P&H2800XP 電鏟提升失控故障原因分析及診斷方法

孟彥平

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 露天設(shè)備維修中心，山西 朔州 036000）

中煤平朔集團(tuán)公司有10 臺(tái)P＆H2800XP 電鏟在運(yùn)行，作為平朔公司1986 年建礦時(shí)就投入運(yùn)行的電鏟，已經(jīng)運(yùn)行30 多年了，在平朔的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了舉足輕重的作用。P＆H2800XP 電鏟整個(gè)挖掘過(guò)程中涉及4 大系統(tǒng)：提升系統(tǒng)、推壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和行走系統(tǒng)。為了提高電鏟出動(dòng)率，縮短電鏟故障時(shí)間，結(jié)合提升控制原理詳細(xì)分析了電鏟提升失控故障的原因及診斷方法，并且列舉了部分曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的提升失控故障案例。

1 P＆H2800XP 電鏟提升電氣系統(tǒng)

P＆H2800XP 電鏟采用2 000 kVA、6 000 VAC/600 VAC、角/星星接線式干式主變壓器，將6 000 VAC 高壓電源降至600 VAC，通過(guò)柜頂母線將三相600 VAC 分配給RPC（無(wú)功功率補(bǔ)償）柜以及電樞整流柜[1]。提升電氣系統(tǒng)2 個(gè)提升電樞整流器就是通過(guò)柜頂架空母線，從主變壓器次級(jí)繞組接收三相600 V 交流電壓，通過(guò)控制卡件產(chǎn)生作用于2 個(gè)提升整流器的觸發(fā)信號(hào)，從而把交流電轉(zhuǎn)換成可變的直流電。2 個(gè)電樞整流器和2 個(gè)直流電機(jī)通過(guò)2 個(gè)整流器來(lái)串聯(lián)在一起。電樞電流在每個(gè)電樞周?chē)籍a(chǎn)生磁場(chǎng)，與橫穿勵(lì)磁繞組的磁場(chǎng)作用，使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。

用于提升運(yùn)動(dòng)的電氣系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要電氣部件：2 個(gè)電樞整流器；1 個(gè)勵(lì)磁整流器；2 個(gè)換向電路；2 臺(tái)直流電機(jī)。2 臺(tái)直流電機(jī)的電樞軸和提升變速箱一級(jí)減速小齒輪軸的末端連接在一起，這2 個(gè)減速小齒輪軸共同驅(qū)動(dòng)提升變速箱，通過(guò)提升滾筒和提升繩就可以產(chǎn)生提升/下降動(dòng)作了[2]。P＆H2800XP電鏟采用晶閘管SCR 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，提升電樞整流器是1 組背靠背配置在一起的2 個(gè)6 脈沖整流器，這種整流器可以控制電壓和電流來(lái)使電機(jī)正反轉(zhuǎn)或在發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下。該系統(tǒng)提升部分設(shè)計(jì)2 個(gè)直流電機(jī)和2 個(gè)電樞整流器串聯(lián)，用1 個(gè)12 脈沖的順序控制邏輯電路控制，可以向電動(dòng)礦用挖掘機(jī)挖掘（升降）運(yùn)動(dòng)提供所需的能量，通過(guò)滾筒和纜繩來(lái)實(shí)現(xiàn)鏟斗的垂直運(yùn)動(dòng)。因此提升電樞系統(tǒng)使用2 套6 脈沖的整流器，完成提升/下降動(dòng)作的勵(lì)磁整流器是6 脈沖單整流器，這種整流器控制到達(dá)提升電機(jī)勵(lì)磁繞組的直流電流。

整流器中的晶閘管SCR 是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。整流器的可變直流輸出取決于導(dǎo)通信號(hào)，而導(dǎo)通信號(hào)是由操作員和控制卡件來(lái)控制的，卡件通過(guò)對(duì)成比例的電流和電壓反饋進(jìn)行采樣，為晶閘管生成適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通信號(hào)。電鏟提升運(yùn)動(dòng)的控制特性是具有力矩限制的速度調(diào)節(jié)，即操作員控制的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在預(yù)置的電流限制范圍內(nèi)，提升電機(jī)可以產(chǎn)生所需的扭矩來(lái)達(dá)到并保持操作員所要求的速度。當(dāng)操作員通過(guò)駕駛室中的控制器要求全速移動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)就產(chǎn)生所需的扭矩來(lái)保持要求的速度；當(dāng)操作員使控制器返回到中性點(diǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)就產(chǎn)生所需的扭矩來(lái)使勺斗停下來(lái)。

2 提升失控故障的現(xiàn)象

出現(xiàn)提升失控故障的常見(jiàn)現(xiàn)象：①電鏟瞬時(shí)停機(jī)；②啟動(dòng)電鏟，一松提升抱閘就掉勺斗，砸壞卡車(chē)或其他設(shè)備、顛傷司機(jī)、損壞提升抱閘、重勺斗快速下降帶動(dòng)滾筒快速轉(zhuǎn)動(dòng)直至滾筒反轉(zhuǎn)，提升亂大繩拉倒低壓集電環(huán)等嚴(yán)重后果；③提升沒(méi)勁；④手柄中位勺頭緩慢上升；⑤空勺頭下降慢；⑥下降快；⑦勺斗上下晃動(dòng)；⑧勺斗下降到地面準(zhǔn)備提升挖貨時(shí)突然停機(jī)；⑨啟動(dòng)電鏟，松開(kāi)抱閘，一動(dòng)提升手柄就停機(jī)；⑩提起勺斗，一轉(zhuǎn)換到行走就失控停機(jī)或者掉勺斗，導(dǎo)致大繩亂；1○提升或下降手柄給的大一點(diǎn)就失控停機(jī)；12○提升堵轉(zhuǎn)失控；13○提升只要帶回轉(zhuǎn)動(dòng)作就失控停機(jī)等現(xiàn)象。

3 造成提升失控故障的原因

造成提升失控故障的原因較多，應(yīng)該先區(qū)分是機(jī)械方面還是電氣方面的原因引起的失控故障。重勺斗關(guān)閉提升抱閘，2 s 前勺斗下降是電氣故障，關(guān)閉提升抱閘2 s 后勺斗才下降是機(jī)械故障[3]。

3.1 機(jī)械方面

P＆H2800XP 電鏟制動(dòng)屬停機(jī)制動(dòng)而非減速制動(dòng)，制動(dòng)一旦滯后，勺斗勢(shì)必下移，特別是在重勺斗狀況下，造成摩擦片急劇磨損并使制動(dòng)器冒煙，勺斗失控自落，嚴(yán)重的會(huì)損壞機(jī)械機(jī)件及砸壞卡車(chē)。如：制動(dòng)氣壓調(diào)整值太高；前、后提升抱閘摩擦片磨損過(guò)限；提升抱閘動(dòng)片與靜片之間間隙太大；1 個(gè)抱閘正常而另1 個(gè)抱閘不正常；抱閘彈簧機(jī)械疲勞；空壓機(jī)排污不好壓縮氣體臟，阻塞抱閘電磁閥造成氣路不暢通或關(guān)閉不嚴(yán)；快速釋放閥及膜片失效，快速釋放功能減慢；串聯(lián)在抱閘氣路系統(tǒng)中的單向閥失效等[4]。

1）電鏟轉(zhuǎn)換行走，勺頭掉下，強(qiáng)大的慣性使得大繩滾筒反轉(zhuǎn)，大繩亂，打壞集電環(huán)。檢查故障過(guò)程中發(fā)現(xiàn)提升抱閘投入有1～4 s 的長(zhǎng)延時(shí)，更換提升抱閘電磁閥后試鏟正常。空壓機(jī)壓縮的空氣中有水、泥、油等雜質(zhì)將提升抱閘電磁閥內(nèi)部卡住，關(guān)提升抱閘后電磁閥由于臟堵閥芯回位較正常時(shí)慢了許多，抱閘投入慢并且超過(guò)了2 s，鏟斗在重力的作用下往下掉，抱閘抱不住。關(guān)閉提升抱閘后又轉(zhuǎn)換到行走，提升機(jī)械抱閘未投入，電氣制動(dòng)已結(jié)束，鏟斗掉下，這是典型的機(jī)械原因造成的提升失控故障[5]。

2）電鏟在提升下降快的時(shí)候減速箱有異音，機(jī)電不太好區(qū)分，檢查很長(zhǎng)時(shí)間發(fā)現(xiàn)后減速箱一軸的軸承蓋子有點(diǎn)熱，打開(kāi)減速箱才發(fā)現(xiàn)是一軸軸承向提升抱閘方向躥了20 mm，更換軸承后故障消除。

3.2 電氣方面

電鏟外部供電電源突然斷電、因電氣系統(tǒng)故障而發(fā)生瞬時(shí)停機(jī)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致來(lái)不及施加機(jī)械制動(dòng)而造成失控。另外提升監(jiān)控卡接收提升手柄信號(hào)、基準(zhǔn)控制電壓信號(hào)、電樞電流反饋信號(hào)、電樞電壓反饋信號(hào)共4 個(gè)信號(hào)[6]，其中有1 個(gè)信號(hào)缺失或4 個(gè)信號(hào)的大小不匹配，提升監(jiān)控卡YXO108 的TP1 輸出0 V（＋24 V 正常），提升控制丟失先導(dǎo)繼電器HCLP 得電，其常開(kāi)點(diǎn)閉合，信號(hào)輸入PLC[7]，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到提升失控瞬時(shí)停機(jī)，報(bào)提升控制故障。提升磁場(chǎng)丟失或磁場(chǎng)電流不穩(wěn)定也會(huì)造成提升失控故障。有時(shí)系統(tǒng)部分元器件損壞，也會(huì)造成提升失控，而且系統(tǒng)不報(bào)故障也不停機(jī)，這種情況比較麻煩且故障點(diǎn)不易查找，可能造成嚴(yán)重后果，必須引起重視。

1）電樞電流反饋方面。三相600 VAC 通過(guò)3 個(gè)4 000/5 A 電流互感器轉(zhuǎn)換出來(lái)的小電流，經(jīng)過(guò)三相整流橋整流出0～10 VDC 電壓進(jìn)入電流表和卡件，通過(guò)可變電阻可以調(diào)節(jié)電樞電流反饋值。

2）電樞電壓反饋方面。從（H2）提升2 號(hào)電機(jī)兩側(cè)取電壓經(jīng)過(guò)電阻進(jìn)入電壓隔離放大器，輸出－20～＋20 VDC 電壓，又經(jīng)過(guò)電阻進(jìn)入電壓表和卡件，通過(guò)可變電阻可以調(diào)節(jié)電樞電壓反饋值。

3）磁場(chǎng)電流反饋方面。提升磁場(chǎng)整流器整流出的提升磁場(chǎng)電流經(jīng)過(guò)磁飽和電抗器，感應(yīng)出比較穩(wěn)定的磁場(chǎng)電流，然后經(jīng)過(guò)兩相整流橋輸出直流電流，通過(guò)提升最小磁場(chǎng)繼電器（MFRH）來(lái)監(jiān)測(cè)磁場(chǎng)電流的大小，直流電流經(jīng)過(guò)電阻到達(dá)提升磁場(chǎng)電流表和卡件，通過(guò)可變電阻可以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流反饋值。

4）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速電路。操作員手柄信號(hào)通過(guò)提升匹配卡、電壓調(diào)節(jié)卡、阻塞電路卡、電流調(diào)節(jié)卡、脈沖發(fā)生卡、脈沖放大卡及阻塞放大卡輸出提升整流器正、反向橋?qū)ㄐ盘?hào)及提升、下降晶閘管脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)通過(guò)脈沖變壓器輸出控制脈沖信號(hào)，進(jìn)而控制晶閘管的導(dǎo)通，整流器將三相交流電整流為可控的直流電，驅(qū)動(dòng)提升電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。整流過(guò)程中有1 個(gè)或多個(gè)晶閘管本該導(dǎo)通而未導(dǎo)通，或者不該導(dǎo)通反而誤觸發(fā)導(dǎo)通都會(huì)造成電鏟瞬時(shí)停機(jī)[8]?？刂葡到y(tǒng)本身電路復(fù)雜，涉及元器件比較多，因控制系統(tǒng)工作不正常造成的故障占有一定的比例。

5）保護(hù)系統(tǒng)。主回路交流側(cè)有主變瞬時(shí)過(guò)載保護(hù)、電容壓力保護(hù)，直流側(cè)有提升差壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、缺相保護(hù)、提升磁場(chǎng)丟失保護(hù)、提升控制丟失保護(hù)、提升過(guò)流保護(hù)、±15 V 電源保護(hù)，這些保護(hù)動(dòng)作都會(huì)造成瞬時(shí)停機(jī)。

4 提升失控故障診斷方法

P＆H2800XP 電鏟提升失控故障查找時(shí)，應(yīng)先詢問(wèn)司機(jī)電鏟在哪種操作狀態(tài)下出現(xiàn)故障和出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，或者讓司機(jī)操作電鏟觀察失控現(xiàn)象，利用儀表做初步判斷，以縮小故障范圍利于進(jìn)一步查找排查，避免故障擴(kuò)大損壞更多元器件。

1）檢查提升手柄輸出電壓值：全速提升＋15 VDC，全速下降－15 VDC。一般先將提升監(jiān)控卡拔出，將試驗(yàn)選擇開(kāi)關(guān)打到控制測(cè)試位置，釋放提升抱閘，手柄中位、全速提升／下降用萬(wàn)用表測(cè)提升接口卡TP7 腳電壓，若不正常就需要查找原因。電鏟下降慢，開(kāi)關(guān)打到控制位測(cè)手柄全速下降信號(hào)－13 VDC，檢查手柄下面端子排線接觸電阻大，短接端子排后正常。

2）檢查提升磁場(chǎng)電流值：提升強(qiáng)磁130 A，弱磁55 A。重勺頭下降慢屬于正常現(xiàn)象，為了提高生產(chǎn)效率則要求空勺頭快速下降，快速下降需要弱磁場(chǎng)電流55 A。將試驗(yàn)選擇開(kāi)關(guān)達(dá)到磁場(chǎng)測(cè)試位置，斷開(kāi)磁場(chǎng)斷路器，啟動(dòng)電鏟，測(cè)試提升磁場(chǎng)基準(zhǔn)卡數(shù)據(jù)，TP16：強(qiáng)磁－10 VDC、弱磁－4.2 VDC，跳接TP7 為0時(shí)是弱磁130 A、跳接TP10 為0 時(shí)是弱磁55 A，如果磁場(chǎng)無(wú)變化換提升磁場(chǎng)基準(zhǔn)卡。電鏟空勺頭下降慢，開(kāi)關(guān)打到磁場(chǎng)位試驗(yàn)下降時(shí)無(wú)弱磁場(chǎng)電流，更換提升磁場(chǎng)基準(zhǔn)卡后正常。

3）檢查提升電樞電流值：提升2 100 A，下降550 A。開(kāi)關(guān)打到堵轉(zhuǎn)位測(cè)試提升無(wú)電流，開(kāi)關(guān)打到控制位測(cè)試卡件數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)HCCR 接點(diǎn)黏死打不開(kāi)，提升門(mén)極阻塞繼電器HGB1 和HGB2 常有電，其常開(kāi)點(diǎn)閉合，提升2＃橋阻斷無(wú)電流，電流反饋丟失造成提升控制故障，更換HCCR 后正常。電鏟在H/C 位時(shí)提升磁場(chǎng)電流正常，提升電樞無(wú)電流，電壓100 V，檢查出后提升電機(jī)換向極連板燒斷，處理好后正常。

4）檢查電樞堵轉(zhuǎn)電流出現(xiàn)提升控制故障要檢查提升1＃下降可控硅有無(wú)短路。電鏟提升堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)顯示提升控制故障，查出降橋可控硅軟穿，更換可控硅后正常。

5）電壓反饋電路所涉及的接線端子、500 Ω 電位器（E31B7K）、400 Ω 電阻（E31B7C）、分流器模塊（DCMH）、21342 線、電壓隔離放大器（VIAH）115 VAC 工作電源、60 VDC 輸入電壓、20 VDC 輸出電壓。電鏟松提升抱閘勺斗下沉快，測(cè)提升電壓隔離放大器（VIAH）在低電壓時(shí)無(wú)輸出，在較高電壓時(shí)才有輸出，與回轉(zhuǎn)電壓隔離放大器（VIAS）互換，各自工作全正常了。

6）電流反饋電路所涉及的接線端子、整流橋（E31B7H）、分流器模塊（DCMH）、4 Ω電位器（E31B6A 和E31B7L）、3.32 Ω 電阻（E31B7D）、21342線、7411 線、提推行轉(zhuǎn)換繼電器（HCPR）、行走特性繼電器（PCR1）、提推特性繼電器（HCCR）。電鏟提升下降正常，轉(zhuǎn)換到行走，正常前進(jìn)后退不報(bào)故障，一扭鏟就報(bào)提升控制故障，檢查發(fā)現(xiàn)HCCR 常開(kāi)接點(diǎn)不太好，換接點(diǎn)后試鏟正常；提升沒(méi)勁、下降慢，7411線斷。

7）動(dòng)態(tài)位調(diào)整提升下降電樞電壓－550～＋550 VDC，超出太多易失控。給139B 脈沖發(fā)生器卡、126脈沖放大卡供電的＋15 VDC 穩(wěn)定可靠。按照卡件數(shù)據(jù)表測(cè)試調(diào)整提升各卡件各數(shù)據(jù)，檢查YXO108 提升監(jiān)控卡好壞，可嘗試更換卡件。電鏟提升失控，查提升橋?qū)ㄕ?，同時(shí)下降橋TP11 有0.3 V 也導(dǎo)通，換阻斷放大卡；電鏟在天熱時(shí)經(jīng)常發(fā)生提升失控，查多日未果，后來(lái)發(fā)現(xiàn)其卡件本身穩(wěn)壓二極管壞。電鏟松提升抱閘，鏟斗振蕩更換阻斷卡，提升抖更換電壓調(diào)節(jié)卡。

8）檢查HCLP 提升控制丟失繼電器好壞、檢查控制柜PLC 模塊I：6/6 好壞。松開(kāi)提升抱閘，鏟斗應(yīng)該緩慢的下降，如果鏟斗以極慢的速度上升或發(fā)生振蕩則是又一種提升失控，可檢查提升電壓調(diào)節(jié)卡電位計(jì)調(diào)整值是否正確或更換電壓調(diào)節(jié)卡。電鏟在提升堵轉(zhuǎn)時(shí)失控，提升堵轉(zhuǎn)最大電流1 500 A、下降到底返回提升時(shí)有時(shí)也報(bào)提升控制故障，調(diào)整電壓調(diào)節(jié)卡電流限制1、2 為最大（基準(zhǔn)由7.5 V 調(diào)到10 V）。電鏟提升手柄在中位，松開(kāi)提升抱閘鏟斗緩慢地上升，更換電壓卡正常。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)P＆H2800XP 電鏟提升電氣系統(tǒng)的概述，列舉了多年來(lái)提升失控故障出現(xiàn)的現(xiàn)象，從機(jī)械和電氣2 個(gè)方面，結(jié)合案例對(duì)提升失控故障進(jìn)行分析，總結(jié)出了提升失控故障的診斷方法。提升失控故障相較于其他故障更難查找，故障原因復(fù)雜多變，故障點(diǎn)多。掌握P＆H2800XP 電鏟提升失控故障的原因及診斷方法，可以提高現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)人員的技術(shù)水平，加快處理故障的速度，縮短電鏟故障時(shí)間，有效提高電鏟出動(dòng)率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。