礦用挖掘機推壓限位裝置的改進

廖志軍

（江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興334224）

1 引言

江西德興銅礦采場主要采用的是美國 P&H公司生產的 2300XP型電鏟，它們是采礦場的核心采礦設備，擔負著繁重的礦山采剝任務。電鏟共有提升，推壓，回轉，行走四個運動機構。其中推壓工作裝置是電鏟的主要機構之一，其作用是使斗桿作前伸或后退，從而實現礦石的挖掘。

推壓電動機先通過皮帶驅動二級減速裝置，再由二級減速裝置將電動機產生的驅動力傳送給推壓軸和推壓小齒輪，推壓小齒輪因與斗桿上的齒條相嚙合，小齒輪轉動進而帶動齒條，由于鞍形座的作用，帶動斗桿做前伸或后退。電鏟上設有推壓限位裝置，安裝在推壓減速箱的右側后半部，由推壓二軸帶動一減速器（蝸輪蝸桿機構），再帶動兩個凸輪，若斗桿上的齒條運動至最大范圍處，則凸輪會頂到兩行程開關，發出限位信號，蜂鳴器報警，同時斷開主令信號，使推壓電動機停止工作。若要消除報警，則只需令主令向相反運動，即可脫離限位狀態。

2 故障及原因

在實際使用中，由于推壓機構是剛性傳動，沒有緩沖作用，電鏟會發生齒條錯齒，出現錯齒故障。這個故障會較大影響電鏟的懸臂，斗桿，推壓小齒輪，齒條的使用壽命，而且會將減速器中的蝸輪蝸桿傳動錯位卡死，嚴重時還會折斷，從而造成限位裝置不起作用。

經分析，出現錯齒的主要原因為：①電鏟鞍形滑動板與斗桿的間隙調整不合適，間隙過大，造成推壓時抖動過大，從而產生了錯位；②司機操作不當造成，過推時，撞擊斗桿最末端的保險牙，將保險牙撞飛造成錯齒；過收時，直接使斗桿齒條錯位。

3 改進方案設計

針對上述原因，從機械上和電氣上兩方面進行改進。機械上，將鞍形滑動板與斗桿的間隙調整為標準值（3 mm）并勤檢查，同時將蝸輪蝸桿減速器改為鋼絲傳動，從硬傳動改為軟傳動，防止其折斷造成限位裝置不起作用。這種軟連接，還可使兩個端面不必處于同一水平面，同心度要求不高，安裝調試簡便。電氣上，去掉限位開關，改用絕對值編碼器來實時監測蝸輪蝸桿減速器轉動軸的位置，提早進行判斷，防止過推或過收。

絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件。當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 n位二進制分辨率的編碼器，其碼盤就有n條碼道，角度分辨率為[1]

本例采用德國梅爾公司生產的絕對值編碼器，具體型號為CAMS58-1212-EK42SBB。它為12位編碼器，分辨率達0.088°，外徑58 mm，軸徑10 mm，工作電壓為10-30VDC，防護等級為IP64。采用同步串口輸出，這樣傳輸距離較遠。

因原有控制系統采用S7-300PLC控制，所以選用SM338模塊接收編碼器的信號，這樣可節約成本、控制方便，只需在程序內增加一段控制功能[2]。SM338模塊與編碼器的電氣接線見圖 1，梯形圖如圖2所示。

圖1 SM338模塊與編碼器的電氣接線圖

圖2 梯形圖

圖2中：

MD104為實際數值；

MD175為推壓預限位，MD170為推壓限位；

MD185為回收預限位，MD180為回收限位；

M110.2為推壓預限位，動作后將主令降至50%，推壓機構減速；

M110.6為推壓限位，動作后，主令降為0，無推壓；

M110.3為回收預限位，動作后將主令降至50%，推壓機構減速；

M110.7為回收限位，動作后，主令降為0，無回收。

由圖2可見，當電鏟真空接觸器閉合且推壓松閘閉合時，進行限位比較。2300XP型電鏟的斗桿共計45個齒，預限位設為前后5個齒，限位設為前后2個齒。

4 結論

2300 XP型電鏟推壓限位裝置經過數字化改進后，運行穩定，調試方便，故障率低，從而有效地提高了推壓小齒輪、斗桿的使用壽命，降低了維修勞動強度及維修費用。

[1] 徐科軍. 傳感器與檢測技術[M]. 北京: 電子工業出版社, 2004.

[2] 廖常初. S-300/400 PLC應用技術(第2版)[M]. 北京:機械工業出版社, 2009.

[3] Siemens. S7-300和 S7-400的梯形圖（LAD）編程.2004.