WK-55电铲回转失控故障分析及整改方案.docx

? ? WK-55电铲回转失控故障分析及整改方案 ? ? 解惠盛 （国能准能集团 设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000） 黑岱沟露天煤矿位于内蒙古鄂尔多斯准格尔旗境内，海拔高度1 300 m；地形标高（开采地点）800～1 350 m；煤层厚度0.4～40 m；煤层以上岩石厚度70～100 m；岩石层以上的黄土层厚度15～40 m 黑岱沟露天煤矿目前设计产量为年产原煤3 000 万t。WK-55 型矿用机械正铲式挖掘机是太重公司研制的大型露天矿的采装设备，简称为WK-55 电铲，与172～326 t 矿用大卡车配套使用，可以满足3 000 万t 级大型露天煤矿剥离和采装作业。 1 WK-55 电铲基本原理 1.1 WK-55 电铲电气系统基本原理 WK-55 电铲电气系统为“上位综合监控系统+PLC+基础变频传动”组成的三级控制系统[1]。上位综合监控系统检测和显示挖掘机的运行状态，PLC 实现整机运行的时序逻辑控制；变频传动驱动各机构协调动作，实现可控运行。三级之间数据交换通过PROFIBUS DP 总线通讯实现。变频传动使用能量再生式（回馈式）公用直流母线变频调速方案[2]。 1.2 WK-55 电铲回转控制原理 WK-55 电铲回转控制系统为力矩控制，手柄给定角度，主令控制器中的电流调节器根据手柄角度，控制回转逆变器调节回转电机转矩及速度，在作业过程中回转加速、减速、停止等均依靠逆变器输出的电流来控制，回转制动器不参与工作。待电铲回转机构停止运动后，操作人员操作回转制动器开关，PLC给出制动器动作指令，回转逆变器随即停止工作[3]。 当回转逆变器因故障停止运行时，操作人员给出的各种操作指令回转逆变器均不予执行，不再输出电流。此时，回转电机突然失去励磁，同时PLC 给出制动器动作指令，理想状态是立即停止回转动作，但由于回转电机随电铲整机机械运行被拖动，仅依靠制动器施加给电机转子的制动力矩很难立即克服电铲机械运动拖动电机产生的转矩，电铲会根据惯性进行回转运动，即处于“回转失控”状态[4]。 2 WK-55 电铲回转失控现象及原因分析 黑岱沟露天煤矿WK-55 电铲作业过程中，空铲斗回转至作业面下部，出现回转系统无法控制的现象，电铲上部结构由于惯性继续做回转运动，持续回转约250°后，铲斗撞击某台正在装货的930E 卡车厢斗左前部，电铲斗齿将卡车左前轮胎扎破爆胎，出现该状况后，该电铲立刻停止动作，所幸此次回转失控现场并未造成人身伤害。 截止到本次故障发生之日为止，准能公司WK系列电铲“失控”故障累计已发生7 次，其中因整流、逆变系统过热故障发生3 次；因电网波动故障发生2 次；因真空接触器辅助触点断开故障发生1 次；因“电机转速过快”故障发生1 次，因此解决和预防WK-55 电铲失控故障已迫在眉睫。 2.1 故障调查 1）作业现场分析。WK-55 电铲在黄土工作面作业，逆时针装车，顺时针回转挖掘，倾斜角度约为6°，顺时针方向为较低侧。 2）操作规范执行情况。调取现场及操作人员作业视频记录，发现WK-55 电铲完成第2 次装车时，回转手柄置于最大量；当电铲继续回转到采掘位置附近时，回转手柄置于零位，此时回转抱闸指示灯突然亮起，回转逆变器发生故障，但电铲上部结构并未停止回转动作，处于“失控”状态；操作人员随即将铲杆行程回拉至最小，然后按下紧急停机按钮，并鸣笛提示卡车操作人员。根据视频记录显示，操作人员在作业过程中均未违反各项操作规范。 3）设备故障信息。检查PLC 故障信息时，发现WK-55 电铲2 时12 分系统显示“回转逆变器故障”；检查回转逆变器故障信息时，发现WK-55 电铲2 时12分系统显示“F07901 驱动电机转速过快故障”；检查回转逆变器散热系统，各风机运行正常。 4）静态检查情况。静态检查WK-55 电铲回转电机制动器，1 台后回转电机制动器在故障当日上午10 时仍有温度，制动盘周围有铁屑；2 台前回转电机制动器无温度。 2.2 故障原因分析 1）部分元器件老化。WK-55 电铲电气系统运行时间为26 400 h，厂家未按照维修标准更换电气元器件，同时未提供电气系统定期更换、保养的元器件清单，现场维修人员仅通过状态维修方式对设备进行日常维护，电气元器件老化态势未得到及时制止。 2）变频器动作阀值与电机转速接近。当WK-55 电铲回转速度最快时，电机转速为950 r/min，而变频器动作阀值为1 050 r/min。动作阀值与电机转速接近造成的后果是系统容错机能过差，增加了设备故障停机几率。 3）速度编码器屏蔽差。对WK-55 电铲编码器反馈信号进行了跟踪，发现回转速度编码器反馈信号波形较差，进行更换后情况有所好转，但运行过程中仍偶发“电机过速”故障。 4）整流器、逆变器过热。西门子S70 和S1