港口挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)研究與改造

1、    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(xiàng)目等，港口挖掘機(jī)的需求十分旺盛，并且呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，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(chē)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(dòng)力尚可，但工作時(shí)的噪聲、廢氣等對(duì)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(guò)調(diào)研分析，決定對(duì)傳統(tǒng)挖掘機(jī)機(jī)進(jìn)行技術(shù)研究與改造，增加電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使其成為油電兩用雙動(dòng)力挖掘機(jī)。關(guān)鍵詞：油電兩用;升級(jí)改造;節(jié)能降耗：u653.922 ：a ：

2、1671-2064（2019）09-0058-021 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(dòng)力系統(tǒng)不變，新增加一套電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，在煤炭堆場(chǎng)等作業(yè)場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置電源，通過(guò)隨機(jī)電纜將場(chǎng)地內(nèi)電源供到挖掘機(jī)上，堆存作業(yè)時(shí)可關(guān)閉柴油機(jī)，使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)堆存作業(yè)。若沒(méi)有電源，當(dāng)由一個(gè)堆場(chǎng)移動(dòng)到另一個(gè)堆場(chǎng)或長(zhǎng)距離移動(dòng)挖掘機(jī)時(shí)，依然可以用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(shí)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(dòng)工具、移動(dòng)式電器設(shè)

3、備或輕型移動(dòng)電氣設(shè)備等，線芯的工作溫度應(yīng)不超過(guò)60。根據(jù)挖掘機(jī)用電量，挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)需經(jīng)常短距離移動(dòng)，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(dòng)功能，無(wú)需安裝制動(dòng)器，安全可靠，是目前國(guó)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(zhǎng)度，確定電纜卷筒外徑為4300mm。1.2 電動(dòng)機(jī)在原有挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部增加電動(dòng)機(jī)、主泵、切換閥組等，與原來(lái)的系統(tǒng)組成兩套雙泵雙回路的開(kāi)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(dòng)機(jī)的功率要以驅(qū)動(dòng)的液壓泵功率計(jì)算

4、，如下：p=ppqmax/p=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;p主泵的效率，取0.80.85。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(jì)算，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)功率為154kw。為滿足使用要求，我們選用160kw電動(dòng)機(jī)，調(diào)查研究對(duì)比后選用功率為160kw、電流為290a、轉(zhuǎn)速為1490r/min的電動(dòng)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

5、，節(jié)能。（3）損耗低，發(fā)熱量小，所以電機(jī)溫升低，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。（4）振動(dòng)小，噪音低。（5）溫升低，延長(zhǎng)機(jī)械部件使用壽命。1.3 軟啟動(dòng)器本次選用施耐德ats48軟啟動(dòng)器，軟啟動(dòng)-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(shí)還具有通訊控制模塊進(jìn)行通訊連接。ats48軟啟動(dòng)-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(lái)有效降低電氣系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。（2）有效改善機(jī)械可用性來(lái)降低設(shè)備的運(yùn)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(cè)。s7-200系列plc有多種編程器，一般

6、可分為智能型和簡(jiǎn)易型。本文選用簡(jiǎn)易型編程器，簡(jiǎn)易實(shí)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(mén)子的s7-200型簡(jiǎn)易型plc控制器。將與電動(dòng)機(jī)動(dòng)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(guò)plc控制器讓各機(jī)構(gòu)動(dòng)作達(dá)到控制目的3。s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(tái)右側(cè)增加1臺(tái)高度為900mm、長(zhǎng)度為600mm 厚度為500mm的配電箱。配電柜防護(hù)級(jí)別為ip55級(jí)。內(nèi)設(shè)電源總開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)器、控制和保護(hù)元件，保證整機(jī)供電和用

7、電安全。在挖掘機(jī)作業(yè)區(qū)域四個(gè)堆場(chǎng)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(gè)容量為200kw的地面接線箱。挖掘機(jī)通過(guò)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(dòng)機(jī)的冷卻器串聯(lián)在冷卻回路中，使用電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)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(guò)旁路閥直接回到液壓油箱，背壓超過(guò)0.6mpa時(shí)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(tái)主泵，壓力油通過(guò)切換閥組進(jìn)入挖掘機(jī)多路控制閥，其中經(jīng)過(guò)中央回轉(zhuǎn)接頭的壓力油，驅(qū)動(dòng)左右行走裝置的液壓馬達(dá)，其它的直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置的動(dòng)

8、臂缸、液壓馬達(dá)等，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各項(xiàng)基本工作，2套系統(tǒng)不可同時(shí)作業(yè)，油電切換閥用于電動(dòng)機(jī)與柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的切換，不用人工對(duì)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(dòng)機(jī)、電纜卷盤(pán)等，延長(zhǎng)回轉(zhuǎn)平臺(tái)1.5米，在回轉(zhuǎn)平臺(tái)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(duì)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(dòng)機(jī)較柴油機(jī)相比，無(wú)廢氣排出，設(shè)備平穩(wěn)可靠，噪聲幅度的降低，讓現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)力電源提供電能，降低柴油機(jī)使用時(shí)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(yùn)行成本電動(dòng)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(yùn)行臺(tái)時(shí)減少，相關(guān)配件問(wèn)題故障率降低，保養(yǎng)間隔周期延長(zhǎng)，從根本上節(jié)約了大量材料費(fèi)、維修保養(yǎng)費(fèi)，同時(shí)也降低了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 運(yùn)行臺(tái)時(shí)的減少帶來(lái)加油次數(shù)的減少，節(jié)省大量燃油費(fèi)。3 結(jié)語(yǔ)挖掘機(jī)增加電動(dòng)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(huì)價(jià)值有所提高。參考文獻(xiàn)