港口挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)研究與改造

王齊

摘 要：挖掘機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，特別是用于各大企業(yè)、工程項目等，港口挖掘機(jī)的需求十分旺盛，并且呈增長趨勢，挖掘機(jī)在港口可用于煤炭貨物的堆存以及冬季煤炭卸貨車作業(yè)的輔助。傳統(tǒng)挖掘機(jī)效率低，能耗大，維修成本高，廢氣排放量大，污染嚴(yán)重，漏油現(xiàn)象也是有發(fā)生，雖然以柴油機(jī)為動力尚可，但工作時的噪聲、廢氣等對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。為節(jié)能降耗、且達(dá)到環(huán)保要求，我們經(jīng)過調(diào)研分析，決定對傳統(tǒng)挖掘機(jī)機(jī)進(jìn)行技術(shù)研究與改造，增加電動機(jī)系統(tǒng)，使其成為油電兩用雙動力挖掘機(jī)。

關(guān)鍵詞：油電兩用;升級改造;節(jié)能降耗

中圖分類號：U653.922 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0058-02

1 挖掘機(jī)核心部分的技術(shù)研究與改造

原有的挖掘機(jī)動力系統(tǒng)不變，新增加一套電動機(jī)系統(tǒng)，在煤炭堆場等作業(yè)場地內(nèi)設(shè)置電源，通過隨機(jī)電纜將場地內(nèi)電源供到挖掘機(jī)上，堆存作業(yè)時可關(guān)閉柴油機(jī)，使用電動機(jī)驅(qū)動挖掘機(jī)堆存作業(yè)。若沒有電源，當(dāng)由一個堆場移動到另一個堆場或長距離移動挖掘機(jī)時，依然可以用柴油機(jī)驅(qū)動。

1.1 電纜及電纜卷筒

YCW和YC重型橡套電纜能承受很大機(jī)械外力的自身拖拽力，港口機(jī)械設(shè)備中多有應(yīng)用。YCW電纜為重型通用橡套電纜，ycw電纜可用于工地上臨時施工用，能承受較大的機(jī)械外力作用，廣泛適用于交流額定電壓450/750V以下各種電動工具、移動式電器設(shè)備或輕型移動電氣設(shè)備等，線芯的工作溫度應(yīng)不超過60℃。根據(jù)挖掘機(jī)用電量，挖掘機(jī)作業(yè)時需經(jīng)常短距離移動，電纜選用截面積為150m2電纜，即YCW3X150電纜最為合適[4]。

JXD、TXC磁滯式電纜卷筒有自制動功能，無需安裝制動器，安全可靠，是目前國內(nèi)最理想的電纜卷繞裝置，在回轉(zhuǎn)處增加一套J3D-4型磁滯式電纜卷筒，根據(jù)電纜長度，確定電纜卷筒外徑為4300mm。

1.2 電動機(jī)

在原有挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺尾部增加電動機(jī)、主泵、切換閥組等，與原來的系統(tǒng)組成兩套雙泵雙回路的開式恒功率變量液壓系統(tǒng)，使挖掘機(jī)功率利用依然達(dá)到最佳狀態(tài)。增加YX3-355M-4型高效電機(jī)如圖1所示。

選擇電動機(jī)的功率要以驅(qū)動的液壓泵功率計算，如下：

P=PpQmax/ηp=154W

式中：P——泵的功率，kW;

Pp——取液壓泵的額定壓力的0.8倍，MPa;

Qmax——液壓泵的流量，m3/s;

ηp——主泵的效率，取0.8～0.85。

日立ZX型挖掘機(jī)主泵的最大工作壓力（Pp）為32MPa。主泵的流量（Qmax）為288L/min，按照上式計算，電驅(qū)動系統(tǒng)的電動機(jī)功率為154Kw。

為滿足使用要求，我們選用160kW電動機(jī)，調(diào)查研究對比后選用功率為160kW、電流為290A、轉(zhuǎn)速為1490r/min的電動機(jī)最為適宜，因此選用YX3-315L-4型高效電機(jī)[1]。

選用YX3-315L-4型高效率電機(jī)有以下幾大好處：

（1）鐵芯材質(zhì)好，所以空載損耗低。（2）損耗低、效率高，節(jié)能。（3）損耗低，發(fā)熱量小，所以電機(jī)溫升低，延長了電機(jī)的使用壽命。（4）振動小，噪音低。（5）溫升低，延長機(jī)械部件使用壽命。

1.3 軟啟動器

本次選用施耐德ATS48軟啟動器，軟啟動-軟停止單元用于功率范圍1200kW范圍內(nèi)的三相異步電機(jī)的力矩控制軟啟停。具有電機(jī)保護(hù)功能，同時還具有通訊控制模塊進(jìn)行通訊連接。

ATS48軟啟動-軟停止單元有效降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備穩(wěn)定性，它可以：

（1）降低電機(jī)線路峰值電流和電壓降來有效降低電氣系統(tǒng)的運行負(fù)擔(dān)。（2）有效改善機(jī)械可用性來降低設(shè)備的運行成本。

1.4 PLC控制系統(tǒng)

將用戶程序送入PLC中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。S7-200系列PLC有多種編程器，一般可分為智能型和簡易型。本文選用簡易型編程器，簡易實用，是袖珍型的產(chǎn)品，節(jié)省空間，增添的PLC控制系統(tǒng)，選用西門子的S7-200型簡易型PLC控制器。將與電動機(jī)動力源相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)信息和故障信息輸入到PLC控制器內(nèi)，并通過PLC控制器讓各機(jī)構(gòu)動作達(dá)到控制目的[3]。

S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）擴(kuò)展模塊豐富。（2）操作方便、易于掌握、安全可靠。（3）內(nèi)置集成功能豐富。（4）通訊能力強(qiáng)，便于控制。

1.5 配電箱及供電裝置

在回轉(zhuǎn)平臺右側(cè)增加1臺高度為900mm、長度為600mm 厚度為500mm的配電箱。配電柜防護(hù)級別為IP55級。內(nèi)設(shè)電源總開關(guān)、啟動器、控制和保護(hù)元件，保證整機(jī)供電和用電安全。在挖掘機(jī)作業(yè)區(qū)域四個堆場內(nèi)設(shè)置四座容量為913kVA的箱式變電站，為挖掘機(jī)供電。每隔100m安裝一個容量為200kW的地面接線箱。挖掘機(jī)通過工業(yè)快速插頭與接線箱連接，用以給挖掘機(jī)提供電源。

1.6 設(shè)備冷卻

將電動機(jī)的冷卻器串聯(lián)在冷卻回路中，使用電動機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動來降低溫度。為防止因冷卻器背壓高造成冷卻系統(tǒng)故障或損壞，可在主液壓系統(tǒng)中設(shè)置了旁路閥，液壓油可通過旁路閥直接回到液壓油箱，背壓超過0.6MPA時旁路閥起作用。

1.7 油電切換

液壓油從液壓油箱并聯(lián)進(jìn)入2臺主泵，壓力油通過切換閥組進(jìn)入挖掘機(jī)多路控制閥，其中經(jīng)過中央回轉(zhuǎn)接頭的壓力油，驅(qū)動左右行走裝置的液壓馬達(dá)，其它的直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)裝置的動臂缸、液壓馬達(dá)等，以此來實現(xiàn)挖掘機(jī)的各項基本工作，2套系統(tǒng)不可同時作業(yè)，油電切換閥用于電動機(jī)與柴油機(jī)驅(qū)動的切換，不用人工對裝置進(jìn)行調(diào)換，切換閥可在駕駛室內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。

1.8 安裝架

安裝新增加的油泵、閥組、電動機(jī)、電纜卷盤等，延長回轉(zhuǎn)平臺1.5米，在回轉(zhuǎn)平臺頭部增加配重，達(dá)到設(shè)備的平衡狀態(tài)，改進(jìn)前、后機(jī)架結(jié)構(gòu)對比如圖2所示。

2 改進(jìn)后應(yīng)用效果

2.1 改善工作環(huán)境，達(dá)到環(huán)保要求

電動機(jī)較柴油機(jī)相比，無廢氣排出，設(shè)備平穩(wěn)可靠，噪聲幅度的降低，讓現(xiàn)場作業(yè)人員工作環(huán)境顯著改善，在挖掘機(jī)其他輔助工作系統(tǒng)如照明燈等由動力電源提供電能，降低柴油機(jī)使用時間和油耗支出，減少了廢氣排放，真正意義上達(dá)到了環(huán)保的要求。

2.2 降低維修和運行成本

電動機(jī)、電氣元件的故障率低、可靠性強(qiáng)，可有效降低了挖掘機(jī)的維修成本;柴油機(jī)工作負(fù)荷降低，運行臺時減少，相關(guān)配件問題故障率降低，保養(yǎng)間隔周期延長，從根本上節(jié)約了大量材料費、維修保養(yǎng)費，同時也降低了維修人員的勞動強(qiáng)度。 運行臺時的減少帶來加油次數(shù)的減少，節(jié)省大量燃油費。

3 結(jié)語

挖掘機(jī)增加電動機(jī)系統(tǒng)后，作業(yè)成本大幅降低，作業(yè)環(huán)境明顯改善，經(jīng)濟(jì)效益和社會價值有所提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉利，王棟.電動機(jī)軟啟動器實用技術(shù)[M].中國電力出版社，2010.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[3] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[4] 李金伴，主編.常用電線電纜選用手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011.