勝利一號(hào)露天礦電鏟尾線電纜卷放車設(shè)計(jì)

鄒 偉，姜 鵬，呂秀梅，2，朱云龍，包永平，張 淼，李經(jīng)天

（1.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；2.阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 遼寧 阜新 123000）

國內(nèi)大型露天礦的采裝作業(yè)普遍采用電鏟進(jìn)行，隨著采剝作業(yè)的進(jìn)行[1-2]，電鏟工作位置需要不斷地更換，而電鏟的工作動(dòng)力為電纜輸送的高壓電，電鏟在作業(yè)和短距離轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拖拽電纜的問題，傳統(tǒng)解決方式為在電鏟工作時(shí)，需要人為參與電纜的移動(dòng)，由于電纜質(zhì)量大，且攜帶高壓電，人力搬運(yùn)不僅效率低，而且存在漏電危險(xiǎn)。因此設(shè)計(jì)了1 種電鏟尾線電纜自動(dòng)卷放裝置，配合電鏟的工作。

電鏟在工作時(shí)，電纜與電鏟尾線電纜卷放車相連接，電鏟尾線電纜卷放車與工作現(xiàn)場(chǎng)的接線柱相連接，電鏟尾線電纜卷放車具有一定距離的電纜儲(chǔ)存功能，跟隨著電鏟行走，從而減少輔助人員的工作強(qiáng)度，達(dá)到減員、增效、安全生產(chǎn)的效果。

1 電鏟尾線電纜卷放車整機(jī)參數(shù)

電鏟尾線電纜卷放車整機(jī)質(zhì)量（不包含電纜）約為23 t，供電電壓可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求選配AC 6.3～6.6 kV 和AC 10 kV 等多種供電模式；后纜卷筒可以纏繞多圈電纜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的要求選配300、500、1 000 m 等電纜，電纜收放口可根據(jù)不同電纜直徑進(jìn)行調(diào)整，可以穿過40～90 mm2粗電纜。電鏟尾線電纜卷放車的總裝機(jī)功率為85 kW，其中行走電機(jī)采用2個(gè)37 kW 西門子變頻電機(jī)獨(dú)立控制履帶行走，最大行走速度可達(dá)1.5 km/h。本設(shè)備重心配置合理，最大爬坡能力為15°。

2 電鏟尾線電纜卷放車結(jié)構(gòu)

電鏟尾線電纜卷放車的結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 電鏟尾線電纜卷放車結(jié)構(gòu)圖

電鏟尾線電纜卷放車裝置主要由行走總成、平臺(tái)總成、機(jī)房總成、圍欄總成、放線總成、電氣與控制系統(tǒng)總成、電纜支臂等部件組成[3]。

2.1 行走總成與平臺(tái)總成

1）行走總成為履帶式行走裝置，用于電鏟尾線電纜收放車裝置的前后移動(dòng)，行走總成主要由行走電機(jī)、行走減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、履帶架、支重輪、履帶鏈、張緊總成、引導(dǎo)輪總成等部分組成。行走履帶采用600 mm 寬標(biāo)準(zhǔn)履帶板，平均對(duì)地比壓0.05 MPa。行走驅(qū)動(dòng)力采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)，行走電機(jī)通過行走減速機(jī)及驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)履帶鏈實(shí)現(xiàn)行走功能，可以通過變頻電機(jī)的頻率改變，實(shí)現(xiàn)行走速度的無級(jí)調(diào)整。變頻電機(jī)帶有制動(dòng)器，可以保證電鏟尾線電纜卷放車的駐車[4-5]；同時(shí)變頻電機(jī)內(nèi)置溫度保護(hù)開關(guān)，溫度＞135 ℃時(shí)報(bào)警。履帶張緊機(jī)構(gòu)是由引導(dǎo)輪總成和張緊總成組成的，履帶的松緊是靠張緊油缸推動(dòng)引導(dǎo)輪總成來調(diào)節(jié)的。

2）平臺(tái)總成位于行走總成上部，平臺(tái)總成上布置有放線總成、高壓分線箱、電纜支臂等結(jié)構(gòu)；平臺(tái)兩側(cè)裝有圍欄及人梯，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全。平臺(tái)總成上部裝有機(jī)房，機(jī)房內(nèi)部裝有變壓器柜、高壓開關(guān)柜和低壓電控柜等裝置，機(jī)房上設(shè)有開門，便于機(jī)房內(nèi)部電器元件的檢修。

2.2 放線總成

2.2.1 后放線總成的組成及工作原理

電鏟尾線電纜卷放車后放線總成結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 電鏟尾線電纜卷放車后放線總成結(jié)構(gòu)圖

電鏟尾線電纜卷放車后放線總成主要由驅(qū)動(dòng)總成、架體、卷筒總成、電滑環(huán)總、排纜器總成等部件組成。后放線總成通過卷筒機(jī)構(gòu)中的高壓電滑環(huán)，將外部的高壓電引入到設(shè)備上的高壓分線箱中，其中1路電由電纜經(jīng)電鏟尾部耦合器進(jìn)入電鏟內(nèi)部供電鏟工作使用，另1 路電供電鏟尾線電纜卷放車本身的電氣系統(tǒng)使用[6]。

后放線總成的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速機(jī)帶動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)電纜纏繞在滾筒上，同時(shí)排纜器電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)排纜器齒輪箱的運(yùn)動(dòng)，排纜器齒輪箱的輸出軸與鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與排纜器相連，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)排纜器跟隨者鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度，電機(jī)可以調(diào)整工作頻率，實(shí)現(xiàn)排纜器運(yùn)行速度與滾筒速度的匹配，保證電纜的按層卷盤在滾筒上，與傳統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)排纜器相比，電機(jī)控制的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)排纜器，運(yùn)動(dòng)速度更好獨(dú)立控制，更容易跟滾筒轉(zhuǎn)速進(jìn)行配合，也可以適應(yīng)多種直徑的電纜[7]。

主卷筒設(shè)計(jì)有電纜張力自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)警裝置，一旦電纜松弛或過緊，立刻報(bào)警，并將報(bào)警信息用中文顯示在顯示屏上，保證主卷筒收放電纜時(shí)，不產(chǎn)生疊壓、過松、過緊現(xiàn)象，能夠自動(dòng)防止電纜不被拖拽過度而損壞。當(dāng)電纜滾筒上剩余的電纜達(dá)到設(shè)定的最小警戒值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)進(jìn)行電纜回收，防止由于誤操作對(duì)電纜啊造成損壞。

2.2.2 前放線總成的組成及工作原理

電鏟尾線電纜卷放車前放線總成結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖3 電鏟尾線電纜卷放車前放線總成結(jié)構(gòu)圖

電鏟尾線電纜卷放車前放線總成主要由外置滑環(huán)、電機(jī)、小卷筒總成、架體、傳動(dòng)裝置、排纜器等部分組成。

電纜通過高壓滑環(huán)箱后纏繞在小滾筒上，當(dāng)電鏟前進(jìn)時(shí)，電纜拉力加大，滾筒磁滯耦合器的保持力矩小于電纜拉力對(duì)滾筒的力矩時(shí)，滾筒被電纜拉動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒被動(dòng)放出電纜。當(dāng)電鏟后退時(shí)電纜拉力減小，前置滾動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)自動(dòng)收電纜，確保電纜始終保持拉緊和懸浮狀態(tài)，保證電鏟尾線電纜卷放車行走時(shí)不會(huì)碾壓電纜[8]。

同時(shí)，前放線總成的減速箱可以通過鏈條機(jī)構(gòu)帶動(dòng)排纜器絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)排纜裝置的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)電纜就行合理排布。

輔助卷筒也采用變頻驅(qū)動(dòng)方式、恒張力控制，不僅具有自動(dòng)跟隨電鏟作業(yè)、自動(dòng)收放電纜的功能，而且能夠減少電纜收放車、主卷筒的頻繁啟動(dòng)，延長其使用壽命，實(shí)現(xiàn)安全、高效、作業(yè)。

2.3 電氣系統(tǒng)與控制系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由變壓器、高壓分線箱、低壓供電柜、低壓控制柜等部分組成。低壓供電柜內(nèi)有刀開關(guān)，該刀開關(guān)為雙向開關(guān)，向上合閘為變壓器供電，向下合閘為外接電源車供電。低壓供電柜內(nèi)還設(shè)有2 臺(tái)行走變頻器和3 臺(tái)卷筒變頻器；低壓控制柜內(nèi)安裝PLC 控制器、液晶觸摸顯示屏、低壓開關(guān)、繼電、和遙控接收器等[9]。

1）行走電機(jī)由PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)無級(jí)速度調(diào)整和轉(zhuǎn)向控制。

2）卷筒收放由PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)，后卷筒卷放速度和方向由1 臺(tái)PLC 進(jìn)行控制；后卷筒排纜器運(yùn)動(dòng)速度可根據(jù)后卷筒卷放速度由1 臺(tái)PLC 自動(dòng)控制；前滾筒放纜根據(jù)拉力被動(dòng)放纜，根據(jù)電纜拉力，由1 臺(tái)PLC 控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收放電纜和排纜[10]。

3）低壓控制柜的柜門上置配備觸摸屏，觸摸屏具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示功能，設(shè)備操作參數(shù)設(shè)定功能和設(shè)備基本參數(shù)設(shè)定功能。

4）遙控系統(tǒng)分為有線遙控和無線遙控，有線遙控器系統(tǒng)和無線遙控器系統(tǒng)均可完成全部動(dòng)作。有線遙控系統(tǒng)只需要用電纜線連接遙控器和電纜卷放車平臺(tái)左側(cè)線控接口就可以完成線控操作，其他操作與無線遙控操作相同。

5）當(dāng)工作模式選擇開關(guān)指向自動(dòng)跟隨模式時(shí)，控制系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)無需人工操控，可實(shí)現(xiàn)直線自動(dòng)跟隨功能[11]。

3 電纜危險(xiǎn)電纜卷放車工作原理

首先將電鏟尾線電纜卷放車移動(dòng)到電鏟的工作平臺(tái)，電鏟和該裝置之間接通高壓供電電源，對(duì)電鏟進(jìn)行供電，此時(shí)電鏟開始進(jìn)行該作業(yè)面內(nèi)的作業(yè)工作。當(dāng)電鏟與該裝置的距離增大時(shí)，電纜拉力增大，輔助滾筒可以進(jìn)行被動(dòng)放纜，保證電鏟與該裝置之間的電纜距離；當(dāng)電鏟與該裝置的距離減小時(shí)，電纜拉力減小，前置滾動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)自動(dòng)收電纜。在電纜卷放車和主滾筒不啟動(dòng)時(shí)，滿足點(diǎn)鏟車的工作要求。

當(dāng)完成1 個(gè)作業(yè)點(diǎn)后，當(dāng)電鏟需要移動(dòng)到下1個(gè)作業(yè)點(diǎn)作業(yè)時(shí)，通過遙控器遙控卷電鏟尾線電纜卷放車跟隨電鏟一起移動(dòng)到下1 個(gè)工作點(diǎn)，也可以啟動(dòng)自動(dòng)跟隨功能，自動(dòng)跟隨電鏟移動(dòng)到下1 個(gè)工作面，重復(fù)上述操作，進(jìn)行新的采掘點(diǎn)的采掘。

4 經(jīng)濟(jì)效益與安全效益

1）根據(jù)電鏟尾線電纜卷放車在勝利一號(hào)露天礦的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，卷纜車的投產(chǎn)使用，減少了電纜布設(shè)和移動(dòng)時(shí)間，增加了電鏟的工作效率，可以有效地節(jié)約成本。根據(jù)勝利一號(hào)露天礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在WK－35 電鏟未配備電鏟尾線電纜卷放車時(shí)，需要人為移動(dòng)電纜，每班移動(dòng)電纜時(shí)間長達(dá)15～20 min，在寒冷的冬季，電纜移動(dòng)更困難，移動(dòng)電纜作業(yè)時(shí)間更多達(dá)30 min 以上。在該裝置投入后，電鏟工作效率可以直接提高，根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，每臺(tái)電鏟每年可增加剝離量約40 萬m3，直接增加經(jīng)濟(jì)效益。

2）電鏟尾線電纜自動(dòng)卷放車的投產(chǎn)，減少了電纜收放人員[12]，只需要1 人操作電鏟尾線電纜自動(dòng)卷放車便可配合電鏟完成作業(yè)，減少作業(yè)人員，降低人工成本。

3）由于該設(shè)備的使用，可以防止電纜在使用過程中長距離拖拽現(xiàn)象的發(fā)生，有效地增加了電纜的使用壽命，降低了電纜的損耗，根據(jù)勝利一號(hào)露天礦的生產(chǎn)部門與采購部門的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，1 臺(tái)電鏟在每年作業(yè)過程中，由于拖拽與移動(dòng)造成的電纜損失每年約為5 萬元，使用該裝置后，基本杜絕了電纜的損耗。

該設(shè)備的使用，避免了人力移動(dòng)電纜，減少了電纜移動(dòng)作業(yè)次數(shù)，避免了工作人員與帶點(diǎn)電纜的直接接觸，避免了作業(yè)人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以避免由于拖拽電纜發(fā)生的安全事故。

5 結(jié)語

1）介紹了電鏟電纜尾線卷放車的整機(jī)參數(shù)；并從行走總成、平臺(tái)與機(jī)房總成、放線總成、電氣與控制系統(tǒng)等方面介紹了電鏟尾線電纜自動(dòng)卷放車的結(jié)構(gòu)和組成。

2）分析了后放線總成和前方線總成的結(jié)構(gòu)。前方線總成是該裝置的輔助滾筒，可以根據(jù)電鏟移動(dòng)的距離，檢測(cè)電纜的拉力，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)放纜和主動(dòng)收纜工作，保證電鏟的正常作業(yè)。后放線總成是本裝置的主滾筒，可以根據(jù)需求然后300～1 000 m電纜，用于配合電鏟的遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)場(chǎng)工作。2 個(gè)滾筒配備的恒張力控制系統(tǒng)、電纜張力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警裝置等控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的卷放狀態(tài)的隨時(shí)監(jiān)控并自動(dòng)做出相應(yīng)調(diào)整。

3）電鏟電纜尾線卷放車配有智能的遙控與控制系統(tǒng)，可以通過遙控和線控分別對(duì)該裝置進(jìn)行調(diào)控，還可以通過自動(dòng)跟隨功能，跟隨電鏟自動(dòng)行走；同時(shí)該裝置設(shè)有多種自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警裝置，保證設(shè)備使用過程中的安全可靠。

4）通過在勝利一號(hào)露天礦的長期實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，該電鏟尾線電纜卷放車在露天煤礦生產(chǎn)過程中可以減少人為布設(shè)電纜的時(shí)間，提高電鏟的工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益；而且可以避免操作工人直接與高壓電纜的接觸，同時(shí)避免電纜在移動(dòng)過程由于拖拽對(duì)電纜造成的損傷和導(dǎo)致的安全事故，電鏟尾線電纜卷放車的投產(chǎn)使用，在勝利一號(hào)露天礦生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)與安全效益等方面都發(fā)揮著重大作用。