HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機和變頻電控系統(tǒng)的設計

曹金龍，羅詩偉

(陜西核昌機電裝備有限公司，陜西 咸陽 712000)

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HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機和變頻電控系統(tǒng)的設計

曹金龍，羅詩偉

(陜西核昌機電裝備有限公司，陜西 咸陽 712000)

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

全液壓；錨固鉆機；變頻；結構設計

1 HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機簡介

HMD-7500多功能全液壓錨固鉆機(見圖1)為整體式鉆機，可在三維內調節(jié)，實現360°施工，并且配有鋼履帶行走底盤，整機移動迅速，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鉆進施工，工作效率高于常規(guī)回轉鉆進施工。采用全液壓控制，機身結構堅固，操作靈活方便，充分保證設備的實用性能。主動力源為電動機，并且備有一個18 kW 的柴油機作為無電源時行走使用。電機總功率為90 kW，其中用于動力頭回轉的有65 kW，沖擊力和提升力都非常強大，工作效率高，可一機多用。該鉆機主要應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、地質災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

2 主要技術參數

鉆機主要技術參數見表1。

表1 HMD-7500鉆機技術參數表

3 變頻電控系統(tǒng)設計

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計容量，由于施工是臨時性，同時工作的鉆機有五、六臺，使用功率增大，如果不能根據施工需求更換變大容量壓器，啟動鉆機的瞬間對電網的沖擊會導致一些問題及危害，見表2。

表2 對電網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，對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，定值電流為線電流，見公式(1)。

(1)

式中：I— 線電流，A；

P— 電機功率，90 000 W；

U— 線電壓，380 V；

cosφ— 功率因數，0.795。

代入相關數據可得：線電流I=180.16 A，而流過電機各相繞組的相電流則為104.01 A。

在星形連接運行時，線電流=相電流，加在電機各相繞組的相電壓=線電壓U=220 V，因此線電流I=104.01 A，實際啟動電流應按104.01 A乘以啟動倍數，而不是按180.16 A來計算啟動電流。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的沖擊。

3.2.2 變頻軟啟動

運用串接于電源與被控電機之間的變頻軟啟動器，斜坡恒流軟啟動控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，在軟啟動過程中，電機啟動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加，直至啟動結束。

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 設計控制原理

通過兩種啟動方式計算和比較，經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M1開始運轉，經過平滑啟動40 s后，電機M1正常運轉，接觸器KM1斷開，同時KM2閉合，外部時間繼電器開始計時，經過延時同樣的啟動方式，電機M2啟動。

使用變頻軟啟動控制有以下優(yōu)點：

(1)變頻軟啟動控制柜有先進的軟啟動器；

圖2 電機軟啟動器

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、自動保護停機等保護功能，使用安全、維護簡便；

(4)可根據不同的負載設定啟動時間和停止時間；

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

(6)限制啟動轉矩，保護機械傳動系統(tǒng)；

(7)具有雙重二級保護功能，在一級保護失效或軟啟動器出現斷相等故障時，由二級保護直接切斷系統(tǒng)電源，避免事故進一步擴大；

(8)具備現場總線接口，可實現遠程操作與控制；

(9)軟啟動控制柜功能更完善，控制更靈活，可實現軟啟動、限流啟動、軟停機、自動旁路運行、一拖二功能。

4 結束語

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

2016-10-12

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

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1009-282X(2016)06-0014-03