WYD260液壓挖掘機高原適應性設計

張 宇

（1.太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024；2.礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室， 山西 太原 030024）

大型礦用液壓挖掘機具有結構緊湊、自重輕、價格低、機動性好等特點。WYD260是太重自主設計的首臺大型液壓挖掘機，是太原重工股份有限公司從機械式挖掘機市場拓展到液壓挖掘機的標準性產品。目前有27臺250 t以上大型礦用液壓挖掘機在國內礦山使用，WYD260液壓挖掘機為僅有的一臺國產設備，其主要適用于各種大型露天礦山的采掘和剝離作業，與90～155 t大汽車配套使用。

WYD260現有一臺產成品，其設計使用的海波高度為1 000 m以下的工況。該設備之前在準格爾露天煤礦現場作業，目前計劃前往西藏高原地區進行作業，因此需要進行高原適應性改造設計，以滿足高原現場工況使用。

1 WYD260設計工況與高原現場工況的對比

1.1 WYD260設計使用工況

溫度為-40～+40℃，海拔高度為1 000 m，當溫度為+20℃時，相對濕度小于85%。

1.2 西藏巨龍現場工況

巨龍銅礦位于墨竹工卡縣和達孜縣交界處，礦區絕大部分屬墨竹工卡縣甲瑪鄉管轄，礦區西部部分屬達孜縣章多鄉所轄。現場環境條件如下：

最高氣溫為28.3℃，最低氣溫為-22.7℃，海拔高度為5 500 m，年平均降水量為468 mm，年平均相對濕度為46.6%。

對比發現，設計工況和巨龍現場工況主要是海拔條件不同，產品設計為在不高于1 000 m工況下使用，而巨龍現場海拔高度為5 500 m。

2 高原現場設計方案及對比

隨著海拔高度的增加，大氣壓力下降，空氣密度和濕度相應減少，其環境特征主要體現為：空氣壓力、密度較低；空氣溫度較低，溫度變化較大；空氣絕對濕度較小；大陽輻射照度較高；降水量較少；土壤溫度較低且凍結期長。

分析可知，高海拔地區，因空氣稀薄，氣壓降低，引起電氣產品的散熱效率降低；同時空氣的絕緣強度降低，導致高壓導體絕緣出現問題。巨龍現場海拔高度為5 500 m，只有約0.57個大氣壓，設備電氣系統絕緣強度、散熱能力大大降低。因此WYD260需要針對高海拔現場進行適應性改造，以滿足現場工況的使用。

WYD260液壓挖掘機為外接電纜驅動型設備，其電氣系統包括高壓和低壓兩部分，由于高海拔帶來的散熱和絕緣問題對低壓部分的影響較小，因此該項目主要考慮設備內部高壓部分的適應性改造。

WYD260液壓挖掘內部高壓部件主要包括高壓電機、高壓控制柜和高壓軟啟動柜三大部件。改造方案有下述兩種：高壓系統降容后，設備減小斗容運行；設備斗容不變，高壓系統按高海拔重新選型制作。

2.1 使用現有高壓設備，采用降容使用

2.2.1 高壓電機

高壓電機在高原使用存在降容問題，參考公式[1]：

式中：h為現場海拔高度，5 500 m；t為環境溫度，30℃。根據計算可得降容35%，即降至65%。15 m3原始配置電機為西門子1 000 kW電機，降容至650 kW使用。

2.2.2 高壓控制柜和高壓軟啟動柜

這兩個柜體主要考慮高壓導體之間的安裝距離，根據海拔超過1 000 m時，每升高100 m，間隙增大1%修正。參考公式：（5 500-1 000）/100=45。因此10 kV的柜體內部導體距離為120×1.45=174 mm。

綜合考慮，如果不進行特殊絕緣處理，高壓柜柜體大約增大體積45%；軟啟動降容使用后，體積增加應該會小于45%。為保證這兩大部件體積基本不增加，且能正常安裝在現有設備中繼續使用，就需要對柜體內部高壓線路部分進行特殊絕緣處理。

2.2 使用現有鏟斗，采用增容方案

2.2.1 高壓電機

高壓電機在高原使用存在降容問題，依據上述計算，即5 500 m工況下高壓電機需降容35%，需至65%的功率使用。15 m3鏟斗需要約1 000 kW電機提供能量，在高原相當于1 500 kW的需求量。

因為沒有單臺1 500 kW的電機型號可供選擇，因此考慮兩臺750 kW并聯方案。

2.2.2 高壓控制柜柜和高壓軟啟動柜

這兩個柜體主要考慮高壓導體的安裝距離，根據海拔超過1 000 m時，每升高100 m，間隙增大1%修正，參考公式：（5 500-1 000）/100=45。因此 10 kV的柜體內部導體距離為120×1.45=174 mm。軟啟動柜的容量還需增加35%，以滿足兩臺750 kW高壓電機啟動容量需求。

綜合考慮，雙電機的排布不僅存在空間的問題，同時會導致高壓電機與分動箱的連接出現新的問題。其次，軟啟動增容會使得體積增加較多，即使通過特殊絕緣處理，其整體體積依然無法合理安裝在機棚內部。因此，該方案存在較大問題。

2.3 其余電氣部分的高原適應性改造

由于高原缺氧和紫外線輻射較大，設備還需進行下列改進：

1）司機室增設增壓、增氧系統。

2）尾部電纜選用抗紫外線產品。

3 結論

由于WYD260已經是產成品，故其機械外形尺寸是不能改變的，分動箱等核心部件也是不宜更換的，因此決定選擇高原降容使用方案對其進行高原適應性改造。考慮最大程度地利用現有高壓主要部件，高壓電機采用降容使用，高壓控制柜和高壓軟啟動柜在原有基礎上增加絕緣層、絕緣板等方案處理，保證這兩大部件體積基本不變，能再次安裝在現有機械平臺及機棚內部。

電氣系統的高原適用性改造將保證WYD260在西藏巨龍現場的安全可靠運行。相關高原設計原則也是同類機械設備高原設計和現場使用的相關技術依據。