王勇澎

1智能采礦裝備技術(shù)全國重點實驗室 山西太原 030000

2太原重工股份有限公司技術(shù)中心 山西太原 030000

電鏟作業(yè)環(huán)境惡劣，傳動系統(tǒng)承受重載、強(qiáng)沖擊、頻繁正反轉(zhuǎn)等狀況，僅僅依賴人工日常點檢，很難在早期階段預(yù)測故障發(fā)生，影響電鏟的可靠性和開機(jī)率[1]。結(jié)合電鏟傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和工作原理，通過加裝適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，對傳動系統(tǒng)關(guān)鍵部位的溫度和振動、制動器運(yùn)行狀態(tài)以及潤滑油流量進(jìn)行在線監(jiān)測，通過人機(jī)交互界面顯示故障并報警，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備劣化與隱患，降低事故率，延長設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)營成本。

1 傳動系統(tǒng)的組成

電鏟傳動系統(tǒng)主要由推壓機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu) 4 部分組成，如圖1 所示。推壓機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)共同作用，帶動鏟斗完成挖掘作業(yè)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動電鏟上部，完成鏟斗的裝載作業(yè)；行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動履帶行走裝置，實現(xiàn)電鏟的前進(jìn)和后退。

圖1 電鏟傳動系統(tǒng)組成

2 狀態(tài)在線監(jiān)測研究

針對電鏟使用過程中易發(fā)生故障的部位，對電鏟傳動系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測研究，主要包括軸承溫度、減速箱振動、制動器運(yùn)行狀態(tài)和潤滑油流量，司機(jī)室內(nèi)顯示屏上實時顯示監(jiān)測狀況、數(shù)據(jù)和故障報警。

2.1 軸承溫度監(jiān)測

軸承是電鏟傳動系統(tǒng)的重要零件，溫度隨著設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)逐步升高，一定時間后達(dá)到熱平衡的穩(wěn)定狀態(tài)，溫升因轉(zhuǎn)速、負(fù)載和潤滑方式等而不同。如果潤滑不良、裝配不當(dāng)?shù)龋瑫?dǎo)致軸承溫度急劇上升，出現(xiàn)異常高溫，必須及時停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，防止給設(shè)備帶來嚴(yán)重?fù)p壞。因此，有必要安裝溫度傳感器，實時監(jiān)測軸承作業(yè)時的溫度。

溫度傳感器分為接觸式和非接觸式，PT100 接觸式鉑熱電阻溫度傳感器具有安裝方便、精確靈敏、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可直接與軸承外圈表面接觸實現(xiàn)溫度精確測量。在電鏟提升、推壓、回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)軸承安裝位置選取 20 處加裝 PT100 接觸式鉑熱電阻溫度傳感器，現(xiàn)場安裝如圖2 所示。通過數(shù)據(jù)采集模塊將傳感器采集到的信號傳輸?shù)?PLC，司機(jī)室顯示屏在線顯示，當(dāng)溫度超過設(shè)定的閾值時自動報警。

圖2 溫度傳感器現(xiàn)場安裝示意

2.2 減速箱振動監(jiān)測

電鏟傳動系統(tǒng)的減速箱安裝不牢靠、聯(lián)軸器不同軸、軸承損壞、軸變形、斷齒、齒面點蝕或磨損嚴(yán)重等問題都會導(dǎo)致減速箱發(fā)生異常振動[2]，可以用加速度傳感器測量減速箱振動。在各機(jī)構(gòu)減速箱上多個位置安裝三軸加速度傳感器，可同時測量x、y、z3 個方向振動情況，如圖3 所示。對振動信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲，同時建立減速箱正常運(yùn)行和各類故障導(dǎo)致的減速箱異常振動的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)減速箱發(fā)生異常振動時，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和對比分析，實現(xiàn)故障預(yù)警和診斷，將傳動系統(tǒng)維護(hù)過程從被動變?yōu)樵缙陬A(yù)測，消除意外故障，減少故障停機(jī)時間，提高傳動系統(tǒng)的可靠性。

圖3 減速箱振動監(jiān)測流程

電鏟推壓、提升和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速箱均已配備振動在線監(jiān)測功能。

2.3 制動器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

電鏟傳動系統(tǒng)配有氣動盤式制動器，當(dāng)傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，制動器通過氣室驅(qū)動處于打開狀態(tài)；停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，制動器依靠彈簧抱閘處于制動狀態(tài)。在制動器上安裝松剎指示開關(guān)，如圖4 所示，實時獲取制動器制動或打開狀態(tài)；安裝磨損開關(guān)，及時掌握摩擦片和摩擦盤的磨耗量，指導(dǎo)維修人員及時調(diào)整或更換摩擦片，確保作業(yè)安全。通過松剎和磨損指示開關(guān)獲取的制動器運(yùn)行狀態(tài)信息、制動器運(yùn)行狀態(tài)顯示和報警，如圖5 所示。

圖4 制動器指示開關(guān)安裝示意

圖5 制動器運(yùn)行狀態(tài)顯示和報警

2.4 潤滑油流量監(jiān)測

電鏟推壓、提升和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均采用自動潤滑系統(tǒng)，定時、定量地對減速箱內(nèi)軸承、銅套和齒輪進(jìn)行潤滑，潤滑效果直接關(guān)系到傳動系統(tǒng)的使用壽命。為提高自動潤滑系統(tǒng)的可靠性，在潤滑系統(tǒng)管路上加裝流量計，如圖6 所示，實時顯示潤滑油流量，并傳輸?shù)剿緳C(jī)室的顯示屏上，實時顯示減速箱潤滑狀態(tài)，并自動報警，防止因潤滑管路、過濾器堵塞等引起潤滑不到位，而導(dǎo)致減速箱內(nèi)零部件損壞。

圖6 流量計安裝示意

3 結(jié)語

筆者結(jié)合電鏟傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)場使用情況，進(jìn)行了傳動系統(tǒng)狀態(tài)在線監(jiān)測研究，實現(xiàn)了傳動系統(tǒng)軸承溫度、減速箱振動、制動器運(yùn)行狀態(tài)和潤滑油流量監(jiān)測。狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)已在系列電鏟上推廣應(yīng)用，使用效果良好，大幅提高了傳動系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，節(jié)約了維護(hù)運(yùn)營成本，提高了電鏟作業(yè)效率，同時為開發(fā)遠(yuǎn)程或無人操作智能電鏟奠定了基礎(chǔ)。