495HR型电铲行走测速故障原因分析及解决办法

引言

495HR型电铲是美国比赛洛斯公司生产的大型单斗挖掘机,目前在我国诸多大型露天矿开采中广泛使用。国家能源集团准格尔能源集团哈尔乌素露天煤矿,在2007年先后购买了6台495HR型电铲,铲斗容量是60m3。该电铲应用西门子公司全数字化的矢量控制变频调速系统Ssibs作为神经中枢,实现西门子交4直4交变频调速。Ssibs控制系统因具有高度集成化、平稳运行、故障率低等特点,使其运行安全、可靠。最近几年,哈尔乌素露天煤矿的495HR型电铲在运行过程中,经常发生行走测速故障,严重影响电铲出动率。本文经过回顾和总结故障发生的现象、过程,总结出引发故障的规律,为今后处理类似故障提供参考,可提高检修速率,避免故障重复发生,提高产能,为企业创造更高的经济效益。

1测速模块信号传输回路特征

495HR型电铲通过行走测速模块采集与处理信号,用六芯带屏蔽层信号电缆传输到JB1接线箱,从JB1输送到低压集电环。利用低压集电环的#15、#16、#17、#18、#19、#20环,电源线PT1与PT2接到#15和#16环上,PT3与PT4信号线接到#19和#17环上,PT13与PT14信号线接到#18和#20环上,使旋转工作的电铲能有效接收到连续不断的测速脉冲信号,保证了电铲在行走模式下也可以进行回转工作。最后,信号通过MRC接线端,送到Ssibs系统的0143输入-输出板上,经过处理得到电机转速信息。

2行走系统概况与光电编码器的工作原理

495HR型电铲行走机构由两台700HP变频电动机、两台2HP行走风机、两台测速电机组成。行走机构的两台电动机分别独立驱动,行走1#电动机与提升2#共用一个逆变器,行走2#电动机与提升1#共用一个逆变器。司机将通过设在操作台上的挖掘-行走转换选择开关进行工况选择,提升-行走电动机间切换运行。当切换到行走模式,司机按下打开行走抱闸开关,行走抱闸打开,推动行走操作手柄,电铲向前移动,行走测速电机通过闭环控制反馈信号。

光电编码器的工作原理:由于光电码盘的光栅盘旋转时发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前转速。光脉冲编码器的功能是可以发出一个脉冲频率,即与电机的速度成比例,所以能够确定其方向以及速度。在转速计接口线路中,两个脉冲间隔电角度909的脉冲波道进行监控。

转速计内部是一个精确的被蚀刻的编码器圆盘,固定到转速计的旋转部分。该圆盘在一道光源和一个四象限的光线接收器之间通过,产生4个脉冲波道,完全以909电角度分隔。

Ssibs控制系统可以使用任意两个波道,只要它们相隔909。波道的正确接线方式有以下4种:09和909,909和1809,1809和2709,2709和09。

光脉冲编码器为了测出旋转方向需要两个探头,两个探头相对齿的位置相差1-4个齿距,两个探头产生的脉冲就会相差1-4个周期。当齿轮正向旋转时,脉冲1比脉冲2落后1-4周期,这样就可以通过A相脉冲超前或滞后B相脉冲1-4个波长,判断正转与反转。

3行走测速故障的原因分析与解决办法

3.1行走测速电机质量问题

3.1.1原因分析

495HR型电动挖掘机的行走部分有两台变频电动机驱动减速箱,使电铲正常行走。对电动机的控制是闭环控制,通过测速电机连接变频电动机的中心轴,测得实时转速。这就对电动机的测速模块提出很高的要求,但每次安装上新的测速电机有很大可能报行走测速故障,最后发现都是行走测速电机质量问题引起的。

3.1.2解决办法

为了测试行走测速电机,在测试时最好与行走电机脱离,通过GDS42204A示波器,在新的行走测速电机上装机械连接杆,手动转动测速电机,以恒定速度运行,输出必须在示波器上显示出来。通过示波器的双通道,测试出A、B脉冲信号。

测量精度要求:(1）以手动模式驱动行走测速电机以30Hz进行运转。(2）在示波器上同时显示两个脉冲信号波道。(3）波道被启动后,应该在示波器上固定显示,可能会有小规模的移动量,或在另一个波道出现图像跳动情况。如果图像跳动超过5μs,该测速电机很可能是坏的。(4）观察波形的对称度,两个波道的脉冲断续循环应该是一样的。如果它们不一样,该行走测速模块很可能是坏的。(5）检查任一波道上丢失的脉冲。如果脉冲丢失,尝试用另一波道。如果还是不能解决脉冲遗漏问题,证明该行走测速模块是坏的。(6）正转时,A脉冲信号要超前B脉冲1-4个周期。反转时,观察A、B通道的脉冲是否连续,B脉冲信号要超前A脉冲1-4个周期。

231低压集电环晃动引起的断线故障

3.2.1原因分析

行走测速连接线大部分断线都在低压集电环,原因是低压集电环在电铲回转工作时不停旋转,低压集电环上的棱型铁磨损严重,导致晃动严重,引起行走测速电机线被拉断、磨断,或其他电源线磨断搭到测速线上。

3.2.2解决办法

棱型铁磨损严重,一方面是由于低压集电环被提升大绳抽过,导致变形,棱型铁接触面不平,有凹凸面,导致磨损加快。拆下棱型铁,先用耐磨焊条焊接厚厚一层（这样可以更加耐磨）,切割机找正,磨平,解决棱型铁磨损问题。再选择更好的测速信号线,代替原来细的测速信号线,做好绝缘工作,预留活动间隙,用细扎带固定接线端,即使发生断线,也不会使其他电源线搭到测速连接线上。

3.3行走速度传感器的电路断路器Q19状态异常

3.3.1原因分析

495HR型电铲winCC画面里故障描述控制输入电源到行走速度传感器（U455和U456）的断路器O19是异常的,使得节点7模块7上的i173.4PLC位没有数字量输入信号,导致行走测速故障。

3.3.2解决办法

（1）如果测量行走速度传感器（U455和U456）上有输入电源,那么该监控电路就有问题。监控电路通过断路器上的接线柱23和24,是常开触点。当电路断路器合上,位于sibas机架下面的节点7模块7上的i173.4PLC位上的数字量输入信号就应该有电压。（2）如果i173.4PLC位有电压,但是插件上的发光二极管不亮,那么更换该PLC模块插件。（3）如果i173.4PLC位没有电压,那么测量O19的辅助常开点23和24是否有电压,如果没有电压,更换O19断路器辅助点。（4）如果没有输入电压到行走速度传感器（U455和U456）,断路器确实跳闸了,检查有故障的断路器或有故障的速度传感器。

3.4左侧行走转速计故障与左侧行走超速故障

3.4.1原因分析

495型电铲sibas系统检测到行走转速计故障,可能是行走测速电机出现一个不连续的脉冲,导致行走暂停。一般是行走测速电机有故障,或其与行走电机连接器松动导致行走超速故障。

3.4.2解决办法

（1）检查行走测速电机,是否有松动的连接/损坏部件。（2）应用wincc软件中的行走运行监测功能,在维修站rocky计算机上同时监测给定速度与速度值。如果已经在行走动作中检测到一个超速,如行走超速出现2250r/min,而最高速度是2040r/min,则可能造成的原因有负荷太大,电机超载或者测速电机内部故障。（3）检查行走模拟的转速计。如果电机不是高速运转而出现了超速,一定是转速计出现故障。

4结语

当495HR型电铲行走测速出现故障后,采用本文介绍的检测维修方法后,经过实践验证,不仅节省了维修所需的大量费用,而且缩短了故障处理时间,提高了设备出动率。