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        電鏟電氣設(shè)備的安全監(jiān)測系統(tǒng)的完善與檢修分析

        2019-12-18 15:44:03楊銳
        魅力中國 2019年25期
        關(guān)鍵詞:電鏟磨損角度

        楊銳

        (國家能源集團(tuán)神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司設(shè)備維修中心,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

        無論露天煤礦開采作業(yè)推進(jìn)到哪一個階段,安全都被擺在所有工作的首要位置。只有不斷完善電鏟的安全性監(jiān)管,提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,才能在最大程度上防止安全問題的出現(xiàn)和事故的發(fā)生。電鏟作為一種主要露天采掘設(shè)備,其具有工況惡劣、操作環(huán)境復(fù)雜、控制環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)繁復(fù)等特性,電鏟的運(yùn)行控制環(huán)節(jié)和生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)的整個運(yùn)轉(zhuǎn)流程中包含許多安全風(fēng)險(xiǎn),在實(shí)際作業(yè)中也發(fā)生過各種險(xiǎn)情和突發(fā)事故,因此電鏟的電氣安全監(jiān)測系統(tǒng)的完善問題就受到了社會和企業(yè)的高度關(guān)注。那么根據(jù)實(shí)際情況,對于一些無法從技術(shù)上根本消除的風(fēng)險(xiǎn)和問題,可以用合理改進(jìn)電氣控制系統(tǒng)以達(dá)到對已知風(fēng)險(xiǎn)和問題進(jìn)行防范和預(yù)警,在風(fēng)險(xiǎn)與事故發(fā)生前將問題解決。

        一、電鏟電氣設(shè)備系統(tǒng)基本情況介紹

        電鏟是一種電驅(qū)動正采式挖掘機(jī),主流電鏟電氣系統(tǒng)采用了交流變頻技術(shù)。目前的矢量變頻器采用了電機(jī)直接控制理論。中央控制單元已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,功率元件也由GTO發(fā)展至IGBT,以西門子公司產(chǎn)品為例,這類變頻器自推廣以來已有十年時間,這么長的時間內(nèi),對于變頻器來講已相當(dāng)成熟。同時礦山電鏟也反映出新一代變頻器是非??煽康摹R虼?,新一代矢量型變頻器是完全可以用到挖掘機(jī)上的。挖掘機(jī)的變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)為“上位人機(jī)界面+PLC現(xiàn)場總線+AFE變頻傳動”組成的三級控制系統(tǒng)。上位人機(jī)界面監(jiān)控整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障信息,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)模擬現(xiàn)實(shí)與故障自診斷;PLC通過PROFIBUS DP現(xiàn)場總線與AFE整流回饋單元、各機(jī)構(gòu)逆變器、司機(jī)室控制等連接,實(shí)現(xiàn)分布式控制;AFE整流回饋單元通過公用直流母線與各機(jī)構(gòu)逆變器相連,實(shí)現(xiàn)對各機(jī)構(gòu)變頻電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與速度的精準(zhǔn)控制。

        二、目前電鏟安全監(jiān)測方面存在的問題與解決方案

        (一)電鏟發(fā)生電氣故障時鏟斗掉落和回轉(zhuǎn)角度過大引申出來的問題

        在以往的電鏟運(yùn)行使用過程中,一旦電鏟電氣系統(tǒng)或者供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題,引起電鏟電氣控制系統(tǒng)故障,導(dǎo)致變頻驅(qū)動部分跳機(jī),這時候正在處于裝載狀態(tài)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(zhuǎn)時發(fā)生鏟斗掉落或者回轉(zhuǎn)角度過大的問題。如果不能在短距離內(nèi)停止動作則會對處于作業(yè)半徑內(nèi)的卡車造成損壞,甚至對卡車司機(jī)造成人身傷害。在實(shí)際作業(yè)中確實(shí)出現(xiàn)過鏟斗將卡車箱斗砸壞,鏟斗斗齒將卡車輪胎劃爆,更為嚴(yán)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(yīng)該從技術(shù)角度出發(fā)找出其原因,或者通過完善電氣監(jiān)測系統(tǒng)以做出提前預(yù)警,從而避免事故發(fā)生。

        這類事故發(fā)生時電鏟工作過程如下:當(dāng)變頻驅(qū)動部分跳機(jī)時,電鏟電機(jī)失去驅(qū)動電流,電機(jī)抱閘空氣壓力由快排閥釋放,電機(jī)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(shè)電鏟在額定速度,鏟斗在滿載的極限狀態(tài)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(jì)算公式為f =μN(yùn) ,式中的μ叫動摩擦因數(shù),也叫滑動摩擦系數(shù),它只跟材料、接觸面粗糙程度有關(guān),注意跟接觸面積無關(guān);N為正壓力,抱閘產(chǎn)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(fā)生行程過長的問題,因?yàn)楸чl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(dāng)磨損過限時就會發(fā)生上面提到的掉鏟斗,撞大車等嚴(yán)重事故。這時抱閘磨損檢測系統(tǒng)就起到了關(guān)鍵的預(yù)警作用,抱閘磨損檢測系統(tǒng)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(guān),將行程開關(guān)常閉點(diǎn)開關(guān)量編輯進(jìn)入PLC程序,再通過運(yùn)算將報(bào)警信號顯示在司機(jī)室操作屏上。抱閘摩擦盤在正常磨損范圍內(nèi)時摩擦片與行程開關(guān)正常接觸,保證開關(guān)常閉點(diǎn)不斷開;當(dāng)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(guān),開關(guān)內(nèi)常閉點(diǎn)斷開,PLC程序就會讀取信號,這時司機(jī)就會在操作屏上看到相關(guān)報(bào)警提示,從而提醒更換摩擦盤,這樣就避免了相應(yīng)事故的發(fā)生。

        (二)電鏟工作中俯仰角度過大引發(fā)的問題

        電鏟是一種大噸位采掘設(shè)備,重達(dá)1100多噸,其回轉(zhuǎn)平臺和底架梁靠中心軸連接,輔助回轉(zhuǎn)托輥完成轉(zhuǎn)動和支撐動作,電鏟百分之八十的重量全靠它們承載,因此電鏟設(shè)計(jì)上規(guī)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(zhuǎn)托輥的一種保護(hù),同時也是對電氣系統(tǒng)的一種保護(hù)。如果電鏟處于大角度作業(yè)環(huán)境,在進(jìn)行回轉(zhuǎn)作業(yè)時會對中心軸造成很大的磨損,對行走減速機(jī)構(gòu)造成巨大的沖擊,可能損壞行走減速機(jī)構(gòu)的部件,引發(fā)大型機(jī)械故障;電鏟在這種大角度挖掘過程中,由于工作環(huán)境角度過大,會出現(xiàn)電鏟在額定速度進(jìn)行回轉(zhuǎn)作業(yè)時造成回轉(zhuǎn)過載,導(dǎo)致故障停機(jī)從而產(chǎn)生問題1中所述的回轉(zhuǎn)角度過得大問題,造成采掘或運(yùn)輸設(shè)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(shè)備,所以實(shí)際工作中全靠司機(jī)的感覺,這就造成了有時起坡作業(yè)后發(fā)現(xiàn)角度過大,導(dǎo)致電氣故障頻發(fā),在實(shí)際作業(yè)時也因此發(fā)生過安全事故。

        由于回轉(zhuǎn)平臺是整個電鏟的中心位置,因此在回轉(zhuǎn)平臺中安裝水平和俯仰兩個方向的平衡監(jiān)測裝置。

        將兩個平衡儀的參數(shù)傳到距離中心最近的PLC機(jī)站,再通過程序運(yùn)算將畫面顯示在司機(jī)室顯示屏,司機(jī)起坡作業(yè)時可以隨時查看電鏟的偏轉(zhuǎn)狀態(tài),實(shí)時監(jiān)控電鏟作業(yè)環(huán)境的角度,從而保證電鏟起坡作業(yè)時的安全性。

        三、電鏟安全裝置的檢修

        電鏟安全監(jiān)測裝置的可靠運(yùn)行是保證電鏟完好和相關(guān)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(jiān)測裝置的完好性和可靠性。下面介紹電鏟安全監(jiān)測裝置三級檢修的相關(guān)管理辦法:

        (一)第一級為安全監(jiān)管人員或部門

        安全監(jiān)管人員或部門負(fù)責(zé)定期對安全監(jiān)測裝置的功能進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)動檢測,將存在問題和隱患的裝置進(jìn)行通報(bào)。這中間涉及到什么時間進(jìn)行實(shí)動檢測和測試結(jié)果達(dá)到什么狀態(tài)則為合格的定時和定性的問題。

        首先根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),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(jù)安全保障裝置設(shè)計(jì)使用壽命做出合理制定,引入安全監(jiān)測裝置測試時間計(jì)算公式:C=(T-DT/N)×90%;式中的T是設(shè)計(jì)使用時間,式中的N是理論動作次數(shù),式中的D是電氣故障裝置實(shí)際發(fā)生次數(shù),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(yè)的范圍。需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和工作狀態(tài)對配件壽命和電鏟反應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行定時間、定長度、定頻率等等的實(shí)動測試,從而有效的反映出安全裝置所處的狀態(tài)。例如:電鏟發(fā)生電氣故障時鏟斗掉落和回轉(zhuǎn)角度過大這個問題中,根據(jù)設(shè)備綜合情況制定鏟斗空載額定速度下放狀態(tài)下鏟斗掉落0.5米就是有效長度極值;回轉(zhuǎn)角度大于60°就是極限角度。實(shí)動測試如果達(dá)到或者超出則需對電機(jī)抱閘摩擦盤進(jìn)行調(diào)整或者更換。第二將現(xiàn)場實(shí)動檢測結(jié)果傳達(dá)到相關(guān)部門并進(jìn)行跟蹤。第三根據(jù)檢修結(jié)果進(jìn)行記錄并制定開展下一輪現(xiàn)場實(shí)動檢測工作。

        (二)第二級為技術(shù)人員或部門

        根據(jù)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(chǔ)試驗(yàn)參數(shù),以及整定值、額定值等技術(shù)參數(shù);

        依據(jù)設(shè)備參數(shù)和現(xiàn)場使用情況,總結(jié)規(guī)律制定合理的保養(yǎng)周期;

        根據(jù)安全部門實(shí)動檢測結(jié)果,以及現(xiàn)有組件庫存情況,檢修人員配置情況制定計(jì)劃性檢修方案。

        (三)第三級為檢修技術(shù)人員或部門

        需要按保養(yǎng)周期完成安全監(jiān)測裝置的保養(yǎng)工作,按計(jì)劃檢修方案完成計(jì)劃性檢修工作。還要完成安全監(jiān)測裝置日常故障的檢修工作。

        四、關(guān)于電鏟安全監(jiān)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(shí)現(xiàn)信息互通,數(shù)據(jù)庫存儲等操作方法,面對日新月異的科技信息技術(shù),我們目前所使用的系統(tǒng)軟件較單一、陳舊,不具備整體性和系統(tǒng)性。電鏟是高度自動化的設(shè)備,每一代電鏟都代表著當(dāng)時世界科技的前沿,而相對比和它配套的檢修系統(tǒng)之間可以說存在著不小的差距。我們所展望得檢修系統(tǒng)應(yīng)該是大整體、全環(huán)節(jié)、多系統(tǒng)的綜合體,它的功能不應(yīng)該只有記錄信息,還需要具有智能性、預(yù)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(jù)配件情況、檢修人員配置情況、曲線的走勢等相關(guān)因素做出前瞻性預(yù)測,并制定計(jì)劃檢修方案。例如:電鏟水平采掘作業(yè)時根據(jù)前后傾斜角度水平檢測儀數(shù)據(jù)變化檢測中心軸的磨損情況,對重要核心部件進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測等等。實(shí)現(xiàn)電鏟、配件、人員之間信息互通和智能化檢修,合理調(diào)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。

        五、結(jié)束語

        總之,露天煤礦開采中電鏟設(shè)備的推廣與使用,不僅提高了礦山開采的安全性,也釋放了人力,提高了開采效率。但電鏟所處的環(huán)境十分惡劣,電鏟的開發(fā)以及生產(chǎn)工序也極其復(fù)雜,因此礦山電鏟設(shè)備需要一套完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)并有對應(yīng)的先進(jìn)檢修工藝,這也成為了露天煤礦各企業(yè)今后研究的主要內(nèi)容和方向。

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