电动挖掘机发展展望

电动挖掘机发展展望

高金龙

江苏船山矿业股份有限公司 江苏 镇江 212113

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电动挖掘机的发展也有了很大的进步。最近10年以来，在各国政府的支持下，各汽车生产企业持续加大纯电动汽车的研发及生产，电动汽车行业呈现出了一派蓬勃发展的景象，中国市场尤为突出。

关键词：电动挖掘机；发展；展望

引言

为避免大功率电动机的启动冲击电流，实现电动机平滑启动和转速调节功能，基于工业变频器技术，选用起重机专用的开环矢量变频器，控制YVF2系列变频调速三相异步电动机，为某型电动挖掘机提供动力。通过安装在电动机工作线路中的电流变送器检测电动机的实际工作电流；选用可编程控制器按照预先设置的控制范围要求调节比例电磁阀的控制电流，优化电动机与液压泵之间的功率匹配；针对电动挖掘机的复杂工况，设置了轻载L、经济S和重载H三种工作模式。经过应用试验，采用变频控制系统的电动挖掘机能够以较小的电流轻松启动，用户可以根据不同的工况调节工作转速和选择工作模式，功率匹配自动优化控制使得电动机的有效功率得到充分发挥，从而提高了电动挖掘机的节能效果。

1电动挖掘机的优势

随着环保要求越来越严，2017年国家提出了“蓝天保卫战”战略。2018年有的地区已经出台政策限制燃油工程机械的使用，比如深圳于2018年4月出台了《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》，电动工程机械零排放的优势将越来越明显。相对于燃油挖掘机，电动挖掘机单位时间使用成本更低，并且维护保养成本也更低。对于挖掘机持有人来说，在挖掘机完成的工作量一定的情况下，使用成本更低则利润更高。机器使用成本低对租赁客户也很有吸引力。电动挖掘机零排放更加符合国家节能环保政策要求，有助于打赢蓝天保卫战。相比柴油机，电动机运行更加平稳，低速扭矩更大，使得整机操控性能更好。电机运行噪声低，使得整机的噪声水平更低，电动挖掘机更适合城市夜间作业工况要求。追求更低的噪声一直是工程机械最求的目标之一。总之，电动挖掘机在使用区域、使用成本、节能环保、操作体验以及低噪声方面比柴油挖掘机更具有优势。

2电动挖掘机的发展

2.1控制原理

根据不同工况的需要，选择相应的工作模式，调节转速旋钮，可编程控制器便会根据选择的模式和转速旋钮的位置计算并发出变频器的工作频率指令。变频器按照可编程控制器发出的工作频率驱动变频电动机工作。电流变送器将变频电动机的工作电流反馈到可编程控制器，可编程控制器通过改变比例电磁阀的控制电流调节液压泵的功率。为满足电动挖掘机的复杂工况需求，变频控制系统设置了3种工作模式：1）轻载L模式，主要用于平地或精确吊装作业；2）经济S模式，着重于节能的工作模式，是适用于各种工况的常用模式；3）重载H模式，着重于工作效率的模式，适用于短时间的高强度作业。电动挖掘机在工作过程中，变频电动机的工作电流跟随液压泵的功率变化，当液压泵输出功率增大时，变频电动机的工作电流也随之增大。变频控制系统通过电流变送器检测变频电动机的工作电流，通过改变比例电磁阀的控制电流调节液压泵的功率频率计算变频电动机的输出功率和工作电流的控制范围，根据变频电动机的输出功率计算比例电磁阀的控制电流。在工作过程中，可编程控制器通过电流变送器实时检测变频电动机的实际工作电流，并与计算的电流控制范围进行对比。检测实际工作电流在设定的控制范围以内，系统保持比例电磁阀的控制输出。当实际工作电流小于设定的控制范围要求时，说明变频电动机负荷偏小，变频电动机的有效功率不能充分发挥，可编程控制器便会增大比例电磁阀的控制电流，增加液压泵的排量。反之，当实际工作电流大于设定的控制范围要求时，说明变频电动机的负荷超出额定值，可编程控制器会减小比例电磁阀的控制电流，降低液压泵的排量。

2.2电动挖掘机动力系统

电池技术、电机技术和电控技术是电动汽车的核心技术。同样，三电技术也是电动工程机械的核心技术。近几年来，动力电池发展迅猛无论是能量密度、循环寿命，还是安全性能都有了极大的提高。目前纯电动汽车装机容量最多的动力电池是三元锂离子电池和磷酸铁锂电池。在能量密度方面，三元锂离子电池能量密度比磷酸铁锂电池略高。2018年磷酸铁锂电池单体能量密度达到了160Wh/kg左右[5]。而在循环寿命和安全性能方面，磷酸铁锂电池优于三元锂离子电池。考虑到续航里程问题，目前市场上的纯电动乘用车倾向于使用三元锂离子电池，而纯电动商用车如纯电动大巴等普遍使用的是磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池的循环寿命高达4000次以上。电动卡车和电动大巴在使用工况方面更接近于工程机械，为了降低风险，同时提高开发速度，电动挖掘机可以直接选用电动卡车或电动大巴批量使用的电池包，然后用这些电池包组成新的动力电池系统，并重新开发一个新的BMS系统。挖掘机的使用寿命可长达10年，假设电动挖掘机每天都要作业，每天充电一次，磷酸铁锂电池4000次的循环寿命可供电动挖掘机使用10年以上。

2.3总成互换技术

当设备出现故障时，在维修设备的过程中，会占用大量时间，如果使用备用设备，会使资金运转效率不断降低，因此，基于以上问题，在维修设备过程中，总成互换法发挥重要作用。总成互换法的应用，有利于修复设备的零部件，并且能够减少修复设备时间，进而不断提高设备的运转效率，零部件的修复，是实现设备修理总成互换的基础。因此，如果将两者完美的结合在一起，能够降低维修设备成本，并且还会减少使用备件的机率，进而确保矿山生产的顺利开展，为矿山企业获得更多的经济收益。

在4m3电动挖掘机运行的过程中，总成件主要包括以下几个方面，即卷扬总成、斗杆总成以及直流电机总成，如果这些总成件发生安全故障，会拉长设备的生产战线，如果维修人员预先修复一套或几套总成件。例如，如果提前对卷扬总成件进行修复，并且找到平衡点，会使生产线恢复运行。

在应用总成件的过程中，维修人员应当实行分级管理，即ABC三级管理，A类代表重要的总成件，由机动科进行统一管理，对于A类总成件，会花费很大的经济成本，并且组装和维修期限相对较长，还需要各个维修部门共同合作，才能够顺利完成。B类代表普通总成件，通常情况下，普通总成件由车间主管对其进行统一管理，对于B类总成件，在组装和维修的过程中，维修人员应采用专用设备，进而顺利完成准备环节工作。C类代表容易损坏的总成件，由设备班组进行统一管理，对于C类总成件，组装和维修的方式相对比较简单。因此，在应用总成件的过程中，通过采用ABC分级管理方式，不仅会加大总成件储备的数量，还能有效控制修复进程。

结语

在实际应用中，中现场调试人员通过使用这种方法，较好地解决了“电动机电缆烧断”现象，“溜钩”现象每月仅偶尔出现一次，大大提高了生产效率和经济效益，得到了企业的认可。不过这种方法并不能从根本上解决这些控制问题，因为定子电阻在电动机运行损耗、发热过程中是逐渐增大的，每过一段时间就要修改(重载生产条件下，每半月修改一次；轻载生产条件下，每季度修改一次)，这也给生产带来不便。我们期望在以后的研究中，能够提出一种在线修改系统参数的方法，完美解决这一课题。

参考文献

[1]　王　威，刘惠康．电动挖掘机智能自适应力矩-速度切换调速系统[J]．矿山机械，2014，42(9)：21-24.

[2]　陈伯时．电力拖动自动控制系统——运动控制系统[M]．北京：机械工业出版社，2010：59-89.

[3]　王成元，夏家宽，孙宜标．现代电动机控制技术[M]．2版．北京：机械工业出版社，2014：156-174.