胜利一号露天矿电铲尾线电缆卷放车设计

邹 伟，姜 鹏，吕秀梅，2，朱云龙，包永平，张 淼，李经天

（1.辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁 阜新 123000；2.阜新市产业技术研究院 辽宁 阜新 123000）

国内大型露天矿的采装作业普遍采用电铲进行，随着采剥作业的进行[1-2]，电铲工作位置需要不断地更换，而电铲的工作动力为电缆输送的高压电，电铲在作业和短距离转场时，会产生拖拽电缆的问题，传统解决方式为在电铲工作时，需要人为参与电缆的移动，由于电缆质量大，且携带高压电，人力搬运不仅效率低，而且存在漏电危险。因此设计了1 种电铲尾线电缆自动卷放装置，配合电铲的工作。

电铲在工作时，电缆与电铲尾线电缆卷放车相连接，电铲尾线电缆卷放车与工作现场的接线柱相连接，电铲尾线电缆卷放车具有一定距离的电缆储存功能，跟随着电铲行走，从而减少辅助人员的工作强度，达到减员、增效、安全生产的效果。

1 电铲尾线电缆卷放车整机参数

电铲尾线电缆卷放车整机质量（不包含电缆）约为23 t，供电电压可以根据现场的要求选配AC 6.3～6.6 kV 和AC 10 kV 等多种供电模式；后缆卷筒可以缠绕多圈电缆，根据现场作业的要求选配300、500、1 000 m 等电缆，电缆收放口可根据不同电缆直径进行调整，可以穿过40～90 mm2粗电缆。电铲尾线电缆卷放车的总装机功率为85 kW，其中行走电机采用2个37 kW 西门子变频电机独立控制履带行走，最大行走速度可达1.5 km/h。本设备重心配置合理，最大爬坡能力为15°。

2 电铲尾线电缆卷放车结构

电铲尾线电缆卷放车的结构如图1。

图1 电铲尾线电缆卷放车结构图

电铲尾线电缆卷放车装置主要由行走总成、平台总成、机房总成、围栏总成、放线总成、电气与控制系统总成、电缆支臂等部件组成[3]。

2.1 行走总成与平台总成

1）行走总成为履带式行走装置，用于电铲尾线电缆收放车装置的前后移动，行走总成主要由行走电机、行走减速机、驱动轮、履带架、支重轮、履带链、张紧总成、引导轮总成等部分组成。行走履带采用600 mm 宽标准履带板，平均对地比压0.05 MPa。行走驱动力采用电机驱动减速机来实现，行走电机通过行走减速机及驱动轮带动履带链实现行走功能，可以通过变频电机的频率改变，实现行走速度的无级调整。变频电机带有制动器，可以保证电铲尾线电缆卷放车的驻车[4-5]；同时变频电机内置温度保护开关，温度＞135 ℃时报警。履带张紧机构是由引导轮总成和张紧总成组成的，履带的松紧是靠张紧油缸推动引导轮总成来调节的。

2）平台总成位于行走总成上部，平台总成上布置有放线总成、高压分线箱、电缆支臂等结构；平台两侧装有围栏及人梯，保护现场工作人员的人身安全。平台总成上部装有机房，机房内部装有变压器柜、高压开关柜和低压电控柜等装置，机房上设有开门，便于机房内部电器元件的检修。

2.2 放线总成

2.2.1 后放线总成的组成及工作原理

电铲尾线电缆卷放车后放线总成结构图如图2。

图2 电铲尾线电缆卷放车后放线总成结构图

电铲尾线电缆卷放车后放线总成主要由驱动总成、架体、卷筒总成、电滑环总、排缆器总成等部件组成。后放线总成通过卷筒机构中的高压电滑环，将外部的高压电引入到设备上的高压分线箱中，其中1路电由电缆经电铲尾部耦合器进入电铲内部供电铲工作使用，另1 路电供电铲尾线电缆卷放车本身的电气系统使用[6]。

后放线总成的电机转动，通过减速机带动滚筒的旋转运动，滚筒的旋转运动可以带动电缆缠绕在滚筒上，同时排缆器电机转动，带动排缆器齿轮箱的运动，排缆器齿轮箱的输出轴与链条传动机构相连，链条传动机构与排缆器相连，电机的转动，从而带动排缆器跟随者链条传动机构进行旋转运动，根据滚筒的旋转速度，电机可以调整工作频率，实现排缆器运行速度与滚筒速度的匹配，保证电缆的按层卷盘在滚筒上，与传统的联动排缆器相比，电机控制的单独运动排缆器，运动速度更好独立控制，更容易跟滚筒转速进行配合，也可以适应多种直径的电缆[7]。

主卷筒设计有电缆张力自动检测、报警装置，一旦电缆松弛或过紧，立刻报警，并将报警信息用中文显示在显示屏上，保证主卷筒收放电缆时，不产生叠压、过松、过紧现象，能够自动防止电缆不被拖拽过度而损坏。当电缆滚筒上剩余的电缆达到设定的最小警戒值时，发出报警信号并自动进行电缆回收，防止由于误操作对电缆啊造成损坏。

2.2.2 前放线总成的组成及工作原理

电铲尾线电缆卷放车前放线总成结构图如图3。

图3 电铲尾线电缆卷放车前放线总成结构图

电铲尾线电缆卷放车前放线总成主要由外置滑环、电机、小卷筒总成、架体、传动装置、排缆器等部分组成。

电缆通过高压滑环箱后缠绕在小滚筒上，当电铲前进时，电缆拉力加大，滚筒磁滞耦合器的保持力矩小于电缆拉力对滚筒的力矩时，滚筒被电缆拉动转动，卷筒被动放出电缆。当电铲后退时电缆拉力减小，前置滚动启动电机自动收电缆，确保电缆始终保持拉紧和悬浮状态，保证电铲尾线电缆卷放车行走时不会碾压电缆[8]。

同时，前放线总成的减速箱可以通过链条机构带动排缆器丝杠的旋转运动，从而实现排缆装置的直线往复运动，对电缆就行合理排布。

辅助卷筒也采用变频驱动方式、恒张力控制，不仅具有自动跟随电铲作业、自动收放电缆的功能，而且能够减少电缆收放车、主卷筒的频繁启动，延长其使用寿命，实现安全、高效、作业。

2.3 电气系统与控制系统

电气系统主要由变压器、高压分线箱、低压供电柜、低压控制柜等部分组成。低压供电柜内有刀开关，该刀开关为双向开关，向上合闸为变压器供电，向下合闸为外接电源车供电。低压供电柜内还设有2 台行走变频器和3 台卷筒变频器；低压控制柜内安装PLC 控制器、液晶触摸显示屏、低压开关、继电、和遥控接收器等[9]。

1）行走电机由PLC 控制变频器实现无级速度调整和转向控制。

2）卷筒收放由PLC 控制变频器实现，后卷筒卷放速度和方向由1 台PLC 进行控制；后卷筒排缆器运动速度可根据后卷筒卷放速度由1 台PLC 自动控制；前滚筒放缆根据拉力被动放缆，根据电缆拉力，由1 台PLC 控制实现自动收放电缆和排缆[10]。

3）低压控制柜的柜门上置配备触摸屏，触摸屏具有设备运行状态指示功能，设备操作参数设定功能和设备基本参数设定功能。

4）遥控系统分为有线遥控和无线遥控，有线遥控器系统和无线遥控器系统均可完成全部动作。有线遥控系统只需要用电缆线连接遥控器和电缆卷放车平台左侧线控接口就可以完成线控操作，其他操作与无线遥控操作相同。

5）当工作模式选择开关指向自动跟随模式时，控制系统处于自动工作状态无需人工操控，可实现直线自动跟随功能[11]。

3 电缆危险电缆卷放车工作原理

首先将电铲尾线电缆卷放车移动到电铲的工作平台，电铲和该装置之间接通高压供电电源，对电铲进行供电，此时电铲开始进行该作业面内的作业工作。当电铲与该装置的距离增大时，电缆拉力增大，辅助滚筒可以进行被动放缆，保证电铲与该装置之间的电缆距离；当电铲与该装置的距离减小时，电缆拉力减小，前置滚动启动电机自动收电缆。在电缆卷放车和主滚筒不启动时，满足点铲车的工作要求。

当完成1 个作业点后，当电铲需要移动到下1个作业点作业时，通过遥控器遥控卷电铲尾线电缆卷放车跟随电铲一起移动到下1 个工作点，也可以启动自动跟随功能，自动跟随电铲移动到下1 个工作面，重复上述操作，进行新的采掘点的采掘。

4 经济效益与安全效益

1）根据电铲尾线电缆卷放车在胜利一号露天矿的实际使用中发现，卷缆车的投产使用，减少了电缆布设和移动时间，增加了电铲的工作效率，可以有效地节约成本。根据胜利一号露天矿生产数据统计，在WK－35 电铲未配备电铲尾线电缆卷放车时，需要人为移动电缆，每班移动电缆时间长达15～20 min，在寒冷的冬季，电缆移动更困难，移动电缆作业时间更多达30 min 以上。在该装置投入后，电铲工作效率可以直接提高，根据生产统计，每台电铲每年可增加剥离量约40 万m3，直接增加经济效益。

2）电铲尾线电缆自动卷放车的投产，减少了电缆收放人员[12]，只需要1 人操作电铲尾线电缆自动卷放车便可配合电铲完成作业，减少作业人员，降低人工成本。

3）由于该设备的使用，可以防止电缆在使用过程中长距离拖拽现象的发生，有效地增加了电缆的使用寿命，降低了电缆的损耗，根据胜利一号露天矿的生产部门与采购部门的统计结果，1 台电铲在每年作业过程中，由于拖拽与移动造成的电缆损失每年约为5 万元，使用该装置后，基本杜绝了电缆的损耗。

该设备的使用，避免了人力移动电缆，减少了电缆移动作业次数，避免了工作人员与带点电缆的直接接触，避免了作业人员触电的风险，同时也可以避免由于拖拽电缆发生的安全事故。

5 结语

1）介绍了电铲电缆尾线卷放车的整机参数；并从行走总成、平台与机房总成、放线总成、电气与控制系统等方面介绍了电铲尾线电缆自动卷放车的结构和组成。

2）分析了后放线总成和前方线总成的结构。前方线总成是该装置的辅助滚筒，可以根据电铲移动的距离，检测电缆的拉力，从而自动实现被动放缆和主动收缆工作，保证电铲的正常作业。后放线总成是本装置的主滚筒，可以根据需求然后300～1 000 m电缆，用于配合电铲的远距离转场工作。2 个滚筒配备的恒张力控制系统、电缆张力自动检测系统、报警装置等控制系统，可实现对电缆的卷放状态的随时监控并自动做出相应调整。

3）电铲电缆尾线卷放车配有智能的遥控与控制系统，可以通过遥控和线控分别对该装置进行调控，还可以通过自动跟随功能，跟随电铲自动行走；同时该装置设有多种自动检测和报警装置，保证设备使用过程中的安全可靠。

4）通过在胜利一号露天矿的长期实际使用中发现，该电铲尾线电缆卷放车在露天煤矿生产过程中可以减少人为布设电缆的时间，提高电铲的工作效率，增加经济效益；而且可以避免操作工人直接与高压电缆的接触，同时避免电缆在移动过程由于拖拽对电缆造成的损伤和导致的安全事故，电铲尾线电缆卷放车的投产使用，在胜利一号露天矿生产过程中的经济与安全效益等方面都发挥着重大作用。