曹金龍，羅詩偉

(陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西 咸陽 712000)

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HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(jī)和變頻電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹金龍，羅詩偉

(陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西 咸陽 712000)

本文介紹了HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(jī)的用途和參數(shù)，以及變頻電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決了在同一施工現(xiàn)場由于鉆機(jī)多，變壓器容量不夠大時，啟動瞬間對電網(wǎng)的沖擊及對其他鉆機(jī)的影響。

全液壓；錨固鉆機(jī)；變頻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(jī)簡介

HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(jī)(見圖1)為整體式鉆機(jī)，可在三維內(nèi)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)360°施工，并且配有鋼履帶行走底盤，整機(jī)移動迅速，便于在不同的環(huán)境下施工。夾持器采用雙夾持，可自動拆卸鉆桿和套管。在砂卵石地層或不穩(wěn)定的破碎地層施工時，使用高壓循環(huán)水，采取動力頭頂部沖擊雙管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工，工作效率高于常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工。采用全液壓控制，機(jī)身結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，操作靈活方便，充分保證設(shè)備的實(shí)用性能。主動力源為電動機(jī)，并且備有一個18 kW 的柴油機(jī)作為無電源時行走使用。電機(jī)總功率為90 kW，其中用于動力頭回轉(zhuǎn)的有65 kW，沖擊力和提升力都非常強(qiáng)大，工作效率高，可一機(jī)多用。該鉆機(jī)主要應(yīng)用于邊坡錨固類工程施工，也可以廣泛用于建筑深基坑、地鐵、隧道、鐵路、公路、地質(zhì)災(zāi)害治理等錨固施工和小型樁的施工。

圖1 HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(jī)

2 主要技術(shù)參數(shù)

鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 HMD-7500鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)表

3 變頻電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 存在問題和困難

通常施工場地變壓器是按附近的生活用電設(shè)計(jì)容量，由于施工是臨時性，同時工作的鉆機(jī)有五、六臺，使用功率增大，如果不能根據(jù)施工需求更換變大容量壓器，啟動鉆機(jī)的瞬間對電網(wǎng)的沖擊會導(dǎo)致一些問題及危害，見表2。

表2 對電網(wǎng)的沖擊造成的問題及危害

3.2 分析問題

3.2.1 Y-Δ啟動

Y-Δ啟動是一種常用的降壓啟動方式，對于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機(jī)來說，定值電流為線電流，見公式(1)。

(1)

式中：I— 線電流，A；

P— 電機(jī)功率，90 000 W；

U— 線電壓，380 V；

cosφ— 功率因數(shù)，0.795。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：線電流I=180.16 A，而流過電機(jī)各相繞組的相電流則為104.01 A。

在星形連接運(yùn)行時，線電流=相電流，加在電機(jī)各相繞組的相電壓=線電壓U=220 V，因此線電流I=104.01 A，實(shí)際啟動電流應(yīng)按104.01 A乘以啟動倍數(shù)，而不是按180.16 A來計(jì)算啟動電流。如果在啟動時將定子繞組接成星形待啟動完畢后再接成三角形就可以降低啟動電流減輕對電網(wǎng)的沖擊。

3.2.2 變頻軟啟動

運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的變頻軟啟動器，斜坡恒流軟啟動控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，在軟啟動過程中，電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加，直至啟動結(jié)束。

3.2.3 軟啟動和Y-Δ啟動比較

兩種啟動方式的對比見表3。

表3 軟啟動和Y-Δ啟動對比表

3.3 設(shè)計(jì)控制原理

通過兩種啟動方式計(jì)算和比較，經(jīng)過綜合考慮最終采用變頻一拖二的方式軟啟動，選擇德力西軟啟動器智能型HXR5系列380 V，45 kW電機(jī)軟啟動器(見圖2)，配電柜(見圖3)，原理圖(見圖4)。

按下啟動按鈕，接觸器KM1主觸頭閉合，電機(jī)M1開始運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過平滑啟動40 s后，電機(jī)M1正常運(yùn)轉(zhuǎn)，接觸器KM1斷開，同時KM2閉合，外部時間繼電器開始計(jì)時，經(jīng)過延時同樣的啟動方式，電機(jī)M2啟動。

使用變頻軟啟動控制有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)變頻軟啟動控制柜有先進(jìn)的軟啟動器；

圖2 電機(jī)軟啟動器

圖3 配電柜

圖4 控制原理圖

(2)平穩(wěn)加速啟動，自動旁路輸出，平穩(wěn)減速停止；

(3)具備多種故障顯示及儲存記錄，完善的欠壓、過壓、過流、過載、短路、缺相、水源缺水、自動保護(hù)停機(jī)等保護(hù)功能，使用安全、維護(hù)簡便；

(4)可根據(jù)不同的負(fù)載設(shè)定啟動時間和停止時間；

(5)啟動電壓可根據(jù)不同的負(fù)載在30%～70%Ue(Ue為額定電壓)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，限制啟動時間內(nèi)的電壓降，并降低電流峰值；

(6)限制啟動轉(zhuǎn)矩，保護(hù)機(jī)械傳動系統(tǒng)；

(7)具有雙重二級保護(hù)功能，在一級保護(hù)失效或軟啟動器出現(xiàn)斷相等故障時，由二級保護(hù)直接切斷系統(tǒng)電源，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大；

(8)具備現(xiàn)場總線接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制；

(9)軟啟動控制柜功能更完善，控制更靈活，可實(shí)現(xiàn)軟啟動、限流啟動、軟停機(jī)、自動旁路運(yùn)行、一拖二功能。

4 結(jié)束語

通過在北京某建筑工地施工現(xiàn)場跟蹤取樣，未安裝軟啟動瞬間電流為771～1 799 A，安裝后實(shí)際測出啟動瞬間電流為708～1 652 A，體現(xiàn)出變頻控制系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊及對其他鉆機(jī)影響均較小，證實(shí)了HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(jī)和變頻電控系統(tǒng)的可應(yīng)用性，取得了顯著的成果。

2016-10-12

曹金龍(1985-)，男，機(jī)電一體化專業(yè)，工程師，從事電氣研發(fā)與設(shè)計(jì)工作，陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西省咸陽市玉泉西路西延段秦都科技產(chǎn)業(yè)園，Tel：18991018540，E-mail：CJL041027@163.com。

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