電鏟尾線電纜收放車性能與效益分析

王治國，田 園，李在友，邢栓龍，靳海軍，韓新平

（1.神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；3.遼寧省露天礦山裝備工程技術(shù)研究中心，遼寧 阜新 123000）

電鏟是露天礦山采掘作業(yè)的主采設(shè)備之一[1]，在大型土木工程施工中，電鏟也是常用設(shè)備。在露天礦山生產(chǎn)和土木施工工程中，電鏟在作業(yè)和轉(zhuǎn)場中尾線電纜的收放和移動(dòng)，過程中，所使用的3 種常規(guī)方法都存在一定隱患：①后置卷纜裝置：離地面低，行走和作業(yè)過程中極易發(fā)生刮碰從而造成動(dòng)力破損、發(fā)生漏電等意外事故；②后置爬犁：電纜需由電鏟齒尖挑起，人工輔助將之盤放在爬犁上，存在人員觸電風(fēng)險(xiǎn)，效率低；③直接拖拽：電纜需由電鏟齒尖挑起，人工輔助將電纜繞成“8”形或“L”形，拖拽時(shí)易出現(xiàn)電纜兜石刮傷破損而造成漏電，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)人員多（一般需3 人同時(shí)作業(yè)），動(dòng)用設(shè)備多，效率低，電纜壽命短。其中，以后2 種方式最為常見，均為電纜落地、地面拖拽電纜移動(dòng)方式。

為有效解決上述問題，神華北電勝利能源有限公司與合作單位創(chuàng)新研發(fā)了首臺(tái)套電鏟尾線電纜收放車（以下簡稱電纜收放車），并且達(dá)到了減員、節(jié)能、增效和安全的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。該產(chǎn)品是露天礦山和大型土木工程施工采用包括電鏟在內(nèi)的以電力作為動(dòng)力源的大型移動(dòng)設(shè)備作業(yè)的配套輔助設(shè)備。

1 電鏟作業(yè)平盤與生產(chǎn)條件

電鏟作業(yè)平盤與生產(chǎn)基本條件見表1。

10 臺(tái)電鏟中，有6 臺(tái)用于巖層剝離作業(yè)，3 臺(tái)用于產(chǎn)煤作業(yè)，1 臺(tái)大修。電鏟作業(yè)條件良好。

表1 電鏟作業(yè)平盤與生產(chǎn)基本條件

2 電纜收放車

電纜收放車適用于露天礦山配合電鏟收放電纜作業(yè)，也可為其他大型設(shè)備提供移動(dòng)高壓供電使用。該設(shè)備集成現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，具有先進(jìn)性、安全性、可靠性、實(shí)用性和簡潔性，完全替代了前述電鏟常用的3 種簡陋落后電纜收放與移動(dòng)方式。該設(shè)備完全依照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造[2-7]。

電纜收放車包括：行走、平臺(tái)、機(jī)房、安全圍欄、收放線裝置、電控系統(tǒng)、距離檢測防拽器和、動(dòng)力系統(tǒng)等主要部件組成。電鏟尾線電纜收放車構(gòu)成如圖1。

圖1 電鏟尾線電纜收放車主視圖

電纜收放車主要組件有如下4 部分：

1）履帶式行走。針對(duì)露天煤礦軟巖發(fā)育、且時(shí)常受水浸泡變得泥濘而設(shè)計(jì)。如果在其他硬巖發(fā)育作業(yè)場所，可采用膠輪式行走。

2）放收線裝置。主要由卷筒機(jī)構(gòu)和擺線導(dǎo)向裝置組成。電纜纏卷于卷筒上，進(jìn)行電纜的放開伸長與卷收縮短；擺線導(dǎo)向裝置主要在卷收時(shí)使電纜能夠依層順次緊密地纏卷于卷筒上，不致相鄰電纜段絞卷在一起而發(fā)生卡滯現(xiàn)象。放線總成如圖2。

圖2 放線總成

3）距離檢測防拽器。主要用于保證電鏟尾線電纜收放車和電鏟之間的電纜不被拉扯。當(dāng)電鏟行走時(shí)，而電纜收放車未及時(shí)跟隨，導(dǎo)致電鏟和電纜收放車之間的距離超出預(yù)定距離，發(fā)生電纜拉扯、甚至扯斷。此種情況下，距離檢測防拽器的緩沖彈簧被壓縮，緩沖器尾板觸碰到行程開關(guān)，機(jī)房頂部的旋轉(zhuǎn)式報(bào)警器報(bào)警，提示操作人員停止電鏟行走或及時(shí)操作電纜收放車跟隨行走，從而避免電纜拉扯現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而避免發(fā)生相應(yīng)的事故。

4）電控系統(tǒng)。由電滑環(huán)、高壓分線箱、高壓開關(guān)柜、變壓器柜、低壓電控柜、遙控器、防爆電鈴、防爆急停按鈕、防爆組合聲光報(bào)警器、防爆旋轉(zhuǎn)式聲光報(bào)警器、空調(diào)、各電機(jī)、各傳感器等組成。行走及卷放纜有無線遙控與平臺(tái)手柄2 種操作方式。

3 電纜收放車作業(yè)準(zhǔn)備和作業(yè)流程

1）電纜收放車作業(yè)前的作業(yè)準(zhǔn)備有：①電纜收放車行走至作業(yè)平盤，停置于作業(yè)電鏟后方約100 m處預(yù)定位置；②電纜收放車電纜接口與電鏟接通高壓供電電源；③作業(yè)前調(diào)試、查看電纜收放車是否處于正常狀態(tài)；④電鏟開始作業(yè)。

2）作業(yè)流程。①電鏟基本呈定點(diǎn)狀態(tài)在平盤1個(gè)作業(yè)面（點(diǎn)）作業(yè)3 h、以約0°～180°轉(zhuǎn)動(dòng)挖掘裝載，此時(shí)，電纜收放車原地不動(dòng)；②完成1 個(gè)作業(yè)面點(diǎn)的挖掘裝載，電鏟移動(dòng)行駛至與之相鄰的作業(yè)面（點(diǎn)），依作業(yè)情況，電纜收放車可跟隨收放或不做收放動(dòng)作，亦置于其后；③電鏟與電纜收放車重復(fù)步驟①的作業(yè)流程，直至完成本作業(yè)面（點(diǎn)）的作業(yè)；④電鏟與電纜收放車重復(fù)步驟②的作業(yè)程序，直至完成本平盤的作業(yè)；⑤電鏟轉(zhuǎn)場，電纜收放車收卷電纜、跟隨電鏟行走，到達(dá)新的作業(yè)平盤；⑥電鏟與電纜收放車重復(fù)上述作業(yè)流程，直至完成新平盤的作業(yè)。

4 收放電纜與移動(dòng)轉(zhuǎn)場操作

電鏟尾線電纜收放和電纜收放車行走，有無線遙控和平臺(tái)有線手柄2 種操作方式，系統(tǒng)默認(rèn)為遙控操作方式。長按3 s 電纜收放車上操作手柄的啟動(dòng)按鈕，可轉(zhuǎn)換操作方式。

4.1 收放電纜

1）電纜收放車通電后，首先啟動(dòng)電鏟車上2 號(hào)遙控器，由“OFF”撥至“ON”檔，之后撥至“START”檔1 s，當(dāng)見黃燈閃爍，松開即可。之后啟動(dòng)車下手持1號(hào)遙控器（啟動(dòng)方式與2 號(hào)遙控器相同）此時(shí)綠燈（車頂指示燈）閃爍，響鈴5 s，示意卷纜車可以作業(yè)。

2）當(dāng)所收放電纜較長時(shí)，可1 s 內(nèi)雙擊2 次收纜按鈕或放纜按鈕，此時(shí)電纜收放為鎖定狀態(tài)，一直執(zhí)行收或放電纜動(dòng)作，再次按壓后可解除。如電纜收放距離較短，使用點(diǎn)動(dòng)收放，長按收纜按鈕或放纜按鈕，收放電纜動(dòng)作為點(diǎn)動(dòng)，松開即停止。

4.2 移動(dòng)轉(zhuǎn)場

1）前進(jìn)→左轉(zhuǎn)彎→右轉(zhuǎn)彎→前進(jìn)。向前行走時(shí)，先將電纜放下，此時(shí)只需按下前進(jìn)按鈕1 次后，電纜收放車以定速向前行進(jìn)。按下左轉(zhuǎn)彎鍵，指令電纜收放車向左轉(zhuǎn)。完成左轉(zhuǎn)后，松開左轉(zhuǎn)彎鍵電纜收放車向前行進(jìn)。若需回到原行走路線，則需按下右轉(zhuǎn)彎鍵，電纜收放車向右轉(zhuǎn)，當(dāng)回到原行走路線后，松開右轉(zhuǎn)彎鍵，電纜收放車回到原行駛路線繼續(xù)行駛。

2）前進(jìn)→右轉(zhuǎn)彎→左轉(zhuǎn)彎→前進(jìn)。操作方式與上基本類似，只需左右轉(zhuǎn)彎鍵先后順序調(diào)整，即先右后左即可。當(dāng)電纜收放車行駛到目的地之后，只需再次按壓1 次前進(jìn)按鍵，即停止前進(jìn)，此時(shí)應(yīng)立即停止放纜動(dòng)作。

3）后退→左轉(zhuǎn)彎→右轉(zhuǎn)彎→后退。向后收纜時(shí)，需要先將電纜收起，此時(shí)只需按下后退按鈕1 次后，雙電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，電纜收放車以定速向后行駛。因電纜此時(shí)正在電纜收放車后方，切不可碾壓電纜，因電纜帶電，如碾壓會(huì)造成高壓電短路，接地事故。

4）后退→右轉(zhuǎn)彎→左轉(zhuǎn)彎→后退。在后退模式下，電纜收放車右后轉(zhuǎn)彎和返回原行走路線（左轉(zhuǎn)），操作方式。右后轉(zhuǎn)向完成后，只需松開右轉(zhuǎn)彎鍵即可后退行駛。當(dāng)后退到目的地后，只需再次按壓一次后退按鍵后，電纜收放車后退行駛動(dòng)作即停止，此時(shí)應(yīng)立即停止收攬動(dòng)作。

5 性能與效益

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，完全實(shí)現(xiàn)了電纜收放車的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)、并符合生產(chǎn)要求和技術(shù)規(guī)范。在設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)和產(chǎn)品性能得到現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證的同時(shí)，也獲得了理想的效益。

5.1 性 能

1）使用環(huán)境條件與工作性能。①海拔高度不大于2 000 m；②環(huán)境溫度為-40～40 ℃；③坡度不大于14°（露天煤礦規(guī)定不大于8°）；④露天礦作業(yè)地表面凹凸不平、多塵或泥濘的非等級(jí)道路；⑤風(fēng)力低于7 級(jí)；⑥行走速度1 km/h，轉(zhuǎn)向與后退自如；⑦電纜收放順暢，無卡滯現(xiàn)象，收卷電纜在滾筒上層序（縱向）和順序（橫向）規(guī)整。

2）安全保護(hù)。①啟動(dòng)報(bào)警裝置和前后照明燈；②電鏟車上留有緊急停車遙控器；③電纜收放車與電鏟極限距離報(bào)警和電纜防拽保護(hù)裝置；④行走制動(dòng)保護(hù)裝置；⑤緊急停車裝置。

5.2 效 益

5.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

1）提高生產(chǎn)效率和增值降耗。按原方式，WK-35電鏟每班跟進(jìn)電纜至少需15 min，每天3 個(gè)班則需45 min 時(shí)間來移動(dòng)尾線電纜。采用該裝置后不需額外時(shí)間來移動(dòng)尾線電纜，電鏟實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。WK-35 電鏟平均生產(chǎn)能力為1 700 m3/h，每年除去雨季和冬季停機(jī)時(shí)間，有效工作時(shí)間為10 個(gè)月。投入該裝置后，每臺(tái)電鏟每年可增加382 500 m3剝離量[8]。

2）減少作業(yè)人員。電鏟車作業(yè)需配置2 人，即1名正司機(jī)和1 名副司機(jī)。按原方式，每班日3 次移動(dòng)電纜時(shí)，需額外再增加1 人輔助作業(yè)，才可完成電纜的移動(dòng)。而采用電纜收放車則由副司機(jī)1 人即可完成，其可在電鏟車上或車下任一合適位置控制電纜收放車進(jìn)行電纜收放和移動(dòng)。減少作業(yè)人員的同時(shí)，降低了人工成本。

3）提高電纜使用壽命和降低損耗。具不完全統(tǒng)計(jì)，一般露天煤礦每年因移動(dòng)電鏟尾線電纜造成的電纜損失平均約為4 萬元，投用該裝置后，基本杜絕了尾線電纜的損傷。

5.2.2 安全效益

1）有效地保證生產(chǎn)作業(yè)安全。徹底擯棄了存在安全隱患的“三接觸式”電纜移動(dòng)作業(yè)方式，即電鏟齒尖與帶電電纜接觸、作業(yè)人員與帶電電纜接觸和移動(dòng)拖拽地面與帶電電纜接觸。消除了電鏟齒尖和拖拽對(duì)電纜的損傷漏電所造成的觸電傷亡事故，保障了電纜移動(dòng)作業(yè)的安全。

2）最大限度地降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。無需人工助力移動(dòng)電纜，減少作業(yè)人數(shù)，保障人員安全，同時(shí)也降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.2.3 社會(huì)效益

1）為其他礦山的安全、高效生產(chǎn)提供先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。該裝置為全國首臺(tái)套履帶式尾線電纜卷放裝置，經(jīng)過現(xiàn)場使用證明，可有效杜絕電鏟在作業(yè)過程中使用鏟斗懸掛繩索拖拽電纜現(xiàn)象，延長電纜使用壽命，保證人員安全，同時(shí)能避免使用“爬犁”造成的磕碰等情況，提高電鏟工作效率。

2）具有多型號(hào)廣適性用途。此電纜收放車是針對(duì)露天煤礦研制的電鏟輔助作業(yè)設(shè)備，采取履帶式行走方式。該型電纜收放車完全可以衍生出多種型號(hào)，以適應(yīng)大型土木工程施工、采用高壓電作為動(dòng)力源的大型移動(dòng)設(shè)備，以及采用膠輪式行走方式。該類型產(chǎn)品系列化開發(fā)，形成產(chǎn)業(yè)鏈。

6 結(jié)語

1）履帶式行走可適應(yīng)露天煤礦地面的非平整和泥濘狀況，最大行走速度1 km/h，收放電纜長度300 m。

2）設(shè)備行走和電纜收放為無線遙控與手柄2 種操作方式，遙控器控制范圍100 m，可保證電鏟正常安全作業(yè)。因全程機(jī)械作業(yè)，避免了觸電風(fēng)險(xiǎn)，降低了作業(yè)人數(shù)與勞動(dòng)強(qiáng)度，電纜收放和移動(dòng)操作人員由原來的3 人減少到1 人。無需電鏟齒尖挑動(dòng)和地面拖拽，尾線電纜使用壽命提高1 倍以上。完全與電鏟作業(yè)同步進(jìn)行電纜的收放和移動(dòng)，電鏟效率提高14.28%。

3）全方位行走流暢，電纜收放層次規(guī)整。電鏟與電纜收放車之間的距離檢測防拽器，可保證電纜不被拉扯和拉斷，具有安全性和作業(yè)順暢性。

4）設(shè)有行走電機(jī)超溫報(bào)警（＞135 ℃）、收放電纜卡滯報(bào)警，保證設(shè)備安全可靠。

5）在超低溫環(huán)境及坡度不大于14°的露天礦工作面均可使用。

6）單獨(dú)的行走系統(tǒng)。若電纜收放車高、低壓或卷纜出現(xiàn)故障，可立即將電纜收放車短接，利用外接380 kV 電源驅(qū)動(dòng)該裝置行走到不影響電鏟工作的地方進(jìn)行維修，保證正常生產(chǎn)。