電鏟工作裝置狀態(tài)檢修方式的探索與應(yīng)用

劉洋，馮占中，王柏春，盧海章，劉成

（1.國(guó)能北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.北京力控元通科技有限公司，山西 太原 030000）

1 電鏟工作裝置的構(gòu)造及工作原理

電鏟工作裝置是執(zhí)行指定動(dòng)作的主要機(jī)構(gòu)，主要由推壓、提升、回轉(zhuǎn)、行走、開(kāi)斗等機(jī)構(gòu)組成。維修人員每天要做的是檢查各零部件連接處的潤(rùn)滑情況、重要部位的磨損情況和傳統(tǒng)部件的狀態(tài)。工作裝置完成各種動(dòng)作主要依靠各電機(jī)帶動(dòng)減速箱輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速依靠主令給定信號(hào)到變頻器，變頻器輸出電機(jī)扭矩使電動(dòng)機(jī)和減速箱滿足工作要求。

工作裝置的維修工作包括：（1）對(duì)比連接處的袖套和銷(xiāo)軸尺寸，確認(rèn)是否需要更換維修，避免出現(xiàn)過(guò)度維修的情況；（2）檢查并更換老化破損潤(rùn)滑油管、液壓油管、線路、損壞的限位傳感器；（3）對(duì)減速機(jī)的檢修主要是更換其密封件、定期更換油脂等來(lái)減少機(jī)械故障。為了減少不必要的人力損耗，避免出現(xiàn)過(guò)度維修的情況，要根據(jù)零部件的理論使用壽命和零部件當(dāng)前的使用狀態(tài)確認(rèn)是否需要維修。各主要部件的理論使用壽命：提升一軸12000h，推壓一軸10000h，提升二軸20000h 等。

2 設(shè)備技術(shù)資料

維修人員只有掌握電鏟相關(guān)的理論知識(shí)，才能讀懂電鏟操作手冊(cè)和維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)，才能吸收消化相關(guān)的技術(shù)資料，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定維修方案。電鏟基于狀態(tài)維修工作流程分為三個(gè)階段，包括狀態(tài)監(jiān)控、狀態(tài)評(píng)估與預(yù)測(cè)、維修分析與決策。

（1）狀態(tài)監(jiān)控階段。巡查電鏟的重要部位，了解電鏟各部位的狀態(tài)信息。根據(jù)狀態(tài)指示確定潛在故障值，判斷是否存在潛在故障。如果潛在故障值比較低，可以直接進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，如果潛在故障值比較高，就需要采集狀態(tài)信息。（2）故障診斷與預(yù)測(cè)階段。在這一階段已經(jīng)出現(xiàn)了故障，需要結(jié)合狀態(tài)指示值判斷出現(xiàn)了哪種類(lèi)型的故障。如果指示值在P 點(diǎn)，表明存在潛在故障。如果指示值出現(xiàn)在f 點(diǎn)，表明存在功能故障。如果指示值是T，表明潛在故障正逐步轉(zhuǎn)向?yàn)楣δ芄收稀榱舜_保能夠100%檢測(cè)出潛在故障，必須符合這一要求：Tc＜T。一旦發(fā)現(xiàn)潛在故障，則需要檢測(cè)所有零件的剩余壽命，將具體信息記錄在維修檔案庫(kù)中。（3）維修決策階段。在進(jìn)行故障診斷后，可以根據(jù)故障類(lèi)型采取不同的維修措施。針對(duì)功能故障可以進(jìn)行搶修和修復(fù)性維修，如果不是功能故障，可以進(jìn)行預(yù)防性維修。

3 電鏟安全監(jiān)測(cè)方面存在的問(wèn)題與解決方案

3.1 電鏟發(fā)生電氣故障時(shí)鏟斗掉落和回轉(zhuǎn)角度過(guò)大

在以往的電鏟運(yùn)行使用過(guò)程中，一旦電鏟電氣系統(tǒng)或者供電系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，引起電鏟電氣控制系統(tǒng)故障，導(dǎo)致變頻驅(qū)動(dòng)部分跳機(jī)，這時(shí)候正處于裝載狀態(tài)的電鏟鏟斗，由于鏟斗自身加上其裝載的物料所包含的巨大重量，使鏟斗具備很大的慣性，在電鏟做出提升、下放或回轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生鏟斗掉落或者回轉(zhuǎn)角度過(guò)大的問(wèn)題。如果不能在短距離內(nèi)停止動(dòng)作，則會(huì)對(duì)處于作業(yè)半徑內(nèi)的卡車(chē)造成損壞，甚至對(duì)卡車(chē)司機(jī)造成人身傷害。在實(shí)際作業(yè)中，確實(shí)出現(xiàn)過(guò)鏟斗將卡車(chē)箱斗砸壞，鏟斗斗齒將卡車(chē)輪胎劃爆，更嚴(yán)重的是鏟斗直接與卡車(chē)駕駛室相撞。這類(lèi)事故每次都造成卡車(chē)損壞甚至人身傷害，面對(duì)這些安全問(wèn)題，我們應(yīng)該從技術(shù)角度出發(fā)找出其原因，或者通過(guò)完善電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以做出提前預(yù)警，從而避免事故的發(fā)生。

這類(lèi)事故發(fā)生時(shí)，電鏟工作過(guò)程如下：當(dāng)變頻驅(qū)動(dòng)部分跳機(jī)時(shí)，電鏟電機(jī)失去驅(qū)動(dòng)電流，電機(jī)抱閘空氣壓力由快排閥釋放，電機(jī)抱閘抱死。那么，鏟斗的行程就和它的初速度、重量大小成正比，與抱閘摩擦力大小成反比。假設(shè)電鏟在額定速度，鏟斗在滿載的極限狀態(tài)下，這時(shí)抱閘的滑動(dòng)摩擦力在縮短鏟斗行程距離時(shí)就起到了決定性作用，滑動(dòng)摩擦力的大小計(jì)算公式為f=μN(yùn)，μ是動(dòng)摩擦因數(shù)，與材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)；N 表示正壓力，抱閘產(chǎn)生的摩擦力和抱閘盤(pán)的正壓力成正比例，所以影響鏟斗行程距離的主要因素在摩擦盤(pán)的正壓力上。通常情況下，新更換的抱閘摩擦盤(pán)是不會(huì)發(fā)生行程過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，因?yàn)楸чl盤(pán)可以提供足夠的正壓力，但是使用一段時(shí)間后抱閘盤(pán)存在一定的磨損，就不能提供可靠的正壓力了，因此就造成了電鏟鏟斗行程過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。抱閘盤(pán)具體磨損到什么程度，能否正常工作，通過(guò)肉眼會(huì)很難鑒定，當(dāng)磨損過(guò)限時(shí)就會(huì)發(fā)生上面提到的掉鏟斗，撞大車(chē)等嚴(yán)重事故。這時(shí)，抱閘磨損檢測(cè)系統(tǒng)就起到了關(guān)鍵的預(yù)警作用，抱閘磨損檢測(cè)系統(tǒng)主要工作原理為在電鏟的各部抱閘摩擦盤(pán)上安裝行程開(kāi)關(guān)，將行程開(kāi)關(guān)常閉點(diǎn)開(kāi)關(guān)量編輯進(jìn)入PLC 程序，再通過(guò)運(yùn)算將報(bào)警信號(hào)顯示在司機(jī)室操作屏上。抱閘摩擦盤(pán)在正常磨損范圍內(nèi)時(shí)摩擦片與行程開(kāi)關(guān)正常接觸，保證開(kāi)關(guān)常閉點(diǎn)不斷開(kāi)；當(dāng)抱閘摩擦盤(pán)超過(guò)磨損上限時(shí)，摩擦片變薄則無(wú)法接觸到行程開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)內(nèi)常閉點(diǎn)斷開(kāi)，PLC 程序就會(huì)讀取信號(hào)，這時(shí)，司機(jī)就會(huì)在操作屏上看到相關(guān)報(bào)警提示，從而提醒更換摩擦盤(pán)，這樣就避免了相應(yīng)事故的發(fā)生。

3.2 電鏟工作中俯仰角度過(guò)大

電鏟是一種大噸位采掘設(shè)備，重達(dá)1100 多t，其回轉(zhuǎn)平臺(tái)和底架梁靠中心軸連接，輔助回轉(zhuǎn)托輥完成轉(zhuǎn)動(dòng)和支撐動(dòng)作，電鏟80%的重量全靠它們承載，因此，電鏟設(shè)計(jì)上規(guī)定電鏟工作的俯仰角度不能超過(guò)5°，這種要求是對(duì)中心軸和回轉(zhuǎn)托輥的一種保護(hù)，同時(shí)也是對(duì)電氣系統(tǒng)的一種保護(hù)。如果電鏟處于大角度作業(yè)環(huán)境，在進(jìn)行回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，會(huì)對(duì)中心軸造成很大的磨損，對(duì)行走減速機(jī)構(gòu)造成巨大的沖擊，可能損壞行走減速機(jī)構(gòu)的部件，引發(fā)大型機(jī)械故障；電鏟在這種大角度挖掘過(guò)程中，由于工作環(huán)境角度過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)電鏟在額定速度進(jìn)行回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)造成回轉(zhuǎn)過(guò)載，導(dǎo)致故障停機(jī)從而產(chǎn)生問(wèn)題。所述的回轉(zhuǎn)角度過(guò)大問(wèn)題，造成采掘或運(yùn)輸設(shè)備的損壞，甚至造成人身傷害。由于電鏟沒(méi)有可以測(cè)量?jī)A斜角度的設(shè)備，所以實(shí)際工作中全靠司機(jī)的感覺(jué)，這就造成了有時(shí)起坡作業(yè)后發(fā)現(xiàn)角度過(guò)大，導(dǎo)致電氣故障頻發(fā)，在實(shí)際作業(yè)時(shí)，也因此發(fā)生過(guò)安全事故。由于回轉(zhuǎn)平臺(tái)是整個(gè)電鏟的中心位置，因此，在回轉(zhuǎn)平臺(tái)中安裝水平和俯仰兩個(gè)方向的平衡監(jiān)測(cè)裝置。將兩個(gè)平衡儀的參數(shù)傳到距離中心最近的PLC 機(jī)站，再通過(guò)程序運(yùn)算將畫(huà)面顯示在司機(jī)室顯示屏，司機(jī)起坡作業(yè)時(shí)，可以隨時(shí)查看電鏟的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電鏟作業(yè)環(huán)境的角度，從而保證電鏟起坡作業(yè)時(shí)的安全性。

4 電鏟安全裝置的檢修

電鏟安全監(jiān)測(cè)裝置的可靠運(yùn)行是保證電鏟完好和相關(guān)人員安全的有力保障。因此，必須制定合理的檢修措施，用以保障安全監(jiān)測(cè)裝置的完好性和可靠性。下面介紹電鏟安全監(jiān)測(cè)裝置三級(jí)檢修的相關(guān)管理辦法。

4.1 安全監(jiān)管人員

安全監(jiān)管人員或部門(mén)負(fù)責(zé)定期對(duì)安全監(jiān)測(cè)裝置的功能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)動(dòng)檢測(cè)，將存在問(wèn)題和隱患的裝置進(jìn)行通報(bào)。這中間涉及什么時(shí)間進(jìn)行實(shí)動(dòng)檢測(cè)和測(cè)試結(jié)果達(dá)到什么狀態(tài)則為合格的定時(shí)和定性的問(wèn)題。首先，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，把時(shí)間界定在安全裝置具備保障能力的臨界值之前，同時(shí)根據(jù)安全保障裝置設(shè)計(jì)使用壽命做出合理制定，引入安全監(jiān)測(cè)裝置測(cè)試時(shí)間計(jì)算公式：C=（T-DT/N）×90%；式中的T 是設(shè)計(jì)使用時(shí)間，式中的N是理論動(dòng)作次數(shù)，式中的D 是電氣故障裝置實(shí)際發(fā)生次數(shù)，這里保證臨界值提前余量為10%。定性即安全裝置是否在可以保障電鏟安全作業(yè)的范圍。需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和工作狀態(tài)對(duì)配件壽命和電鏟反應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行定時(shí)間、定長(zhǎng)度、定頻率等等的實(shí)動(dòng)測(cè)試，從而有效地反映出安全裝置所處的狀態(tài)。例如，電鏟發(fā)生電氣故障時(shí)鏟斗掉落和回轉(zhuǎn)角度過(guò)大這個(gè)問(wèn)題中，根據(jù)設(shè)備綜合情況制定鏟斗空載額定速度下放狀態(tài)下鏟斗掉落0.5m 就是有效長(zhǎng)度極值；回轉(zhuǎn)角度大于60°就是極限角度。實(shí)動(dòng)測(cè)試如果達(dá)到或者超出，則需對(duì)電機(jī)抱閘摩擦盤(pán)進(jìn)行調(diào)整或者更換。第二將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果傳達(dá)到相關(guān)部門(mén)并進(jìn)行跟蹤。第三根據(jù)檢修結(jié)果進(jìn)行記錄并制定開(kāi)展下一輪現(xiàn)場(chǎng)實(shí)動(dòng)檢測(cè)工作。

4.2 技術(shù)人員

根據(jù)安全裝置所需組件，以及其消耗頻率，制定配件采購(gòu)方案，并提供所購(gòu)買(mǎi)組件的基礎(chǔ)試驗(yàn)參數(shù)，以及整定值、額定值等技術(shù)參數(shù)；依據(jù)設(shè)備參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)使用情況，總結(jié)規(guī)律制定合理的保養(yǎng)周期；根據(jù)安全部門(mén)實(shí)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果，以及現(xiàn)有組件庫(kù)存情況，檢修人員配置情況制定計(jì)劃性檢修方案。

4.3 檢修技術(shù)人員

需要按保養(yǎng)周期完成安全監(jiān)測(cè)裝置的保養(yǎng)工作，按計(jì)劃?rùn)z修方案完成計(jì)劃性檢修工作，還要完成安全監(jiān)測(cè)裝置日常故障的檢修工作。

5 狀態(tài)維修實(shí)踐

在檢查過(guò)程中，維修人員發(fā)現(xiàn)電鏟的軸銷(xiāo)、大小臂交接軸套部位出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。判斷故障后，發(fā)現(xiàn)屬于功能故障，在第一時(shí)間進(jìn)行進(jìn)行應(yīng)急搶修和修復(fù)性維修。如果放任不管，小故障將會(huì)引起大故障，導(dǎo)致大小臂的做孔部位出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，整個(gè)電鏟設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。此外，發(fā)現(xiàn)小臂有自動(dòng)下落的情況，初步判斷小臂油缸內(nèi)泄。電鏟投入使用至今，從來(lái)沒(méi)有更換過(guò)軸銷(xiāo)、大小臂交接軸套部位，提取了這兩個(gè)部位的狀態(tài)特征能夠發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)故障，預(yù)測(cè)僅剩300h 的使用壽命。于是，維修人員對(duì)電鏟工作裝置應(yīng)用了狀態(tài)維修的檢修方法。

基于大型進(jìn)口設(shè)備已有的狀態(tài)檢修方案，詳細(xì)分析了電鏟工作裝置的特征，采取了以下維修決策措施：（1）結(jié)合生產(chǎn)需求和電鏟當(dāng)前的工作狀態(tài)設(shè)定了檢修計(jì)劃；（2）調(diào)查了庫(kù)存?zhèn)浼膶?shí)際余量，適當(dāng)采購(gòu)補(bǔ)充了欠缺備件；（3）由于電鏟設(shè)備的體型較大，所以結(jié)合檢修需求和電鏟的體型建立了檢修平臺(tái)，方便后續(xù)開(kāi)展檢修工作；（4）檢修過(guò)程中，著重檢查了重要的工作裝置，清洗測(cè)量了軸銷(xiāo)、銜接處軸套等部位。以新建尺寸數(shù)據(jù)為主，對(duì)比了測(cè)量數(shù)據(jù)，找到了一些不符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的軸套和軸銷(xiāo)，著重更換這些不符合標(biāo)準(zhǔn)的部分。這不僅實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)維修，還可以避免維修過(guò)剩情況的發(fā)生；（5）電廠維修人員結(jié)合具體工作需求，自主改良的檢修工具，能夠有效提高檢修效率，降低檢修成本，這也體現(xiàn)了維修人員的創(chuàng)新能力。例如，軸銷(xiāo)脫銷(xiāo)器，在尺寸和外形上有所調(diào)整。還針對(duì)大型油缸設(shè)置了自主檢修平臺(tái)，檢修油缸的專(zhuān)業(yè)工具等。在狀態(tài)維修方式的支持下，維修人員能夠高效率地完成電鏟工作裝置的檢修工作。同時(shí)，還發(fā)揮創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)了一些新工具，※不僅提高了維修人員的技能水平，還縮短了檢修時(shí)間，比原定的檢修時(shí)間縮短了20d?，F(xiàn)階段，電鏟都處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，能夠安全高效生產(chǎn)。

6 電鏟安全監(jiān)測(cè)裝置檢修的信息化展望

目前，檢修信息化程度低，只有配件采購(gòu)等局部實(shí)現(xiàn)信息互通，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等操作方法，面對(duì)日新月異的科技信息技術(shù)，我們目前所使用的系統(tǒng)軟件較單一、陳舊，不具備整體性和系統(tǒng)性。電鏟是高度自動(dòng)化的設(shè)備，每代電鏟都代表著當(dāng)時(shí)世界科技的前沿，而相比和它配套的檢修系統(tǒng)之間存在不小的差距。我們所展望的檢修系統(tǒng)應(yīng)該是大整體、全環(huán)節(jié)、多系統(tǒng)的綜合體，它的功能不應(yīng)該只有記錄信息，還需要具有智能性、預(yù)測(cè)性和多樣性。例如，推算正壓力N，為這一期的摩擦盤(pán)制作磨損曲線，根據(jù)配件情況、檢修人員配置情況、曲線的走勢(shì)等相關(guān)因素做出前瞻性預(yù)測(cè)，并制定計(jì)劃?rùn)z修方案。例如，電鏟水平采掘作業(yè)時(shí)根據(jù)前后傾斜角度水平檢測(cè)儀數(shù)據(jù)變化檢測(cè)中心軸的磨損情況，對(duì)重要核心部件進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等。實(shí)現(xiàn)電鏟、配件、人員之間信息互通和智能化檢修，合理調(diào)配人力資源和物力資源，使檢修工作更合理、配件使用更合理。

7 結(jié)語(yǔ)

探索了大型進(jìn)口設(shè)備重要裝置和部件的狀態(tài)檢修工作后，發(fā)現(xiàn)維修人員可以自住完成主要裝置和部件的檢修工作。對(duì)修復(fù)后的設(shè)備進(jìn)行了性能檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)性能都符合原有的使用要求，能夠保障礦山生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展。通過(guò)開(kāi)展此次項(xiàng)目，解決了進(jìn)口設(shè)備使用壽命短，故障解決難的問(wèn)題，能夠延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高服務(wù)生產(chǎn)效率。同時(shí)，能夠提高維修人員的維修技能，這樣能夠讓維修人員負(fù)責(zé)維修進(jìn)口設(shè)備，降低公司的生產(chǎn)成本。