張 彪

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司 設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)備維修中心以前所承修的露天煤礦所有礦用卡車的電動(dòng)輪均為直流電動(dòng)輪，為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)-交流發(fā)電機(jī)-整流-直流電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)功率小，采用當(dāng)初專門制作的測(cè)試平臺(tái)基本能滿足日常測(cè)試需求。后來由于露天煤礦的擴(kuò)能，從特雷克斯購買了TEREXMT4400（236 t）、TEREX MT5500（320 t）型 的礦用重型卡車，新購買的礦用重型卡車不但驅(qū)動(dòng)功率大幅增加，而且驅(qū)動(dòng)方式，變成了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)-交流發(fā)電機(jī)-變頻器-交流電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)[1]。因此，需對(duì)原有電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了升級(jí)改造。

1 在用測(cè)試平臺(tái)需要改造的原因

1）原測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)的變壓器輸出功率偏小，以前的測(cè)試平臺(tái)輸出功率僅僅在500 kW，后來引進(jìn)的新的電動(dòng)卡車電動(dòng)輪的功率達(dá)到1 500 kW，主發(fā)電機(jī)的功率達(dá)到3 000 kW[2]。

2）原測(cè)試平臺(tái)為直流調(diào)速系統(tǒng)，沒有設(shè)計(jì)交流測(cè)試系統(tǒng)，后來由于交流調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，在電動(dòng)輪變成交流電動(dòng)輪后則無法進(jìn)行測(cè)試。

3）測(cè)試平臺(tái)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行近20 年，各種電子電器元件已嚴(yán)重老化，無法輸出連續(xù)、平穩(wěn)的電壓電流，導(dǎo)致電動(dòng)輪在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪音很大，在進(jìn)行故障判斷是容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷。

4）在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、振動(dòng)、溫度、噪音等進(jìn)行測(cè)試；原測(cè)試平臺(tái)只能輸出電樞和勵(lì)磁電壓電流，其他相關(guān)數(shù)據(jù)都采用輔助工具進(jìn)行判斷，例如測(cè)試溫度需專門的測(cè)試儀，測(cè)試振動(dòng)也是另外的振動(dòng)測(cè)試儀等。

5）需要增加測(cè)試人員，原測(cè)試平臺(tái)測(cè)試時(shí)需要的測(cè)試人員不少于3 名（1 人操作，1 人進(jìn)行監(jiān)管并記錄數(shù)據(jù)，1 人進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)等的手動(dòng)檢測(cè)），并且在整個(gè)過程中，這幾個(gè)測(cè)試人員要不停的記錄，不停地測(cè)試調(diào)整各類參數(shù)。

2 測(cè)試平臺(tái)

2.1 平臺(tái)要求測(cè)試項(xiàng)目

1）空載測(cè)試。采用變頻電源供電，將電動(dòng)輪內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至40 r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)1 min 檢查機(jī)械裝配質(zhì)量，無異音后調(diào)至100、200、400 r/min，各運(yùn)轉(zhuǎn)1 min；無異常噪音及振動(dòng)后調(diào)節(jié)至600～925 r/min 長時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。測(cè)試過程中測(cè)取電壓、電流和其他相關(guān)參數(shù)[3]。

2）負(fù)載測(cè)試。變頻器供電，測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采集，電機(jī)在額定工況下加載運(yùn)行，檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電參數(shù)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及振動(dòng)、噪聲、溫升等參數(shù)，分析電機(jī)負(fù)載特性。

3）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)試。在電機(jī)空載、負(fù)載運(yùn)行觀察中同步完成電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)試，利用平臺(tái)自帶的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器檢查轉(zhuǎn)速信號(hào)，并由計(jì)算機(jī)采集[4]。

4）振動(dòng)測(cè)試。利用振動(dòng)傳感器檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，并由計(jì)算機(jī)采集，在電機(jī)空載、負(fù)載及超速測(cè)試過程中同步完成傳動(dòng)端與非傳動(dòng)端軸承各方向振動(dòng)測(cè)試，并進(jìn)行譜分析，用于電機(jī)診斷。

5）溫度測(cè)量。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量軸承溫升、機(jī)殼和繞組溫升。利用測(cè)試平臺(tái)的溫度傳感器及電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)自帶溫度傳感器，由計(jì)算機(jī)采集。

6）噪音測(cè)試。電機(jī)在空載穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，采用測(cè)試儀進(jìn)行噪音測(cè)試，用于電機(jī)診斷，利用噪音傳感器檢測(cè)噪音信號(hào)，并由計(jì)算機(jī)采集。

2.2 測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)具體內(nèi)容

電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)測(cè)試平臺(tái)采用2 套四象限矢量變頻系統(tǒng)形成能量閉環(huán)進(jìn)行負(fù)載測(cè)試，同時(shí)由變頻系統(tǒng)提供空載可調(diào)電源，要求2 套四象限變頻系統(tǒng)可互換，不同被試品進(jìn)行不同測(cè)試項(xiàng)目時(shí)測(cè)試電路可自動(dòng)切換。測(cè)試過程中，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集被試電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄、計(jì)算并分析數(shù)據(jù)，自動(dòng)形成測(cè)試報(bào)表。外部電網(wǎng)經(jīng)隔離變壓器變壓后為測(cè)試系統(tǒng)提供測(cè)試電源，測(cè)試時(shí)被試電機(jī)和陪試電機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器連接，電動(dòng)輪測(cè)試時(shí)變頻測(cè)試電源做電動(dòng)運(yùn)行拖動(dòng)電動(dòng)輪運(yùn)行。發(fā)電機(jī)測(cè)試時(shí)，變頻測(cè)試電源和陪試電動(dòng)機(jī)一起做電動(dòng)運(yùn)行，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)測(cè)試時(shí)由勵(lì)磁電源提供勵(lì)磁[5]。

2.2.1 邏輯控制系統(tǒng)

1）變頻器的控制。變頻器通過Profibus 總線與PLC 進(jìn)行通訊，PLC 對(duì)變頻器的啟動(dòng)、測(cè)試運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、2 套變頻器的運(yùn)行配合、停止等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與狀態(tài)監(jiān)控。

2）測(cè)試線路開關(guān)控制。測(cè)試線路控制包括各個(gè)智能斷路器及接觸器等開關(guān)的控制，根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目，閉合測(cè)試線路中的不同的開關(guān)，組成符合測(cè)試要求的電路。

3）保護(hù)功能。測(cè)試系統(tǒng)短路、過載、過壓以及缺相等硬件保護(hù)功能，和開關(guān)切換電路形成連鎖保護(hù)功能，可自動(dòng)完成因測(cè)試電機(jī)缺陷而引起的過流、短路等故障保護(hù)。

4）現(xiàn)場警示控制。本測(cè)試系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生危險(xiǎn)，為保障測(cè)試人員的安全，在測(cè)試設(shè)備區(qū)和測(cè)試區(qū)設(shè)置聲光報(bào)警器，測(cè)試開始后，自動(dòng)報(bào)警，提示操作人員注意安全。

2.2.2 數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)

被試電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)由定制數(shù)采計(jì)算機(jī)＋智能儀器＋傳感器組成，采集數(shù)據(jù)為被試電機(jī)的電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、噪聲等參數(shù)[6]。所有數(shù)據(jù)均由數(shù)采計(jì)算機(jī)采集、記錄、運(yùn)算及分析，形成結(jié)果數(shù)據(jù)后傳至主控計(jì)算機(jī)顯示并生成測(cè)試報(bào)表。數(shù)采計(jì)算機(jī)采集參數(shù)端口包括被試電動(dòng)輪/主發(fā)電機(jī)的電壓傳感器和電流傳感器，陪試電機(jī)的電壓傳感器和電流傳感器，被試電動(dòng)輪/主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、振動(dòng)傳感器溫度傳感器，噪聲傳感器[7]。

1）檢測(cè)傳感器。電量檢測(cè)由電壓傳感器、電流傳感器及數(shù)據(jù)采集卡配合實(shí)現(xiàn)，電量檢測(cè)包括被試電機(jī)電壓、電流、功率檢測(cè)，所有電量均由數(shù)據(jù)采集卡采集計(jì)算，上傳至計(jì)算機(jī)。

2）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速檢測(cè)。選用旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，信號(hào)檢測(cè)采用數(shù)字化處理技術(shù)，不需調(diào)整零點(diǎn)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行分析計(jì)算，數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)。

3）振動(dòng)檢測(cè)。選用定制振動(dòng)加速度測(cè)量系統(tǒng)，振動(dòng)傳感器尾部帶磁吸座，吸附在被試電機(jī)傳動(dòng)端及非傳動(dòng)端上，信號(hào)調(diào)理單元通過硬件直接將振動(dòng)加速度信號(hào)積分為速度有效值信號(hào)，并輸出為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，進(jìn)入高速采集模塊模擬量輸入通道，由軟件自動(dòng)計(jì)算分析。

4）溫度測(cè)試。采用的溫度檢測(cè)傳感器是多通道智能型溫度傳感器，對(duì)所測(cè)試的溫度信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換后，以數(shù)據(jù)通訊的方式將溫度數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并且同時(shí)可以根據(jù)溫度數(shù)據(jù)繪制溫度-時(shí)間曲線等。

5）噪音測(cè)試。選用噪聲傳感器+調(diào)理模塊檢測(cè)被試電機(jī)噪聲，采用測(cè)量范圍為28～135 dB，頻率范圍為20～20 kHz 的噪音傳感器；采用8 通道ICP 輸入的調(diào)理模塊，每通道模擬放大器，×1、×10、×100 檔通過IEEE 1394 a 連接線與計(jì)算機(jī)相連接。

3 改造后測(cè)試情況及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 改造前后測(cè)試情況對(duì)比

在對(duì)露天煤礦重型礦用卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)的測(cè)試要求進(jìn)行理論分析和整體軟硬件搭建后，整個(gè)測(cè)試平臺(tái)在進(jìn)行試車后所有功能均能滿足設(shè)計(jì)要求，能對(duì)所有大型電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)進(jìn)行正常測(cè)試。在試運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)運(yùn)行效果良好，能滿足目前露天煤礦所有礦用卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)的空載測(cè)試、負(fù)載測(cè)試等測(cè)試要求[8]。測(cè)試平臺(tái)在改造前后結(jié)構(gòu)方面和用途方面的不同主要體現(xiàn)在：

1）變壓器輸出功率。改造前輸出功率為500 kW；改造后輸出功率為3 000 kW。

2）輸出電源情況。改造前只有直流電源，包括勵(lì)磁電源和電樞電源，能滿足SF3102，630E，730E 卡車測(cè)試；改造后包括直流電源（勵(lì)磁電源和電樞電源），滿足SF3102，630E，730E 卡車測(cè)試；變頻調(diào)速交流電源滿足MT4400，MT5500 等卡車測(cè)試。

3）測(cè)試內(nèi)容。改造前僅能進(jìn)行電動(dòng)輪的一般性測(cè)試和空載測(cè)試；主發(fā)電機(jī)的一般性測(cè)試；改造后進(jìn)行所有電機(jī)包括直流電動(dòng)輪、交流電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)的一般性測(cè)試、空載測(cè)試、負(fù)載測(cè)試。

4）其他測(cè)試方面。改造前進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)試、溫度測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、噪音測(cè)試等時(shí)必須采用人工另外增加測(cè)試設(shè)備設(shè)施進(jìn)行；改造后進(jìn)行轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試、溫度測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、噪音測(cè)試等與負(fù)載測(cè)試同時(shí)進(jìn)行，無需增加測(cè)試人員的工作量。

5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與修改。改造前未與電腦等連接，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和打?。桓脑旌罂蛇M(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，設(shè)置了數(shù)據(jù)修改權(quán)限，具有數(shù)據(jù)保密功能，并能對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行直接打印測(cè)試報(bào)告。

6）數(shù)據(jù)采集方式。改造前采用人工看儀器儀表進(jìn)行；改造后采用高速數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

7）測(cè)試調(diào)速方面。改造前只能進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速，需測(cè)試人員手動(dòng)調(diào)速，精確度無法保證；改造后直接在電腦上進(jìn)行精確設(shè)置，也可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速。

8）數(shù)據(jù)分析與計(jì)算。改造前人工進(jìn)行分析計(jì)算；改造后能直接觀察測(cè)試過程中的各類波形，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)計(jì)算。

9）測(cè)試人員人數(shù)。改造前測(cè)試時(shí)不少于4 人同時(shí)工作；改造后測(cè)試時(shí)只需要2 人同時(shí)工作。

3.2 測(cè)試平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性分析

測(cè)試的內(nèi)容包括在空載和負(fù)載情況下電壓、電流、噪音、抖動(dòng)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等的變化來綜合確定其是否處于完好狀態(tài)[9]。在此過程中，能充分的發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)和主發(fā)電機(jī)由于裝配過程中出現(xiàn)的各類不合適或不到位的地方，也能在發(fā)現(xiàn)由于配件質(zhì)量或者其他原因?qū)е碌倪\(yùn)行狀態(tài)不佳的狀況，降低了電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)裝配到卡車上次出現(xiàn)故障的幾率。由于重型礦用卡車電動(dòng)輪故障具有不確定性，因此無法針對(duì)某一臺(tái)或某幾臺(tái)電動(dòng)輪進(jìn)行對(duì)比，但是可以對(duì)某一型號(hào)所有的電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)在某一時(shí)段故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將統(tǒng)計(jì)時(shí)間點(diǎn)分別放在2017 年和2019 年，因?yàn)?017 年和2019 年2 種測(cè)試平臺(tái)都進(jìn)行過部分測(cè)試，而2017 年全年所有的MT 系列卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)均為原測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行簡單檢測(cè)后直接上車測(cè)試。2019 年全年所有MT 系列卡車故障電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)均采用新的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。2017 年全年MT 系列卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)情況見表1，2019年全年MT 系列卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)情況見表2。

表1 2017 年全年MT 系列卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)情況

表2 2019 年全年MT 系列卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)情況

從表1 和表2 可以看出，2017 年電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)的故障分別為45 臺(tái)次和18 臺(tái)次，平均運(yùn)行時(shí)間為9 800 h 和12 300 h；而2019 年維修的46 臺(tái)電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)故障分別為46 臺(tái)次和22 臺(tái)次，平均運(yùn)行時(shí)間為11 200 h 和135 000 h。在平均上車運(yùn)行時(shí)間上分別增加了1 400 h 和1 200 h。其次2017年電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)在上車24 h 內(nèi)出現(xiàn)故障的臺(tái)數(shù)分別為4 臺(tái)和2 臺(tái)，但2019 年所維修的電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)沒有1 臺(tái)在24 h 內(nèi)出現(xiàn)故障。上述情況說明：①經(jīng)過空載測(cè)試和負(fù)載測(cè)試的MT 系列電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)運(yùn)行小時(shí)數(shù)明顯增強(qiáng)，大概平均增加1/5 的運(yùn)行時(shí)間；②24 h 以內(nèi)出現(xiàn)故障的現(xiàn)象已經(jīng)完全消除，使得運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸效益得到明顯提升。保證了所有經(jīng)過維修出廠的電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)屬于合格產(chǎn)品。

經(jīng)濟(jì)效益如下：

1）在卡車停機(jī)方面，按照卡車每年運(yùn)行6 000 h，46 臺(tái)電動(dòng)輪和20 臺(tái)主發(fā)電機(jī)每次維修后少運(yùn)行1 200 h 左右，相當(dāng)于每臺(tái)卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)增加20%的維修工作量。每臺(tái)電動(dòng)輪維修停機(jī)時(shí)間約為2 d 估算，相當(dāng)于46 臺(tái)卡車，每臺(tái)卡車每兩年就要增加2 次維修停機(jī)時(shí)間，也就因?yàn)殡妱?dòng)輪的原因，每年每臺(tái)卡車需增加2 d 的停機(jī)時(shí)間。

2）按照統(tǒng)計(jì)表格，員工的勞動(dòng)量增加20%，配件成本消耗則主要是軸承等的消耗，每臺(tái)次維修成本按照5 萬元計(jì)算，電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)每年平均共計(jì)維修65 臺(tái)次，將直接增加成本材料配件成本325 萬元。

4 結(jié)語

首先抓住重型礦用卡車的電動(dòng)輪及主發(fā)電機(jī)測(cè)試平臺(tái)需要測(cè)試的項(xiàng)目、測(cè)試要求等主題，提出了測(cè)試平臺(tái)的改造方案。其次該測(cè)試平臺(tái)利用了目前較先進(jìn)的變頻控制系統(tǒng)，在各類電氣設(shè)備、配件、傳感器的選擇上進(jìn)行分析，通過計(jì)算機(jī)控制整個(gè)測(cè)試過程，具有較高的自動(dòng)化和智能化特性。最后對(duì)測(cè)試平臺(tái)改造前后測(cè)試效果分析，該平臺(tái)的改造是成功的，為重型礦用卡車電動(dòng)輪和主發(fā)電機(jī)的測(cè)試提供依據(jù)。