WK电铲在神华宝矿严寒工况的适应性设计

张 宇， 卢安卿

（太原重工股份有限公司技术中心，山西 太原 030024）

引言

当前WK系列国产大型矿用电铲在全国各大露天矿中使用广泛，比如在冬季寒冷的海拉尔地、夏季酷热的广州地区。不同的使用地域、使用温度和生产工况对电铲的应用提出了不同的要求。神华集团的宝日希勒矿业公司（全文简称神华宝矿）所处的地方，每年冬季气候占据时间长达6个月，每年12月开始，当地气温会降至－40℃左右，并且持续3个月。2014年12月，冬季寒冷的温度再次出现，神华宝矿采掘区内的1台 WK－35电铲，出现了几乎一天一次的停机故障，并偶尔出现掉斗现象，情况严重。WK－35电铲技术人员迅速赶往现场进行分析处理，并进行了适应性改进设计。

1 故障电铲的工作环境

在神华宝矿有2010年同时采购的2台WK－35电铲，但是其中1台发生故障停机的概率比另1台大，故障设备出现压缩空气管路冻结的频率较高。通过仔细观察故障电铲的工作环境，发现易出现停机故障的电铲是在排废料的工作面工作，该区域由于存在地下水外漏的问题，导致周围空气中水分含量偏高。

寒冷的气候加上潮湿的环境，两个因素共同作用，导致电铲内部的空气压缩机压缩的空气中水分含量过高，在电铲机棚外部管路易冻结的地方就发生了管路冻结的问题，导致了整个电铲气路不顺畅，工作气压下降，出现停机故障。这严重影响了电铲的工作效率，影响了神华宝矿的正常生产任务。

2 停机故障分析

在神华宝矿现场，矿方技术人员表达的现象为电铲掉斗时各机构变频器报出的各种故障。矿方技术人员分析结果：掉斗是电铲电气设备故障引起的电气故障。描述了在掉斗发生时变频器内报出的相关故障，比如提升机构变频器出现的转速超速或转速失步，推压机构变频器出现的转速超速或转速失步故障。矿方的描述给太原重工股份有限公司（以下简称“太重”）技术人员形成了先入为主的观念，使得太重技术人员怀疑该电铲所使用的西门子S120变频器存在质量问题［1］。

清晰的故障描述和分析是正确处理问题的前提条件。通过连续的现场观察，不断收集获取矿方故障记录数据，终于发现了故障的真正原因，并理解了故障的背后逻辑关系。神华宝矿极其寒冷的气候和该电铲周围较潮湿的工作环境，共同作用加剧了该电铲气路管路冻结问题的发生；不断地冻结导致了立即停机故障不断发生，伴随着电铲各机构抱闸系统的不断磨损；在某一次停机故障发生后，由于抱闸过多磨损时不能将电铲铲斗安全停在工作位置，进而出现了掉斗现象；掉斗现象出现后，由于电铲变频器高压电已安全停止工作而变频器弱电系统还在正常工作，因此与铲斗相关的提升和推压变频器即报出转速过快的故障。

3 适应性设计

通过前面的工作，找到了掉斗发生的真正原因。技术人员着手进行该工作环境的适应性设计。主要分为气路管路问题适应性设计和电气的预警适应性设计，同时强调了抱闸系统的检测标准值和更换周期。从不同角度入手，全面解决该WK电铲在该寒冷潮湿工况的停机故障。

首先，拆除了抱闸电磁阀的消音器，增加排气速度；将气路防冻器挪至主气路系统并进行了酒精加注工作，以减小气路系统的冻结概率［2］。

通过反复查找，发现机棚顶部气包的进出气口最易发生冻结问题，因此判断该气路点为整个系统的薄弱环节。所以将机棚顶部气包的进气口、出气口的接头和胶管的通径增大，保证该部位不发生冻结现象。

改进完成后，发现气压监测点也易引起监测不准确的问题。原因是监测传感器的监测点管路口径偏小，容易发生监测点冻结，导致了监测值低于实际气压值，引起停机故障的发生［3］。最后技术人员将气压检测点的位置改变在润滑室内气包上，同时将检测点口径变大。

基于前面的适应性设计，很好地改善了整个电铲发生气路管路的冻结问题，也就避免了非正常的立即停机故障的发生，避免了对各机构抱闸系统的非正常磨损［4］。

另外构思在主气包上增加一个压力预检测继电器，参与气压检测。在气压过低，出现电铲停机之前，通过司机室蜂鸣器报警，提示操作者将铲斗按照规范放在地面上，然后通知检修人员查看主气包所连接的管路是否存在冻结现象。设计人员现场即进行了该适应性设计改进。该技术避免了立即停机对制动器产生不必要的非正常磨损，避免铲斗落地，受到矿方极大肯定。

4 结语

目前，太重生产的WK系列大型矿用电铲已在全国各大露天矿中广泛使用，不同的露天矿有着不同的使用工况。针对寒冷潮湿的工况，本文提出了电铲气路的适应性设计方案，同时也提出了电气方面的预警方案，避免了电铲非正常停机，提高了寒冷地区电铲的使用效率，降低了电铲保养人员解冻的工作量，保证了露天矿在寒冷季节的生产任务。针对神华宝矿严寒工况的适应性设计，对今后电铲的寒冷工况设计具有较好的参考价值。

［1］ 西门子公司SINAMICS G／S.Tool for plain text display of error and warning texts［M］.北京：西门子（中国）出版社，2013.

［2］ 天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［3］ 吴作明，杜明星.深入浅出西门子STEP7［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2012.

［4］ 闻邦椿.机械设计手册第四卷流体传动与控制［M］.北京：机械工业出版社，2010.