HMD-7500多功能全液压锚固钻机和变频电控系统的设计

曹金龙，罗诗伟

(陕西核昌机电装备有限公司，陕西 咸阳 712000)



HMD-7500多功能全液压锚固钻机和变频电控系统的设计

曹金龙，罗诗伟

(陕西核昌机电装备有限公司，陕西 咸阳 712000)

本文介绍了HMD-7500多功能全液压锚固钻机的用途和参数，以及变频电控系统的设计，解决了在同一施工现场由于钻机多，变压器容量不够大时，启动瞬间对电网的冲击及对其他钻机的影响。

全液压；锚固钻机；变频；结构设计

1 HMD-7500多功能全液压锚固钻机简介

HMD-7500多功能全液压锚固钻机(见图1)为整体式钻机，可在三维内调节，实现360°施工，并且配有钢履带行走底盘，整机移动迅速，便于在不同的环境下施工。夹持器采用双夹持，可自动拆卸钻杆和套管。在砂卵石地层或不稳定的破碎地层施工时，使用高压循环水，采取动力头顶部冲击双管回转钻进施工，工作效率高于常规回转钻进施工。采用全液压控制，机身结构坚固，操作灵活方便，充分保证设备的实用性能。主动力源为电动机，并且备有一个18 kW 的柴油机作为无电源时行走使用。电机总功率为90 kW，其中用于动力头回转的有65 kW，冲击力和提升力都非常强大，工作效率高，可一机多用。该钻机主要应用于边坡锚固类工程施工，也可以广泛用于建筑深基坑、地铁、隧道、铁路、公路、地质灾害治理等锚固施工和小型桩的施工。

图1 HMD-7500多功能全液压锚固钻机

2 主要技术参数

钻机主要技术参数见表1。

表1 HMD-7500钻机技术参数表

3 变频电控系统设计

3.1 存在问题和困难

通常施工场地变压器是按附近的生活用电设计容量，由于施工是临时性，同时工作的钻机有五、六台，使用功率增大，如果不能根据施工需求更换变大容量压器，启动钻机的瞬间对电网的冲击会导致一些问题及危害，见表2。

表2 对电网的冲击造成的问题及危害

3.2 分析问题

3.2.1 Y-Δ启动

Y-Δ启动是一种常用的降压启动方式，对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，定值电流为线电流，见公式(1)。

(1)

式中：I— 线电流，A；

P— 电机功率，90 000 W；

U— 线电压，380 V；

cosφ— 功率因数，0.795。

代入相关数据可得：线电流I=180.16 A，而流过电机各相绕组的相电流则为104.01 A。

在星形连接运行时，线电流=相电流，加在电机各相绕组的相电压=线电压U=220 V，因此线电流I=104.01 A，实际启动电流应按104.01 A乘以启动倍数，而不是按180.16 A来计算启动电流。如果在启动时将定子绕组接成星形待启动完毕后再接成三角形就可以降低启动电流减轻对电网的冲击。

3.2.2 变频软启动

运用串接于电源与被控电机之间的变频软启动器，斜坡恒流软启动控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，在软启动过程中，电机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加，直至启动结束。

3.2.3 软启动和Y-Δ启动比较

两种启动方式的对比见表3。

表3 软启动和Y-Δ启动对比表

3.3 设计控制原理

通过两种启动方式计算和比较，经过综合考虑最终采用变频一拖二的方式软启动，选择德力西软启动器智能型HXR5系列380 V，45 kW电机软启动器(见图2)，配电柜(见图3)，原理图(见图4)。

按下启动按钮，接触器KM1主触头闭合，电机M1开始运转，经过平滑启动40 s后，电机M1正常运转，接触器KM1断开，同时KM2闭合，外部时间继电器开始计时，经过延时同样的启动方式，电机M2启动。

使用变频软启动控制有以下优点：

(1)变频软启动控制柜有先进的软启动器；

图2 电机软启动器

图3 配电柜

图4 控制原理图

(2)平稳加速启动，自动旁路输出，平稳减速停止；

(3)具备多种故障显示及储存记录，完善的欠压、过压、过流、过载、短路、缺相、水源缺水、自动保护停机等保护功能，使用安全、维护简便；

(4)可根据不同的负载设定启动时间和停止时间；

(5)启动电压可根据不同的负载在30%～70%Ue(Ue为额定电压)范围内连续可调，限制启动时间内的电压降，并降低电流峰值；

(6)限制启动转矩，保护机械传动系统；

(7)具有双重二级保护功能，在一级保护失效或软启动器出现断相等故障时，由二级保护直接切断系统电源，避免事故进一步扩大；

(8)具备现场总线接口，可实现远程操作与控制；

(9)软启动控制柜功能更完善，控制更灵活，可实现软启动、限流启动、软停机、自动旁路运行、一拖二功能。

4 结束语

通过在北京某建筑工地施工现场跟踪取样，未安装软启动瞬间电流为771～1 799 A，安装后实际测出启动瞬间电流为708～1 652 A，体现出变频控制系统对电网的冲击及对其他钻机影响均较小，证实了HMD-7500多功能全液压锚固钻机和变频电控系统的可应用性，取得了显著的成果。

2016-10-12

曹金龙(1985-)，男，机电一体化专业，工程师，从事电气研发与设计工作，陕西核昌机电装备有限公司，陕西省咸阳市玉泉西路西延段秦都科技产业园，Tel：18991018540，E-mail：CJL041027@163.com。

P634.31

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1009-282X(2016)06-0014-03