王勇澎

1智能采矿装备技术全国重点实验室 山西太原 030000

2太原重工股份有限公司技术中心 山西太原 030000

电铲作业环境恶劣，传动系统承受重载、强冲击、频繁正反转等状况，仅仅依赖人工日常点检，很难在早期阶段预测故障发生，影响电铲的可靠性和开机率[1]。结合电铲传动系统结构特点和工作原理，通过加装适当的传感器，对传动系统关键部位的温度和振动、制动器运行状态以及润滑油流量进行在线监测，通过人机交互界面显示故障并报警，及时发现设备劣化与隐患，降低事故率，延长设备使用寿命，降低运营成本。

1 传动系统的组成

电铲传动系统主要由推压机构、提升机构、回转机构和行走机构 4 部分组成，如图1 所示。推压机构和提升机构共同作用，带动铲斗完成挖掘作业；回转机构驱动电铲上部，完成铲斗的装载作业；行走机构驱动履带行走装置，实现电铲的前进和后退。

图1 电铲传动系统组成

2 状态在线监测研究

针对电铲使用过程中易发生故障的部位，对电铲传动系统状态进行在线监测研究，主要包括轴承温度、减速箱振动、制动器运行状态和润滑油流量，司机室内显示屏上实时显示监测状况、数据和故障报警。

2.1 轴承温度监测

轴承是电铲传动系统的重要零件，温度随着设备运转逐步升高，一定时间后达到热平衡的稳定状态，温升因转速、负载和润滑方式等而不同。如果润滑不良、装配不当等，会导致轴承温度急剧上升，出现异常高温，必须及时停止设备运转，防止给设备带来严重损坏。因此，有必要安装温度传感器，实时监测轴承作业时的温度。

温度传感器分为接触式和非接触式，PT100 接触式铂热电阻温度传感器具有安装方便、精确灵敏、稳定可靠等优点，可直接与轴承外圈表面接触实现温度精确测量。在电铲提升、推压、回转等机构轴承安装位置选取 20 处加装 PT100 接触式铂热电阻温度传感器，现场安装如图2 所示。通过数据采集模块将传感器采集到的信号传输到 PLC，司机室显示屏在线显示，当温度超过设定的阈值时自动报警。

图2 温度传感器现场安装示意

2.2 减速箱振动监测

电铲传动系统的减速箱安装不牢靠、联轴器不同轴、轴承损坏、轴变形、断齿、齿面点蚀或磨损严重等问题都会导致减速箱发生异常振动[2]，可以用加速度传感器测量减速箱振动。在各机构减速箱上多个位置安装三轴加速度传感器，可同时测量x、y、z3 个方向振动情况，如图3 所示。对振动信号进行数据采集、传输和存储，同时建立减速箱正常运行和各类故障导致的减速箱异常振动的数据库，当减速箱发生异常振动时，经过数据处理和对比分析，实现故障预警和诊断，将传动系统维护过程从被动变为早期预测，消除意外故障，减少故障停机时间，提高传动系统的可靠性。

图3 减速箱振动监测流程

电铲推压、提升和回转机构减速箱均已配备振动在线监测功能。

2.3 制动器运行状态监测

电铲传动系统配有气动盘式制动器，当传动机构运转时，制动器通过气室驱动处于打开状态；停止运转时，制动器依靠弹簧抱闸处于制动状态。在制动器上安装松刹指示开关，如图4 所示，实时获取制动器制动或打开状态；安装磨损开关，及时掌握摩擦片和摩擦盘的磨耗量，指导维修人员及时调整或更换摩擦片，确保作业安全。通过松刹和磨损指示开关获取的制动器运行状态信息、制动器运行状态显示和报警，如图5 所示。

图4 制动器指示开关安装示意

图5 制动器运行状态显示和报警

2.4 润滑油流量监测

电铲推压、提升和回转机构均采用自动润滑系统，定时、定量地对减速箱内轴承、铜套和齿轮进行润滑，润滑效果直接关系到传动系统的使用寿命。为提高自动润滑系统的可靠性，在润滑系统管路上加装流量计，如图6 所示，实时显示润滑油流量，并传输到司机室的显示屏上，实时显示减速箱润滑状态，并自动报警，防止因润滑管路、过滤器堵塞等引起润滑不到位，而导致减速箱内零部件损坏。

图6 流量计安装示意

3 结语

笔者结合电铲传动系统结构特点和现场使用情况，进行了传动系统状态在线监测研究，实现了传动系统轴承温度、减速箱振动、制动器运行状态和润滑油流量监测。状态在线监测系统已在系列电铲上推广应用，使用效果良好，大幅提高了传动系统运行可靠性，节约了维护运营成本，提高了电铲作业效率，同时为开发远程或无人操作智能电铲奠定了基础。