P&H2800XP 电铲提升失控故障原因分析及诊断方法

孟彦平

（中煤平朔集团有限公司 露天设备维修中心，山西 朔州 036000）

中煤平朔集团公司有10 台P＆H2800XP 电铲在运行，作为平朔公司1986 年建矿时就投入运行的电铲，已经运行30 多年了，在平朔的发展过程中发挥了举足轻重的作用。P＆H2800XP 电铲整个挖掘过程中涉及4 大系统：提升系统、推压系统、回转系统和行走系统。为了提高电铲出动率，缩短电铲故障时间，结合提升控制原理详细分析了电铲提升失控故障的原因及诊断方法，并且列举了部分曾经出现过的提升失控故障案例。

1 P＆H2800XP 电铲提升电气系统

P＆H2800XP 电铲采用2 000 kVA、6 000 VAC/600 VAC、角/星星接线式干式主变压器，将6 000 VAC 高压电源降至600 VAC，通过柜顶母线将三相600 VAC 分配给RPC（无功功率补偿）柜以及电枢整流柜[1]。提升电气系统2 个提升电枢整流器就是通过柜顶架空母线，从主变压器次级绕组接收三相600 V 交流电压，通过控制卡件产生作用于2 个提升整流器的触发信号，从而把交流电转换成可变的直流电。2 个电枢整流器和2 个直流电机通过2 个整流器来串联在一起。电枢电流在每个电枢周围都产生磁场，与横穿励磁绕组的磁场作用，使电枢转动。

用于提升运动的电气系统包括以下几个主要电气部件：2 个电枢整流器；1 个励磁整流器；2 个换向电路；2 台直流电机。2 台直流电机的电枢轴和提升变速箱一级减速小齿轮轴的末端连接在一起，这2 个减速小齿轮轴共同驱动提升变速箱，通过提升滚筒和提升绳就可以产生提升/下降动作了[2]。P＆H2800XP电铲采用晶闸管SCR 自动调速系统，提升电枢整流器是1 组背靠背配置在一起的2 个6 脉冲整流器，这种整流器可以控制电压和电流来使电机正反转或在发电机－电动机运行状态下。该系统提升部分设计2 个直流电机和2 个电枢整流器串联，用1 个12 脉冲的顺序控制逻辑电路控制，可以向电动矿用挖掘机挖掘（升降）运动提供所需的能量，通过滚筒和缆绳来实现铲斗的垂直运动。因此提升电枢系统使用2 套6 脉冲的整流器，完成提升/下降动作的励磁整流器是6 脉冲单整流器，这种整流器控制到达提升电机励磁绕组的直流电流。

整流器中的晶闸管SCR 是控制系统的关键。整流器的可变直流输出取决于导通信号，而导通信号是由操作员和控制卡件来控制的，卡件通过对成比例的电流和电压反馈进行采样，为晶闸管生成适当的导通信号。电铲提升运动的控制特性是具有力矩限制的速度调节，即操作员控制的是电机的转速。在预置的电流限制范围内，提升电机可以产生所需的扭矩来达到并保持操作员所要求的速度。当操作员通过驾驶室中的控制器要求全速移动时，控制系统就产生所需的扭矩来保持要求的速度；当操作员使控制器返回到中性点时，控制系统就产生所需的扭矩来使勺斗停下来。

2 提升失控故障的现象

出现提升失控故障的常见现象：①电铲瞬时停机；②启动电铲，一松提升抱闸就掉勺斗，砸坏卡车或其他设备、颠伤司机、损坏提升抱闸、重勺斗快速下降带动滚筒快速转动直至滚筒反转，提升乱大绳拉倒低压集电环等严重后果；③提升没劲；④手柄中位勺头缓慢上升；⑤空勺头下降慢；⑥下降快；⑦勺斗上下晃动；⑧勺斗下降到地面准备提升挖货时突然停机；⑨启动电铲，松开抱闸，一动提升手柄就停机；⑩提起勺斗，一转换到行走就失控停机或者掉勺斗，导致大绳乱；1○提升或下降手柄给的大一点就失控停机；12○提升堵转失控；13○提升只要带回转动作就失控停机等现象。

3 造成提升失控故障的原因

造成提升失控故障的原因较多，应该先区分是机械方面还是电气方面的原因引起的失控故障。重勺斗关闭提升抱闸，2 s 前勺斗下降是电气故障，关闭提升抱闸2 s 后勺斗才下降是机械故障[3]。

3.1 机械方面

P＆H2800XP 电铲制动属停机制动而非减速制动，制动一旦滞后，勺斗势必下移，特别是在重勺斗状况下，造成摩擦片急剧磨损并使制动器冒烟，勺斗失控自落，严重的会损坏机械机件及砸坏卡车。如：制动气压调整值太高；前、后提升抱闸摩擦片磨损过限；提升抱闸动片与静片之间间隙太大；1 个抱闸正常而另1 个抱闸不正常；抱闸弹簧机械疲劳；空压机排污不好压缩气体脏，阻塞抱闸电磁阀造成气路不畅通或关闭不严；快速释放阀及膜片失效，快速释放功能减慢；串联在抱闸气路系统中的单向阀失效等[4]。

1）电铲转换行走，勺头掉下，强大的惯性使得大绳滚筒反转，大绳乱，打坏集电环。检查故障过程中发现提升抱闸投入有1～4 s 的长延时，更换提升抱闸电磁阀后试铲正常。空压机压缩的空气中有水、泥、油等杂质将提升抱闸电磁阀内部卡住，关提升抱闸后电磁阀由于脏堵阀芯回位较正常时慢了许多，抱闸投入慢并且超过了2 s，铲斗在重力的作用下往下掉，抱闸抱不住。关闭提升抱闸后又转换到行走，提升机械抱闸未投入，电气制动已结束，铲斗掉下，这是典型的机械原因造成的提升失控故障[5]。

2）电铲在提升下降快的时候减速箱有异音，机电不太好区分，检查很长时间发现后减速箱一轴的轴承盖子有点热，打开减速箱才发现是一轴轴承向提升抱闸方向蹿了20 mm，更换轴承后故障消除。

3.2 电气方面

电铲外部供电电源突然断电、因电气系统故障而发生瞬时停机，有时会导致来不及施加机械制动而造成失控。另外提升监控卡接收提升手柄信号、基准控制电压信号、电枢电流反馈信号、电枢电压反馈信号共4 个信号[6]，其中有1 个信号缺失或4 个信号的大小不匹配，提升监控卡YXO108 的TP1 输出0 V（＋24 V 正常），提升控制丢失先导继电器HCLP 得电，其常开点闭合，信号输入PLC[7]，系统监测到提升失控瞬时停机，报提升控制故障。提升磁场丢失或磁场电流不稳定也会造成提升失控故障。有时系统部分元器件损坏，也会造成提升失控，而且系统不报故障也不停机，这种情况比较麻烦且故障点不易查找，可能造成严重后果，必须引起重视。

1）电枢电流反馈方面。三相600 VAC 通过3 个4 000/5 A 电流互感器转换出来的小电流，经过三相整流桥整流出0～10 VDC 电压进入电流表和卡件，通过可变电阻可以调节电枢电流反馈值。

2）电枢电压反馈方面。从（H2）提升2 号电机两侧取电压经过电阻进入电压隔离放大器，输出－20～＋20 VDC 电压，又经过电阻进入电压表和卡件，通过可变电阻可以调节电枢电压反馈值。

3）磁场电流反馈方面。提升磁场整流器整流出的提升磁场电流经过磁饱和电抗器，感应出比较稳定的磁场电流，然后经过两相整流桥输出直流电流，通过提升最小磁场继电器（MFRH）来监测磁场电流的大小，直流电流经过电阻到达提升磁场电流表和卡件，通过可变电阻可以调节磁场电流反馈值。

4）控制系统。控制系统采用典型的转速、电流双闭环调速电路。操作员手柄信号通过提升匹配卡、电压调节卡、阻塞电路卡、电流调节卡、脉冲发生卡、脉冲放大卡及阻塞放大卡输出提升整流器正、反向桥导通信号及提升、下降晶闸管脉冲信号，脉冲信号通过脉冲变压器输出控制脉冲信号，进而控制晶闸管的导通，整流器将三相交流电整流为可控的直流电，驱动提升电机运转。整流过程中有1 个或多个晶闸管本该导通而未导通，或者不该导通反而误触发导通都会造成电铲瞬时停机[8]。控制系统本身电路复杂，涉及元器件比较多，因控制系统工作不正常造成的故障占有一定的比例。

5）保护系统。主回路交流侧有主变瞬时过载保护、电容压力保护，直流侧有提升差压保护、欠压保护、缺相保护、提升磁场丢失保护、提升控制丢失保护、提升过流保护、±15 V 电源保护，这些保护动作都会造成瞬时停机。

4 提升失控故障诊断方法

P＆H2800XP 电铲提升失控故障查找时，应先询问司机电铲在哪种操作状态下出现故障和出现的故障现象，或者让司机操作电铲观察失控现象，利用仪表做初步判断，以缩小故障范围利于进一步查找排查，避免故障扩大损坏更多元器件。

1）检查提升手柄输出电压值：全速提升＋15 VDC，全速下降－15 VDC。一般先将提升监控卡拔出，将试验选择开关打到控制测试位置，释放提升抱闸，手柄中位、全速提升／下降用万用表测提升接口卡TP7 脚电压，若不正常就需要查找原因。电铲下降慢，开关打到控制位测手柄全速下降信号－13 VDC，检查手柄下面端子排线接触电阻大，短接端子排后正常。

2）检查提升磁场电流值：提升强磁130 A，弱磁55 A。重勺头下降慢属于正常现象，为了提高生产效率则要求空勺头快速下降，快速下降需要弱磁场电流55 A。将试验选择开关达到磁场测试位置，断开磁场断路器，启动电铲，测试提升磁场基准卡数据，TP16：强磁－10 VDC、弱磁－4.2 VDC，跳接TP7 为0时是弱磁130 A、跳接TP10 为0 时是弱磁55 A，如果磁场无变化换提升磁场基准卡。电铲空勺头下降慢，开关打到磁场位试验下降时无弱磁场电流，更换提升磁场基准卡后正常。

3）检查提升电枢电流值：提升2 100 A，下降550 A。开关打到堵转位测试提升无电流，开关打到控制位测试卡件数据发现HCCR 接点黏死打不开，提升门极阻塞继电器HGB1 和HGB2 常有电，其常开点闭合，提升2＃桥阻断无电流，电流反馈丢失造成提升控制故障，更换HCCR 后正常。电铲在H/C 位时提升磁场电流正常，提升电枢无电流，电压100 V，检查出后提升电机换向极连板烧断，处理好后正常。

4）检查电枢堵转电流出现提升控制故障要检查提升1＃下降可控硅有无短路。电铲提升堵转试验显示提升控制故障，查出降桥可控硅软穿，更换可控硅后正常。

5）电压反馈电路所涉及的接线端子、500 Ω 电位器（E31B7K）、400 Ω 电阻（E31B7C）、分流器模块（DCMH）、21342 线、电压隔离放大器（VIAH）115 VAC 工作电源、60 VDC 输入电压、20 VDC 输出电压。电铲松提升抱闸勺斗下沉快，测提升电压隔离放大器（VIAH）在低电压时无输出，在较高电压时才有输出，与回转电压隔离放大器（VIAS）互换，各自工作全正常了。

6）电流反馈电路所涉及的接线端子、整流桥（E31B7H）、分流器模块（DCMH）、4 Ω电位器（E31B6A 和E31B7L）、3.32 Ω 电阻（E31B7D）、21342线、7411 线、提推行转换继电器（HCPR）、行走特性继电器（PCR1）、提推特性继电器（HCCR）。电铲提升下降正常，转换到行走，正常前进后退不报故障，一扭铲就报提升控制故障，检查发现HCCR 常开接点不太好，换接点后试铲正常；提升没劲、下降慢，7411线断。

7）动态位调整提升下降电枢电压－550～＋550 VDC，超出太多易失控。给139B 脉冲发生器卡、126脉冲放大卡供电的＋15 VDC 稳定可靠。按照卡件数据表测试调整提升各卡件各数据，检查YXO108 提升监控卡好坏，可尝试更换卡件。电铲提升失控，查提升桥导通正常，同时下降桥TP11 有0.3 V 也导通，换阻断放大卡；电铲在天热时经常发生提升失控，查多日未果，后来发现其卡件本身稳压二极管坏。电铲松提升抱闸，铲斗振荡更换阻断卡，提升抖更换电压调节卡。

8）检查HCLP 提升控制丢失继电器好坏、检查控制柜PLC 模块I：6/6 好坏。松开提升抱闸，铲斗应该缓慢的下降，如果铲斗以极慢的速度上升或发生振荡则是又一种提升失控，可检查提升电压调节卡电位计调整值是否正确或更换电压调节卡。电铲在提升堵转时失控，提升堵转最大电流1 500 A、下降到底返回提升时有时也报提升控制故障，调整电压调节卡电流限制1、2 为最大（基准由7.5 V 调到10 V）。电铲提升手柄在中位，松开提升抱闸铲斗缓慢地上升，更换电压卡正常。

5 结语

通过对P＆H2800XP 电铲提升电气系统的概述，列举了多年来提升失控故障出现的现象，从机械和电气2 个方面，结合案例对提升失控故障进行分析，总结出了提升失控故障的诊断方法。提升失控故障相较于其他故障更难查找，故障原因复杂多变，故障点多。掌握P＆H2800XP 电铲提升失控故障的原因及诊断方法，可以提高现场维修作业人员的技术水平，加快处理故障的速度，缩短电铲故障时间，有效提高电铲出动率，为企业创造更多的经济效益。