第３４卷第４期 ２０１４年４月
隧道建设
Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２０１４
凿岩台车电气系统技术改造 沈桂丽 ，吴朝来 ，梁永飞 （１．中铁隧道集团有限公司专用设备中心，河南洛阳４７１００９；２．中铁隧道股份有限公司，河南郑州４５０００３） 摘要：目前凿岩台车被广泛地应用于隧道施工中，如何使凿岩台车更好地适用于隧道施工是机械管理人员研究的重点。为提高凿 岩台车的设备利用率，降低施工成本，对凿岩台车进行了改造与系统集成技术的研究。着重介绍了凿岩台车改造过程中电气方面 的技术改造，对凿岩台车泵站起动系统和显示系统进行了改造，改造后的凿岩台车通过了工业性试验，并成功地应用于青岛烟台 ＬＰＧ项目。实践证明：改造后的凿岩台车性能得到了大幅度提升，故障率低，故障显示的可读性高，满足施工使用要求，取得了较好 的经济效益和社会效益。 关键词：隧道；凿岩台车；起动方式；ＰＬＣ可编程技术；电气系统改造 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１４．０４．０１７ 中图分类号：Ｕ ４５５．３ ２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１４）０４—０３９２—０４
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｊｕｍｂｏ ＳＨＥＮ Ｇｕｉｌｉ 。ＷＵ Ｃｈａｏｌａｉ ，ＬＩＡＮＧ Ｙｏｎｇｆｅｉ （１．Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ—ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７ １００９， Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｔｏｃｋ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏｓ ａｎｄ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏｓ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｗｉｔｈ ｅｍｐｈａｓｉｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｍｐ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏ．Ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏ ｒｅｆｏｒｍｅｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｙａｎｔａｉ ＬＰＧ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｖｅｒｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｑｉｎｇｄａｏ．Ｉｔ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｒｅａｄａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｊｕｍｂｏ；ｓｔａｒｔｉｎｇ ｍｏｄｅ；ＰＬＣ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｆｏｒｍ
０ 引言 伴随着钻爆法施工优点的Ｅｔ渐凸显，液压凿岩台 车以其具有高效、低故障率等优点成为隧道施工的主 要机械设备。为将废旧的台门架凿岩台车重新利用起 来，不至于浪费国有资源，通过再制造将其改造成利用 率较高的液压凿岩台车。目前国外已经开始了全自动 化凿岩机的研制工作，国内虽有多家企业生产研制凿 岩台车，但其技术落后于部分国家。文献［１］重点介 绍了阿特拉斯二臂凿岩台车由于原进口电气系统价格 昂贵，配件采购周期长，且与改造的液压系统部分不匹 配，对其进行了国产化改造；文献［２］对ＤＤ３１０型凿岩 台车的凿岩定位系统进行了改造，通过对液压系统进 行重新优化设计，提高了凿岩效率，使电机功率得到 了有效利用，同时也降低了电力消耗。以上研究仅对 台车进行了国产化改造和液压系统的优化，便于配件 采购，降低配件成本，提高效率，而如何使凿岩动力消 耗少，能量利用率高，凿岩效率高，使设备更好地与工 程结合起来是目前存在的主要问题。 本文主要讨论了凿岩台车电气方面的技术改造和 性能提升，通过对凿岩台车泵站电机起动方式 Ｊ、 ＰＬＣ可编程技术和液晶触摸屏显示技术的研究，提高 了台车在恶劣环境下的适应能力，优化了起动的控制
收稿日期：２０１３—１０—１７；修回日期：２０１４—０３—２６ 作者简介：沈桂丽（１９８４一），女，江苏徐州人，２００８年毕业于重庆交通大学，电气与自动化专业，本科，助理工程师，现从事设备维修与管理工作。 第４期 沈桂丽，等： 凿岩台车电气系统技术改造 ３９３ 方式，提高了故障显示的可读性，增强了可操作性。 １ 凿岩台车泵站起动系统改造 １．１ 原凿岩台车泵站电动机起动方式 原凿岩台车上３个泵站的鼠笼型异步电动机功率 Ｐ ＝４５ ｋＷ，输入电压Ｕ ＝３８０ Ｖ，功率因数ＣＯＳ咖＝ ０．８３，额定电流， ＝８３．９ Ａ，转速ｒ＝１ ４７５ ｒ／ｍｉｎ，采用 直接起动方式。直接起动又称为全压起动，起动电流 是正常工作电流的４～７倍，易使电动机发热并对电网 造成冲击，影响其他负载的正常工作。另外，随着隧道 不断地深入开挖，洞内输电线路压降逐渐增大，直接起 动容易出现起动困难、频繁跳闸等故障 ，故需对其 进行改造。 １．２起动方式改造的方案设计 本次改造采用星一三角降压起动 卜引代替了直接 起动，该种起动方式电流小，起动转矩小，不需要添置 起动设备，有起动开关或交流接触器及控制设备就容 易实现，接线简单，不易出故障。 １．２．１ 泵站起动星一三角降压电气元器件参数选择 １．２．１．１选择交流接触器的参数 额定电压 ≥ＵＮ。 额定电流 ，ｃ＝ＰＮ×１０ ／ＫＵＮ。 式中：三相异步电动机的额定功率Ｐ ＝４５ ｋＷ；额定 电压Ｕ ＝３８０ Ｖ；经验系数Ｋ＝１～１．４。 计算得出：流过△接触器主触点的电流， ＝ ８４．５９～１１８．４２ Ａ，电流为９５ Ａ，Ｙ接触器电流选主触 点为６０ Ａ。 本设计选用了ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ作为星一三角降压 起动ＰＬＣ的控制模块，电气元件参数如表１所示。
表１ 星一三角降压起动的控制模块电气元件参数表 Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｙ一△ｄｅ—ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ
Ｉ．２．１．２星一三角降压起动控制程序 星一三角起动控制的接线图和梯形图如图１和图 ２所示。由图１可知，电动机由接触器ＫＭ１，ＫＭ２和 ＫＭ３控制。其中，ＫＭ３将电动机绕组联成星形，ＫＭ２ 将电动机绕组联成三角形，热继电器ＦＲ保护，停止按 钮ＳＢ１，起动按钮ＳＢ２。按下起动按钮ＳＢ２，ＫＭ３将电 动机绕组联接成星形并自锁，ＫＭ１在ＫＭ３线圈吸合 后通电自锁，电动机进行星形起动，５ Ｓ后定时器使 ＫＭ３线圈断电，使ＫＭ２得电，电机进入三角形起动。 Ｉ／０点的分配表如表２所示。
ＡＣ ２ ２ ０ Ｖ 辜 ｒ ｔ．
簟 ・・｜ ，－ ｒ■ｒ－ ｌＬ Ｑ ０．０ Ｑ ０．１ Ｑ ０．２ ４－－ Ｎ Ｌ
ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ ＤＣ ２４ Ｖ １Ｍ １ ０．０ １ ０．１ １ ０．２ Ｍ Ｌ＋ ■ ０ 一 鼙 ・・－ 一 ■
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ＦＲ ＳＢ１ ＳＢ２ 图１ 星一三角起动控制的Ｉ／０接线图 Ｆｉｇ．１ Ｉ／Ｏ ｌｉｎｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｙ・△ｓｔａｒｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｈ下ｑ０． 一一） ｌ Ｑ０．２ Ｑ０．０ 卜］ ） ｒ 殖
表２ Ｉ／Ｏ点的分配表 Ｔａｂｌｅ ２ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉ／０ ｐｏｉｎｔｓ
２凿岩台车显示系统的改造 ２．１原凿岩台车显示系统 凿岩台车工作、故障指示灯及仪表均集中在侧面 配电柜表面，若电气系统出现故障，须查看配电柜仪表 或指示灯工作状态，才能初步判断故障所在 。该 凿岩台车配电柜上仅有６个指示灯，分别为工作电源 指示灯、相序错误指示灯、鼠笼型异步电动机过载指示 灯、液压油箱油位过低指示灯、液压油箱油温过高指示 灯和回油滤芯堵塞指示灯。其中，电动机过载指示灯 为３台泵站电动机、ｉ台空压机和１台增压水电动机 所共用，由于这５个过载输出线路为并联，所以当其故 障变红发亮时，将无法判断是哪一台电动机出现了过 载故障。另外，凿岩台车配电柜上的６个指示灯位于