限位，動(dòng)作后，主令降為0，無(wú)回收。

由圖2可見，當(dāng)電鏟真空接觸器閉合且推壓松閘閉合時(shí)，進(jìn)行限位比較。2300XP型電鏟的斗桿共計(jì)45個(gè)齒，預(yù)限位設(shè)為前后5個(gè)齒，限位設(shè)為前后2個(gè)齒。

4 結(jié)論

2300 XP型電鏟推壓限位裝置經(jīng)過(guò)數(shù)字化改進(jìn)后，運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)試方便，故障率低，從而有效地提高了推壓小齒輪、斗桿的使用壽命，降低了維修勞動(dòng)強(qiáng)度及維修費(fèi)用。

[1] 徐科軍. 傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.

[2] 廖常初. S-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)(第2版)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[3] Siemens. S7-300和 S7-400的梯形圖（LAD）編程.2004.