WYD260液压挖掘机高原适应性设计

张 宇

（1.太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024；2.矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室， 山西 太原 030024）

大型矿用液压挖掘机具有结构紧凑、自重轻、价格低、机动性好等特点。WYD260是太重自主设计的首台大型液压挖掘机，是太原重工股份有限公司从机械式挖掘机市场拓展到液压挖掘机的标准性产品。目前有27台250 t以上大型矿用液压挖掘机在国内矿山使用，WYD260液压挖掘机为仅有的一台国产设备，其主要适用于各种大型露天矿山的采掘和剥离作业，与90～155 t大汽车配套使用。

WYD260现有一台产成品，其设计使用的海波高度为1 000 m以下的工况。该设备之前在准格尔露天煤矿现场作业，目前计划前往西藏高原地区进行作业，因此需要进行高原适应性改造设计，以满足高原现场工况使用。

1 WYD260设计工况与高原现场工况的对比

1.1 WYD260设计使用工况

温度为-40～+40℃，海拔高度为1 000 m，当温度为+20℃时，相对湿度小于85%。

1.2 西藏巨龙现场工况

巨龙铜矿位于墨竹工卡县和达孜县交界处，矿区绝大部分属墨竹工卡县甲玛乡管辖，矿区西部部分属达孜县章多乡所辖。现场环境条件如下：

最高气温为28.3℃，最低气温为-22.7℃，海拔高度为5 500 m，年平均降水量为468 mm，年平均相对湿度为46.6%。

对比发现，设计工况和巨龙现场工况主要是海拔条件不同，产品设计为在不高于1 000 m工况下使用，而巨龙现场海拔高度为5 500 m。

2 高原现场设计方案及对比

随着海拔高度的增加，大气压力下降，空气密度和湿度相应减少，其环境特征主要体现为：空气压力、密度较低；空气温度较低，温度变化较大；空气绝对湿度较小；大阳辐射照度较高；降水量较少；土壤温度较低且冻结期长。

分析可知，高海拔地区，因空气稀薄，气压降低，引起电气产品的散热效率降低；同时空气的绝缘强度降低，导致高压导体绝缘出现问题。巨龙现场海拔高度为5 500 m，只有约0.57个大气压，设备电气系统绝缘强度、散热能力大大降低。因此WYD260需要针对高海拔现场进行适应性改造，以满足现场工况的使用。

WYD260液压挖掘机为外接电缆驱动型设备，其电气系统包括高压和低压两部分，由于高海拔带来的散热和绝缘问题对低压部分的影响较小，因此该项目主要考虑设备内部高压部分的适应性改造。

WYD260液压挖掘内部高压部件主要包括高压电机、高压控制柜和高压软启动柜三大部件。改造方案有下述两种：高压系统降容后，设备减小斗容运行；设备斗容不变，高压系统按高海拔重新选型制作。

2.1 使用现有高压设备，采用降容使用

2.2.1 高压电机

高压电机在高原使用存在降容问题，参考公式[1]：

式中：h为现场海拔高度，5 500 m；t为环境温度，30℃。根据计算可得降容35%，即降至65%。15 m3原始配置电机为西门子1 000 kW电机，降容至650 kW使用。

2.2.2 高压控制柜和高压软启动柜

这两个柜体主要考虑高压导体之间的安装距离，根据海拔超过1 000 m时，每升高100 m，间隙增大1%修正。参考公式：（5 500-1 000）/100=45。因此10 kV的柜体内部导体距离为120×1.45=174 mm。

综合考虑，如果不进行特殊绝缘处理，高压柜柜体大约增大体积45%；软启动降容使用后，体积增加应该会小于45%。为保证这两大部件体积基本不增加，且能正常安装在现有设备中继续使用，就需要对柜体内部高压线路部分进行特殊绝缘处理。

2.2 使用现有铲斗，采用增容方案

2.2.1 高压电机

高压电机在高原使用存在降容问题，依据上述计算，即5 500 m工况下高压电机需降容35%，需至65%的功率使用。15 m3铲斗需要约1 000 kW电机提供能量，在高原相当于1 500 kW的需求量。

因为没有单台1 500 kW的电机型号可供选择，因此考虑两台750 kW并联方案。

2.2.2 高压控制柜柜和高压软启动柜

这两个柜体主要考虑高压导体的安装距离，根据海拔超过1 000 m时，每升高100 m，间隙增大1%修正，参考公式：（5 500-1 000）/100=45。因此 10 kV的柜体内部导体距离为120×1.45=174 mm。软启动柜的容量还需增加35%，以满足两台750 kW高压电机启动容量需求。

综合考虑，双电机的排布不仅存在空间的问题，同时会导致高压电机与分动箱的连接出现新的问题。其次，软启动增容会使得体积增加较多，即使通过特殊绝缘处理，其整体体积依然无法合理安装在机棚内部。因此，该方案存在较大问题。

2.3 其余电气部分的高原适应性改造

由于高原缺氧和紫外线辐射较大，设备还需进行下列改进：

1）司机室增设增压、增氧系统。

2）尾部电缆选用抗紫外线产品。

3 结论

由于WYD260已经是产成品，故其机械外形尺寸是不能改变的，分动箱等核心部件也是不宜更换的，因此决定选择高原降容使用方案对其进行高原适应性改造。考虑最大程度地利用现有高压主要部件，高压电机采用降容使用，高压控制柜和高压软启动柜在原有基础上增加绝缘层、绝缘板等方案处理，保证这两大部件体积基本不变，能再次安装在现有机械平台及机棚内部。

电气系统的高原适用性改造将保证WYD260在西藏巨龙现场的安全可靠运行。相关高原设计原则也是同类机械设备高原设计和现场使用的相关技术依据。