電動正鏟式挖掘機提升機構制動器測試功能應用

岳海峰， 張立睿

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

引言

WK－55電力機械正鏟挖掘機提升機構是由2臺大功率提升電機驅動2個輸入軸，帶動卷筒轉動纏繞鋼絲繩，實現鋼絲繩的收放。電機輸入軸端裝有1個制動盤，制動盤靠進氣、排氣運行，實現工作時打開，停止時安全制動。

WK－55挖掘機，提升機構負載大，垂直方向克服重力做功，安全系數要求極高，在突然斷電等意外情況下以及正常的靜態制動都要求制動器具有設計的制動力矩并響應正常。除此之外在正常的工作時，制動器要求徹底打開，無磨損，否則會縮短制動器的使用壽命。

1 制動器測試功能介紹

制動器測試主要是制動轉矩測試，除此之外附加有工作時有無磨損檢測。前者測試前要將整個鏟斗放在地面，提升前后制動器單獨測試。測試前要將制動器、前制動器、后制動器同時打開，提升機構2電機輸出額定60%轉矩，通過10s提升轉矩加載，根據提升機構裝有的編碼器數據變化來判定制動轉矩是否達到要求，未滿足測試要求時，提升機構立即取消轉矩加載，并以故障OFF1方式停車。后者磨損檢測，制動盤裝有磨損限位和行程限位，在制動器打開時，行程限位代表制動器徹底打開，信號要返回，磨損限位無變化。若在正常工作時行程限位未返回，或者磨損限位有信號都采取故障報警。轉矩測試、磨損測試在操作員換班，工作前都要進行，測試都需要啟動裝置以及電機來完成，無論哪種測試，測試未順利完成都自動故障停機。

2 制動器測試STEP7編程

挖掘機電控系統的硬件配置，主機架CPU 319－3PN／DP與位置檢測模塊SM338通過背板總線連接，SM338接有2路25位絕對值編碼器信號，分別讀取提升機構提升、下放鋼絲繩位置；推壓機構推出、收回斗干位置。通過提升編碼器數據判斷制動器在轉矩負載測試過程中，提升機構的位移。

測試開始時記錄當前數據，測試結束后將兩者數據進行比較，在制動器可靠范圍內時，可以判定制動器正常。大于限定值時即可判定制動器不可靠，需要檢查。并以檢測為通過，故障將自動結束。程序所完成的步驟簡述如下：

1）進入 WINCC編制［1］的 HMI制動器檢測界面，如下頁圖1所示，點擊F－H load break test。

2）激活測試使能信號，提升機構驅動逆變器運行。

3）驅動逆變器啟動后3s，測試制動器不打開，非測試制動器打開。

圖1 完成后的制動器測試界面

4）提升驅動器加載額定60%轉矩，加載時間20s。

5）加載結束后，測試制動器關閉，測試使能信號取消，驅動器延時3s停。

6）測試開始記錄當前編碼器數值，測試結束后比較差值。

7）編碼器差值超出允許值后，制動器測試故障，立即撤掉加載轉矩并關閉驅動器。

DB1.DBX2.4為PROFIBUS DP通訊控制字逆變器啟動，DB1.DBX2.5為PROFIBUS DP 通訊控制字逆變器轉矩加載信號。DB41.DBX41.2為逆變器運行狀態返回值。PLC發出信號后需要逆變器執行，逆變器運行狀態返回給PLC，這都通過PROFIBUS DP通訊完成。后面介紹如何設置和逆變器的連接。

3 驅動裝置S120逆變器的設置

WK－55挖掘機驅動機構采用 AC－DC－AC交流變頻系統，DC電源采用公共直流母線，DC－AC逆變器輸入連接至直流母線，輸出連接至交流變頻電機。編程器通過PLC的PROFIBUS DP接口連接到S120提升機構的CU320－2DP控制器，提升機構采用速度控制方式，制動器負載測試時切換到轉矩控制方式，轉矩給定通道賦值額定轉矩60%，這些都在CU320－2DP控制器CFC中完成，如圖2所示。

4 制動器測試曲線

如圖3所示曲線為額定轉矩百分比，實際加載為正向額定57%。點劃曲線為電流。從圖3中

看出，提升驅動裝置啟動，運行狀態點返回PLC后，轉矩開始加載，20s后撤掉加載轉矩，再有3s后驅動裝置停機。提升機構行程編碼器為單圈4 096脈沖，根據記載始末編碼器脈沖差值，再根據減速比以及提升鋼絲繩卷筒直徑，可以計算出提升實際垂直位移。脈沖差值超出了可靠極限脈沖值，可判定為制動器不可靠。提升機構由2臺電機共同驅動，每個電機軸端均有一個制動器，前后布置。另一個制動器檢測相同。

圖3 制動器測試曲線

5 結語

電力機械正鏟挖掘機制動器是夾持式制動器，除非緊急制動不允許在機構旋轉時制動。正常工作時靠氣壓打開，機構完全停下后排氣制動，緊急情況下要求立即制動。制動器的安全可靠制動是保證設備安全的關鍵。制動器測試系統以使操作員對制動器的狀態和性能進行周期性的測試，對設備的安全性有很大的作用。

［1］ 蘇昆哲，何華.深入淺出西門子 WinCC V6［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005.