电铲工作装置状态检修方式的探索与应用

刘洋，冯占中，王柏春，卢海章，刘成

（1.国能北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000；2.北京力控元通科技有限公司，山西 太原 030000）

1 电铲工作装置的构造及工作原理

电铲工作装置是执行指定动作的主要机构，主要由推压、提升、回转、行走、开斗等机构组成。维修人员每天要做的是检查各零部件连接处的润滑情况、重要部位的磨损情况和传统部件的状态。工作装置完成各种动作主要依靠各电机带动减速箱输出到执行机构，电动机的调速依靠主令给定信号到变频器，变频器输出电机扭矩使电动机和减速箱满足工作要求。

工作装置的维修工作包括：（1）对比连接处的袖套和销轴尺寸，确认是否需要更换维修，避免出现过度维修的情况；（2）检查并更换老化破损润滑油管、液压油管、线路、损坏的限位传感器；（3）对减速机的检修主要是更换其密封件、定期更换油脂等来减少机械故障。为了减少不必要的人力损耗，避免出现过度维修的情况，要根据零部件的理论使用寿命和零部件当前的使用状态确认是否需要维修。各主要部件的理论使用寿命：提升一轴12000h，推压一轴10000h，提升二轴20000h 等。

2 设备技术资料

维修人员只有掌握电铲相关的理论知识，才能读懂电铲操作手册和维护保养手册，才能吸收消化相关的技术资料，并在此基础上设定维修方案。电铲基于状态维修工作流程分为三个阶段，包括状态监控、状态评估与预测、维修分析与决策。

（1）状态监控阶段。巡查电铲的重要部位，了解电铲各部位的状态信息。根据状态指示确定潜在故障值，判断是否存在潜在故障。如果潜在故障值比较低，可以直接进入下一个环节，如果潜在故障值比较高，就需要采集状态信息。（2）故障诊断与预测阶段。在这一阶段已经出现了故障，需要结合状态指示值判断出现了哪种类型的故障。如果指示值在P 点，表明存在潜在故障。如果指示值出现在f 点，表明存在功能故障。如果指示值是T，表明潜在故障正逐步转向为功能故障。为了确保能够100%检测出潜在故障，必须符合这一要求：Tc＜T。一旦发现潜在故障，则需要检测所有零件的剩余寿命，将具体信息记录在维修档案库中。（3）维修决策阶段。在进行故障诊断后，可以根据故障类型采取不同的维修措施。针对功能故障可以进行抢修和修复性维修，如果不是功能故障，可以进行预防性维修。

3 电铲安全监测方面存在的问题与解决方案

3.1 电铲发生电气故障时铲斗掉落和回转角度过大

在以往的电铲运行使用过程中，一旦电铲电气系统或者供电系统出现问题，引起电铲电气控制系统故障，导致变频驱动部分跳机，这时候正处于装载状态的电铲铲斗，由于铲斗自身加上其装载的物料所包含的巨大重量，使铲斗具备很大的惯性，在电铲做出提升、下放或回转时发生铲斗掉落或者回转角度过大的问题。如果不能在短距离内停止动作，则会对处于作业半径内的卡车造成损坏，甚至对卡车司机造成人身伤害。在实际作业中，确实出现过铲斗将卡车箱斗砸坏，铲斗斗齿将卡车轮胎划爆，更严重的是铲斗直接与卡车驾驶室相撞。这类事故每次都造成卡车损坏甚至人身伤害，面对这些安全问题，我们应该从技术角度出发找出其原因，或者通过完善电气监测系统以做出提前预警，从而避免事故的发生。

这类事故发生时，电铲工作过程如下：当变频驱动部分跳机时，电铲电机失去驱动电流，电机抱闸空气压力由快排阀释放，电机抱闸抱死。那么，铲斗的行程就和它的初速度、重量大小成正比，与抱闸摩擦力大小成反比。假设电铲在额定速度，铲斗在满载的极限状态下，这时抱闸的滑动摩擦力在缩短铲斗行程距离时就起到了决定性作用，滑动摩擦力的大小计算公式为f=μN，μ是动摩擦因数，与材料和接触面的粗糙程度有关；N 表示正压力，抱闸产生的摩擦力和抱闸盘的正压力成正比例，所以影响铲斗行程距离的主要因素在摩擦盘的正压力上。通常情况下，新更换的抱闸摩擦盘是不会发生行程过长的问题，因为抱闸盘可以提供足够的正压力，但是使用一段时间后抱闸盘存在一定的磨损，就不能提供可靠的正压力了，因此就造成了电铲铲斗行程过长的问题。抱闸盘具体磨损到什么程度，能否正常工作，通过肉眼会很难鉴定，当磨损过限时就会发生上面提到的掉铲斗，撞大车等严重事故。这时，抱闸磨损检测系统就起到了关键的预警作用，抱闸磨损检测系统主要工作原理为在电铲的各部抱闸摩擦盘上安装行程开关，将行程开关常闭点开关量编辑进入PLC 程序，再通过运算将报警信号显示在司机室操作屏上。抱闸摩擦盘在正常磨损范围内时摩擦片与行程开关正常接触，保证开关常闭点不断开；当抱闸摩擦盘超过磨损上限时，摩擦片变薄则无法接触到行程开关，开关内常闭点断开，PLC 程序就会读取信号，这时，司机就会在操作屏上看到相关报警提示，从而提醒更换摩擦盘，这样就避免了相应事故的发生。

3.2 电铲工作中俯仰角度过大

电铲是一种大吨位采掘设备，重达1100 多t，其回转平台和底架梁靠中心轴连接，辅助回转托辊完成转动和支撑动作，电铲80%的重量全靠它们承载，因此，电铲设计上规定电铲工作的俯仰角度不能超过5°，这种要求是对中心轴和回转托辊的一种保护，同时也是对电气系统的一种保护。如果电铲处于大角度作业环境，在进行回转作业时，会对中心轴造成很大的磨损，对行走减速机构造成巨大的冲击，可能损坏行走减速机构的部件，引发大型机械故障；电铲在这种大角度挖掘过程中，由于工作环境角度过大，会出现电铲在额定速度进行回转作业时造成回转过载，导致故障停机从而产生问题。所述的回转角度过大问题，造成采掘或运输设备的损坏，甚至造成人身伤害。由于电铲没有可以测量倾斜角度的设备，所以实际工作中全靠司机的感觉，这就造成了有时起坡作业后发现角度过大，导致电气故障频发，在实际作业时，也因此发生过安全事故。由于回转平台是整个电铲的中心位置，因此，在回转平台中安装水平和俯仰两个方向的平衡监测装置。将两个平衡仪的参数传到距离中心最近的PLC 机站，再通过程序运算将画面显示在司机室显示屏，司机起坡作业时，可以随时查看电铲的偏转状态，实时监控电铲作业环境的角度，从而保证电铲起坡作业时的安全性。

4 电铲安全装置的检修

电铲安全监测装置的可靠运行是保证电铲完好和相关人员安全的有力保障。因此，必须制定合理的检修措施，用以保障安全监测装置的完好性和可靠性。下面介绍电铲安全监测装置三级检修的相关管理办法。

4.1 安全监管人员

安全监管人员或部门负责定期对安全监测装置的功能进行现场实动检测，将存在问题和隐患的装置进行通报。这中间涉及什么时间进行实动检测和测试结果达到什么状态则为合格的定时和定性的问题。首先，根据现场实际运行状态，把时间界定在安全装置具备保障能力的临界值之前，同时根据安全保障装置设计使用寿命做出合理制定，引入安全监测装置测试时间计算公式：C=（T-DT/N）×90%；式中的T 是设计使用时间，式中的N是理论动作次数，式中的D 是电气故障装置实际发生次数，这里保证临界值提前余量为10%。定性即安全装置是否在可以保障电铲安全作业的范围。需要根据生产实际和工作状态对配件寿命和电铲反应现象进行定时间、定长度、定频率等等的实动测试，从而有效地反映出安全装置所处的状态。例如，电铲发生电气故障时铲斗掉落和回转角度过大这个问题中，根据设备综合情况制定铲斗空载额定速度下放状态下铲斗掉落0.5m 就是有效长度极值；回转角度大于60°就是极限角度。实动测试如果达到或者超出，则需对电机抱闸摩擦盘进行调整或者更换。第二将现场实动检测结果传达到相关部门并进行跟踪。第三根据检修结果进行记录并制定开展下一轮现场实动检测工作。

4.2 技术人员

根据安全装置所需组件，以及其消耗频率，制定配件采购方案，并提供所购买组件的基础试验参数，以及整定值、额定值等技术参数；依据设备参数和现场使用情况，总结规律制定合理的保养周期；根据安全部门实动检测结果，以及现有组件库存情况，检修人员配置情况制定计划性检修方案。

4.3 检修技术人员

需要按保养周期完成安全监测装置的保养工作，按计划检修方案完成计划性检修工作，还要完成安全监测装置日常故障的检修工作。

5 状态维修实践

在检查过程中，维修人员发现电铲的轴销、大小臂交接轴套部位出现严重磨损。判断故障后，发现属于功能故障，在第一时间进行进行应急抢修和修复性维修。如果放任不管，小故障将会引起大故障，导致大小臂的做孔部位出现严重磨损，整个电铲设备无法正常运行。此外，发现小臂有自动下落的情况，初步判断小臂油缸内泄。电铲投入使用至今，从来没有更换过轴销、大小臂交接轴套部位，提取了这两个部位的状态特征能够发现已经出现故障，预测仅剩300h 的使用寿命。于是，维修人员对电铲工作装置应用了状态维修的检修方法。

基于大型进口设备已有的状态检修方案，详细分析了电铲工作装置的特征，采取了以下维修决策措施：（1）结合生产需求和电铲当前的工作状态设定了检修计划；（2）调查了库存备件的实际余量，适当采购补充了欠缺备件；（3）由于电铲设备的体型较大，所以结合检修需求和电铲的体型建立了检修平台，方便后续开展检修工作；（4）检修过程中，着重检查了重要的工作装置，清洗测量了轴销、衔接处轴套等部位。以新建尺寸数据为主，对比了测量数据，找到了一些不符合数据标准的轴套和轴销，着重更换这些不符合标准的部分。这不仅实现了精准维修，还可以避免维修过剩情况的发生；（5）电厂维修人员结合具体工作需求，自主改良的检修工具，能够有效提高检修效率，降低检修成本，这也体现了维修人员的创新能力。例如，轴销脱销器，在尺寸和外形上有所调整。还针对大型油缸设置了自主检修平台，检修油缸的专业工具等。在状态维修方式的支持下，维修人员能够高效率地完成电铲工作装置的检修工作。同时，还发挥创新能力设计了一些新工具，※不仅提高了维修人员的技能水平，还缩短了检修时间，比原定的检修时间缩短了20d。现阶段，电铲都处于正常的运行状态，能够安全高效生产。

6 电铲安全监测装置检修的信息化展望

目前，检修信息化程度低，只有配件采购等局部实现信息互通，数据库存储等操作方法，面对日新月异的科技信息技术，我们目前所使用的系统软件较单一、陈旧，不具备整体性和系统性。电铲是高度自动化的设备，每代电铲都代表着当时世界科技的前沿，而相比和它配套的检修系统之间存在不小的差距。我们所展望的检修系统应该是大整体、全环节、多系统的综合体，它的功能不应该只有记录信息，还需要具有智能性、预测性和多样性。例如，推算正压力N，为这一期的摩擦盘制作磨损曲线，根据配件情况、检修人员配置情况、曲线的走势等相关因素做出前瞻性预测，并制定计划检修方案。例如，电铲水平采掘作业时根据前后倾斜角度水平检测仪数据变化检测中心轴的磨损情况，对重要核心部件进行数据监测等。实现电铲、配件、人员之间信息互通和智能化检修，合理调配人力资源和物力资源，使检修工作更合理、配件使用更合理。

7 结语

探索了大型进口设备重要装置和部件的状态检修工作后，发现维修人员可以自住完成主要装置和部件的检修工作。对修复后的设备进行了性能检测后，发现各项性能都符合原有的使用要求，能够保障矿山生产工作的顺利开展。通过开展此次项目，解决了进口设备使用寿命短，故障解决难的问题，能够延长设备的使用寿命，提高服务生产效率。同时，能够提高维修人员的维修技能，这样能够让维修人员负责维修进口设备，降低公司的生产成本。