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WK-27矿用挖掘机电气室温度过高,故障码F023
摘要：WK-27矿用挖掘机电气室温度过高,故障码F023
WK-27矿用挖掘机电气室温度过高,故障码F023
摘要:本文分析了WK-27矿用挖掘机电气室温度过高的原因,针对目前一般采用清理或更换滤清器的延时继电器的解决方法.该方案可实现轴流风机先反转然后正转,反转过程中所产生的负压能有效吸出滤清器中的杂物,从而达到加大电气室的送风量、降低温度的目的,解决了电气室温度过高的问题.
关键词:矿用挖掘机、WK-27、挖掘机电气控制室、温高降温措施
一、前言
WK系列大型矿用挖掘机是太原重工股份有限公司生产的大型露天矿山采装设备.其系列产品主要有铲斗容积为10~60m3的WK-10B、WK-12、WK-20、WK-27、WK-27、WK-55电铲.目前它们已经成为国内新开工的大型露天矿的首选产品,是千万吨级的大型露天煤矿、铁矿及有色金属矿山的采装作业的主要设备(如图1).电气控制系统由原来4m3和10m3电铲的机组系统升级为现在的交流变频调速系统,它汇集了我国多年生产4m3、8m3和10m3矿用挖掘机的成功经验,采用了大量国内外先进的设计、工艺、制造和控制技术,是大型矿用挖掘机理想的电控系统.
二、WK-27电气控制系统
该挖掘机使用变频调速系统控制,变频调速系统是由PLC、人机界面HMI、变频器组成的三级网络拓扑结构,.其AFE整流回馈单元图2、公用直流母线变频调速系统结构如图3所示
图2变频调速系统的三级网络拓扑结构
图3AFF整流回馈单元、公用直流母线变频调速系统结构
司机室人机界面触摸屏将对整机的运行状态和故障信息进行综合监控,采多画面切换形式,完成对各部分运行状态模拟显示与故障自诊断功能,为维护与检修提供帮助.人机界面触摸屏显示的状态与故障信息主要包括:
1)状态显示.
①各机构工作电流,主令给定速度,实时运行速
②提升、推压机构位置,挖掘机两维运行轨迹;
③干油润滑系统周期运行模拟显示;
④辅助电机运行状态模拟显示;
⑤电网电源、气压、稀油润滑,辅助电机正常信号显示.
2)故障信息.
①电网过电压、欠电压、相序、缺相;
②各机构逆变器及电动机过电流、热过载、速度失常、接地、缺相等;
③AFE故障;
④主、辅变压器过热故障,660VAC400VAC低压系统接地故障;
⑤气压、干稀油润滑、辅助电机故障;
⑥提升/下放、推压/回转行程限位,起重臂顶起限位,梯子限位.
PLC控制系统采用PROFIBUSDP现场总线通讯网络控制,AFE整流回馈单元、各机构逆变器、司机室远程I/O(ET200)分别挂接在PROFIBUSDP总线上,构成分布式控制网络.CPU通过PROFIBUSDP现场总线通讯网络获取司机室操作命令、各机构逆变器及AFE整流回馈单元的运行状态和故障信息;通过开关量输入模块获取配电与辅助回路运行状态与故障信息、安全保护与行程限位信息等;经逻辑与数据运算后,通过相同的路径对整个电气系统进行控制.采用PROFIBUSDP现场总线通讯网络控制有以下特点:
①信息交换量大、可编程、能够灵活方便地满足各种控制需求;
②通过现场调试,可不断地改进和完善控制方式;
③12M的通信速率和完善的校检功能使系统实时、可靠、高效;
④PROFIBUS是当今设备及自动化领域应用最广泛的现场总线.
3)主驱动变频电动机
根据挖掘机在矿山多年来的运行情况,电动机是电气系统中影响设备完好率、出工率、维修成本最重要的因素.由于直流电动机故障率高,已严重影响了矿山生产效率,并给维修带来极大的负担.
WK系列挖掘机采用专用变频电动机,从根本上解决了电动机对挖掘机运行可靠性的影响,提高了设备的完好率及生产效率,并降低维护工作量和维修费用.WK系列变频电动机具有如下特点:
吸取了西门子和美国GE电机在矿山应用的留有充足的转矩与温升裕度,确保电机的出非传动端采用进口绝缘轴承,以避免轴电流设置轴接地滑环,为轴电流提供接地通道;采用C级绝缘材料,提高电机的温升裕度;转子笼条为铜合金材料,端部焊接采用感应焊一次成型,确保笼条的焊接质量,以适应电铲大扭
提升和推压机构的限位保护.提升卷筒装设了绝对式编码器,以检测提升高度及上下限位保护.推压减速机装设了绝对式编码器,以检测斗杆行程.采用绝对式编码器除了可以灵活设定系统的零点和前后限位外还可以实时监测铲斗的位置,为系统的大臂和梯子的限位保护.大臂还设置了防顶起限位,从而保护大臂不被频繁顶起;上下车的梯子限位与回转机构进行了连锁,防止回转时碰坏梯子.
三、电气室温度过高的解决方案
由于夏季天气炎热,该设备中的电铲产生了一个问题,即西门子电器柜AFE柜报警故障越来越频繁,故障代码为F023,若不能及时处理,将可能造成AFE柜中的IUBT及电容组发生爆炸.因为电铲主要承担上矿石任务,对设备出动率要求高,所以WK-27型挖掘机电气室温度过高的问题急需解决与优化.
1、电气室温度过高问题的分析
查询WK-27型挖掘机维护手册(电气部分)故障(F023)的表现和解决措施如图4所示.
经检查认定-X30端的温度传感器运行良好,故排除此故障发生可能性;通过检查空气入口处的风扇,发现风扇-E1连接正确、扇叶旋转方向正确(轴流风机外部向内部吸风).问题的焦点就定在进风口与出风口上,经过进一步检查扇叶旋转方向发现轴流风机吸风正常,于是问题基本锁定在出风口堵塞这一原因上.检测发现出气口风流量严重下降,远远达不到出厂时的技术指标,己经不能完成使电器柜中的电气元件运行在相对恒定温度下的作用.这个故障发生频繁,平常对这个故障发生之后的处理方法是物理降温(停主机),但物理降温的过程漫长,大大降低设备的出动率.本文中维护的电铲承担采煤任务,设备出动率降低会严重影响整个公司的日常安排,所以解决这个问题迫在眉睫.WK-27型挖掘机的清洁加压空气进入机棚过程中,采取十式除尘方法除尘,其基本除尘过程:
3)主驱动变频电动机
根据挖掘机在矿山多年来的运行情况,电动机是电气系统中影响设备完好率、出工率、维修成本最重要的因素.由于直流电动机故障率高,已严重影响了矿山生产效率,并给维修带来极大的负担.
WK系列挖掘机采用专用变频电动机,从根本上解决了电动机对挖掘机运行可靠性的影响,提高了设备的完好率及生产效率,并降低维护工作量和维修费用.WK系列变频电动机具有如下特点:
吸取了西门子和美国GE电机在矿山应用的留有充足的转矩与温升裕度,确保电机的出非传动端采用进口绝缘轴承,以避免轴电流设置轴接地滑环,为轴电流提供接地通道;采用C级绝缘材料,提高电机的温升裕度;转子笼条为铜合金材料,端部焊接采用感应焊一次成型,确保笼条的焊接质量,以适应电铲大扭
提升和推压机构的限位保护.提升卷筒装设了绝对式编码器,以检测提升高度及上下限位保护.推压减速机装设了绝对式编码器,以检测斗杆行程.采用绝对式编码器除了可以灵活设定系统的零点和前后限位外还可以实时监测铲斗的位置,为系统的大臂和梯子的限位保护.大臂还设置了防顶起限位,从而保护大臂不被频繁顶起;上下车的梯子限位与回转机构进行了连锁,防止回转时碰坏梯子.
三、电气室温度过高的解决方案
由于夏季天气炎热,该设备中的电铲产生了一个问题,即西门子电器柜AFE柜报警故障越来越频繁,故障代码为F023,若不能及时处理,将可能造成AFE柜中的IUBT及电容组发生爆炸.因为电铲主要承担上矿石任务,对设备出动率要求高,所以WK-27型挖掘机电气室温度过高的问题急需解决与优化.
1、电气室温度过高问题的分析
查询WK-27型挖掘机维护手册(电气部分)故障(F023)的表现和解决措施如图4所示.
经检查认定-X30端的温度传感器运行良好,故排除此故障发生可能性;通过检查空气入口处的风扇,发现风扇-E1连接正确、扇叶旋转方向正确(轴流风机外部向内部吸风).问题的焦点就定在进风口与出风口上,经过进一步检查扇叶旋转方向发现轴流风机吸风正常,于是问题基本锁定在出风口堵塞这一原因上.检测发现出气口风流量严重下降,远远达不到出厂时的技术指标,己经不能完成使电器柜中的电气元件运行在相对恒定温度下的作用.这个故障发生频繁,平常对这个故障发生之后的处理方法是物理降温(停主机),但物理降温的过程漫长,大大降低设备的出动率.本文中维护的电铲承担采煤任务,设备出动率降低会严重影响整个公司的日常安排,所以解决这个问题迫在眉睫.WK-27型挖掘机的清洁加压空气进入机棚过程中,采取十式除尘方法除尘,其基本除尘过程:
(1)捕集分离过程:
①捕集推移阶段,实质是粉尘的浓缩阶段,均匀混合或悬浮在运载介质中的粉尘,进入除尘器的除尘空问.由于受外力的作用,将粉尘推移到分离界面,随粉尘向分离界面推移,浓度越来越大,为固一气分离进一步作好准备.
②分离阶段,当高浓度的尘流流向分离界面以后,运载介质运载粉尘的能力逐渐达到极限状态,在粉尘悬浮和沉降趋势上,以沉降为主,并通过粉尘沉降,使之从运载介质中分离出来;
(2)排尘过程:经过分离界面以后,己分离的粉尘通过排尘口排出的过程.
(3)排气过程:己除尘后相对净化的气流从排气口排出的过程.WK-27型挖掘机的进出气方向和粉尘排除方向如图5所示.
图5中,上面箭头为空气流动方向;下面箭头为粉尘流动方向;鼓风机和过滤器不断将粉尘排到机棚外部,将清洁的加压空气送到机棚内.处理挖掘机电气室温度过高故障时的解决方法为更换十式除尘器内的滤清器.在更换滤清器作业中,发现由于露天矿的地况复杂,植物种类繁多,造成吸入的空气里面不仅有含粉尘杂质的空气,还有一些风十脱水的植物,当植物在滤清器内堆积过多时会造成堵塞,导致空气流量严重下降.滤清器的清理工作费时费力,更换滤清器总成件需要2个工作日完成,而且需要更换的总成件价格昂贵,造成浪费,承待一种省时、易行、经济的解决方案.
2、电气室温度过高问题的解决方案
经试验发现,由于脱水植物质量轻,轴流风机反转时产生的负压能够将脱水植物吸出滤清器,这样就能解决滤清器堵塞问题.在轴流风机主回路中(如图6所示)可以看到:从动力线分出的三相电首先进入交流断路器(Q032),后经过交流接触器(KM4A2)进入过热继电器(F033),最后进入电动机.在这个电路中所用到的电气元件都是对电动机的过热保护,这样的控制电路己经不能满足需要.
图6轴流风机主回路
本文提出一种新的控制方法:在主回路中增加控制回路完成电动机正反转功能,如图7所示,左侧为主控制电路:三相电从动力线分出后可以分别从KML:KM,Z两个接触器通过,当三相电进入KM:接触器通过过热继电器FR进入轴流风机时,风机为反转;当三相电进入KM,z接触器通过热继电器进入轴流风机时,风机为正转.电动机的正反转控制是由图6右侧的控制电路所控制的.该控制电路中主要电气元件是延时继电器KT:当合上开关SB1时,控制电路通电延时,延时继电器KT通电,KM:接触器的线圈得电,KM:接触器主触头吸合,轴流风机反转;在达到预定时问后,延时继电器KT动作,使KM:接触器的线圈失电、KM,z接触器线圈得电,KM,z接触器主触头吸合,轴流风机正转.控制电路具体动作方式如图8所示.
图7使用延时继电器的正反转控制电路
图8控制回路动作方式
控制电路中的时问继电器的动作时问设定为10min,轴流风机在启动之后的10min内都进行反向运动,在反向转动这个过程中,轴流风机产生的负压能有效清理滤清器内的杂物,10min后时问继电器动作,电机正转,轴流风机正常运行.
结语:
改进后运行结果表明,在轴流风机主回路中增加控制回路及延时继电器的解决方案能提高滤清器使用寿命,防止滤清器堵塞造成电气室出风口风量小或无风量的情况,有效降低电器柜设备的温度,从而解决了电气室温度过高的问题,提高了设备出动率,降低了维修成本.
关键词:太原重工矿用挖掘机、WK-27、挖掘机电气控制室、挖掘机电气室温度过高
图5中,上面箭头为空气流动方向;下面箭头为粉尘流动方向;鼓风机和过滤器不断将粉尘排到机棚外部,将清洁的加压空气送到机棚内.处理挖掘机电气室温度过高故障时的解决方法为更换十式除尘器内的滤清器.在更换滤清器作业中,发现由于露天矿的地况复杂,植物种类繁多,造成吸入的空气里面不仅有含粉尘杂质的空气,还有一些风十脱水的植物,当植物在滤清器内堆积过多时会造成堵塞,导致空气流量严重下降.滤清器的清理工作费时费力,更换滤清器总成件需要2个工作日完成,而且需要更换的总成件价格昂贵,造成浪费,承待一种省时、易行、经济的解决方案.
2、电气室温度过高问题的解决方案
经试验发现,由于脱水植物质量轻,轴流风机反转时产生的负压能够将脱水植物吸出滤清器,这样就能解决滤清器堵塞问题.在轴流风机主回路中(如图6所示)可以看到:从动力线分出的三相电首先进入交流断路器(Q032),后经过交流接触器(KM4A2)进入过热继电器(F033),最后进入电动机.在这个电路中所用到的电气元件都是对电动机的过热保护,这样的控制电路己经不能满足需要.
图6轴流风机主回路
本文提出一种新的控制方法:在主回路中增加控制回路完成电动机正反转功能,如图7所示,左侧为主控制电路:三相电从动力线分出后可以分别从KML:KM,Z两个接触器通过,当三相电进入KM:接触器通过过热继电器FR进入轴流风机时,风机为反转;当三相电进入KM,z接触器通过热继电器进入轴流风机时,风机为正转.电动机的正反转控制是由图6右侧的控制电路所控制的.该控制电路中主要电气元件是延时继电器KT:当合上开关SB1时,控制电路通电延时,延时继电器KT通电,KM:接触器的线圈得电,KM:接触器主触头吸合,轴流风机反转;在达到预定时问后,延时继电器KT动作,使KM:接触器的线圈失电、KM,z接触器线圈得电,KM,z接触器主触头吸合,轴流风机正转.控制电路具体动作方式如图8所示.
图7使用延时继电器的正反转控制电路
图8控制回路动作方式
控制电路中的时问继电器的动作时问设定为10min,轴流风机在启动之后的10min内都进行反向运动,在反向转动这个过程中,轴流风机产生的负压能有效清理滤清器内的杂物,10min后时问继电器动作,电机正转,轴流风机正常运行.
结语:
改进后运行结果表明,在轴流风机主回路中增加控制回路及延时继电器的解决方案能提高滤清器使用寿命,防止滤清器堵塞造成电气室出风口风量小或无风量的情况,有效降低电器柜设备的温度,从而解决了电气室温度过高的问题,提高了设备出动率,降低了维修成本.
关键词:太原重工矿用挖掘机、WK-27、挖掘机电气控制室、挖掘机电气室温度过高
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