岳海峰， 張立睿

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

WK－55電力機(jī)械正鏟挖掘機(jī)提升機(jī)構(gòu)是由2臺(tái)大功率提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)2個(gè)輸入軸，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的收放。電機(jī)輸入軸端裝有1個(gè)制動(dòng)盤，制動(dòng)盤靠進(jìn)氣、排氣運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工作時(shí)打開，停止時(shí)安全制動(dòng)。

WK－55挖掘機(jī)，提升機(jī)構(gòu)負(fù)載大，垂直方向克服重力做功，安全系數(shù)要求極高，在突然斷電等意外情況下以及正常的靜態(tài)制動(dòng)都要求制動(dòng)器具有設(shè)計(jì)的制動(dòng)力矩并響應(yīng)正常。除此之外在正常的工作時(shí)，制動(dòng)器要求徹底打開，無磨損，否則會(huì)縮短制動(dòng)器的使用壽命。

1 制動(dòng)器測(cè)試功能介紹

制動(dòng)器測(cè)試主要是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩測(cè)試，除此之外附加有工作時(shí)有無磨損檢測(cè)。前者測(cè)試前要將整個(gè)鏟斗放在地面，提升前后制動(dòng)器單獨(dú)測(cè)試。測(cè)試前要將制動(dòng)器、前制動(dòng)器、后制動(dòng)器同時(shí)打開，提升機(jī)構(gòu)2電機(jī)輸出額定60%轉(zhuǎn)矩，通過10s提升轉(zhuǎn)矩加載，根據(jù)提升機(jī)構(gòu)裝有的編碼器數(shù)據(jù)變化來判定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否達(dá)到要求，未滿足測(cè)試要求時(shí)，提升機(jī)構(gòu)立即取消轉(zhuǎn)矩加載，并以故障OFF1方式停車。后者磨損檢測(cè)，制動(dòng)盤裝有磨損限位和行程限位，在制動(dòng)器打開時(shí)，行程限位代表制動(dòng)器徹底打開，信號(hào)要返回，磨損限位無變化。若在正常工作時(shí)行程限位未返回，或者磨損限位有信號(hào)都采取故障報(bào)警。轉(zhuǎn)矩測(cè)試、磨損測(cè)試在操作員換班，工作前都要進(jìn)行，測(cè)試都需要啟動(dòng)裝置以及電機(jī)來完成，無論哪種測(cè)試，測(cè)試未順利完成都自動(dòng)故障停機(jī)。

2 制動(dòng)器測(cè)試STEP7編程

挖掘機(jī)電控系統(tǒng)的硬件配置，主機(jī)架CPU 319－3PN／DP與位置檢測(cè)模塊SM338通過背板總線連接，SM338接有2路25位絕對(duì)值編碼器信號(hào)，分別讀取提升機(jī)構(gòu)提升、下放鋼絲繩位置；推壓機(jī)構(gòu)推出、收回斗干位置。通過提升編碼器數(shù)據(jù)判斷制動(dòng)器在轉(zhuǎn)矩負(fù)載測(cè)試過程中，提升機(jī)構(gòu)的位移。

測(cè)試開始時(shí)記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)束后將兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在制動(dòng)器可靠范圍內(nèi)時(shí)，可以判定制動(dòng)器正常。大于限定值時(shí)即可判定制動(dòng)器不可靠，需要檢查。并以檢測(cè)為通過，故障將自動(dòng)結(jié)束。程序所完成的步驟簡(jiǎn)述如下：

1）進(jìn)入 WINCC編制［1］的 HMI制動(dòng)器檢測(cè)界面，如下頁(yè)圖1所示，點(diǎn)擊F－H load break test。

2）激活測(cè)試使能信號(hào)，提升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)逆變器運(yùn)行。

3）驅(qū)動(dòng)逆變器啟動(dòng)后3s，測(cè)試制動(dòng)器不打開，非測(cè)試制動(dòng)器打開。

圖1 完成后的制動(dòng)器測(cè)試界面

4）提升驅(qū)動(dòng)器加載額定60%轉(zhuǎn)矩，加載時(shí)間20s。

5）加載結(jié)束后，測(cè)試制動(dòng)器關(guān)閉，測(cè)試使能信號(hào)取消，驅(qū)動(dòng)器延時(shí)3s停。

6）測(cè)試開始記錄當(dāng)前編碼器數(shù)值，測(cè)試結(jié)束后比較差值。

7）編碼器差值超出允許值后，制動(dòng)器測(cè)試故障，立即撤掉加載轉(zhuǎn)矩并關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器。

DB1.DBX2.4為PROFIBUS DP通訊控制字逆變器啟動(dòng)，DB1.DBX2.5為PROFIBUS DP 通訊控制字逆變器轉(zhuǎn)矩加載信號(hào)。DB41.DBX41.2為逆變器運(yùn)行狀態(tài)返回值。PLC發(fā)出信號(hào)后需要逆變器執(zhí)行，逆變器運(yùn)行狀態(tài)返回給PLC，這都通過PROFIBUS DP通訊完成。后面介紹如何設(shè)置和逆變器的連接。

3 驅(qū)動(dòng)裝置S120逆變器的設(shè)置

WK－55挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用 AC－DC－AC交流變頻系統(tǒng)，DC電源采用公共直流母線，DC－AC逆變器輸入連接至直流母線，輸出連接至交流變頻電機(jī)。編程器通過PLC的PROFIBUS DP接口連接到S120提升機(jī)構(gòu)的CU320－2DP控制器，提升機(jī)構(gòu)采用速度控制方式，制動(dòng)器負(fù)載測(cè)試時(shí)切換到轉(zhuǎn)矩控制方式，轉(zhuǎn)矩給定通道賦值額定轉(zhuǎn)矩60%，這些都在CU320－2DP控制器CFC中完成，如圖2所示。

4 制動(dòng)器測(cè)試曲線

如圖3所示曲線為額定轉(zhuǎn)矩百分比，實(shí)際加載為正向額定57%。點(diǎn)劃曲線為電流。從圖3中

看出，提升驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)，運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)返回PLC后，轉(zhuǎn)矩開始加載，20s后撤掉加載轉(zhuǎn)矩，再有3s后驅(qū)動(dòng)裝置停機(jī)。提升機(jī)構(gòu)行程編碼器為單圈4 096脈沖，根據(jù)記載始末編碼器脈沖差值，再根據(jù)減速比以及提升鋼絲繩卷筒直徑，可以計(jì)算出提升實(shí)際垂直位移。脈沖差值超出了可靠極限脈沖值，可判定為制動(dòng)器不可靠。提升機(jī)構(gòu)由2臺(tái)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，每個(gè)電機(jī)軸端均有一個(gè)制動(dòng)器，前后布置。另一個(gè)制動(dòng)器檢測(cè)相同。

圖3 制動(dòng)器測(cè)試曲線

5 結(jié)語(yǔ)

電力機(jī)械正鏟挖掘機(jī)制動(dòng)器是夾持式制動(dòng)器，除非緊急制動(dòng)不允許在機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)制動(dòng)。正常工作時(shí)靠氣壓打開，機(jī)構(gòu)完全停下后排氣制動(dòng)，緊急情況下要求立即制動(dòng)。制動(dòng)器的安全可靠制動(dòng)是保證設(shè)備安全的關(guān)鍵。制動(dòng)器測(cè)試系統(tǒng)以使操作員對(duì)制動(dòng)器的狀態(tài)和性能進(jìn)行周期性的測(cè)試，對(duì)設(shè)備的安全性有很大的作用。

［1］ 蘇昆哲，何華.深入淺出西門子 WinCC V6［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.