胡志民，郜 星HU Zhi-min, GAO Xing(徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004)

電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)可行性研究

胡志民，郜 星
HU Zhi-min, GAO Xing
(徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004)

[摘 要]對電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)的可行性進(jìn)行了研究，從電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)的發(fā)展意義，產(chǎn)品方案的可行性，技術(shù)參數(shù)的可行性，生產(chǎn)制造能力的可行性以及該種旋挖鉆機(jī)的亮點(diǎn)進(jìn)行分析研究。

[關(guān)鍵詞]旋挖鉆機(jī)；電機(jī)驅(qū)動；分析

1 現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)有三一、山河智能、金泰和恒天九五4家企業(yè)研發(fā)發(fā)動機(jī)-電動機(jī)混合動力的旋挖鉆機(jī)。有資料顯示，三一的SR200D樣機(jī)包含2臺90kW的電動機(jī)及1臺193.5kW的發(fā)動機(jī)。山河智能和金泰在研究混合動力旋挖鉆機(jī)，采用電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動或電動機(jī)-發(fā)動機(jī)共同驅(qū)動，利用發(fā)電機(jī)回收鉆桿和鉆頭下降勢能及上車回轉(zhuǎn)動能向超級電容充電，進(jìn)而借助超級電容的電力輔助電動機(jī)或發(fā)動機(jī)工作，從而減輕整機(jī)消耗負(fù)載恒天九五JU90多功能電旋挖鉆機(jī)采用110kW的電動機(jī)，回轉(zhuǎn)角度為180°。目前，這些混合動力的旋挖鉆機(jī)普遍存在的問題都是動力線要托在整機(jī)后面來回?cái)[動。

現(xiàn)階段，國內(nèi)4家企業(yè)所做發(fā)動機(jī)、電動機(jī)混合動力旋挖鉆機(jī)所出的樣機(jī)都是小噸位，移動范圍小，所需電機(jī)容量小、電路容量小，實(shí)施更具可行性。電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)只需在旋挖鉆機(jī)基礎(chǔ)上，針對部分部件結(jié)構(gòu)如轉(zhuǎn)臺、配重、機(jī)棚、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等做出相應(yīng)改動即可。

2 技術(shù)可行性分析

電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)主機(jī)借用旋挖鉆機(jī)的主機(jī)部分，如底盤行走機(jī)構(gòu)、駕駛室、主副卷揚(yáng)系統(tǒng)、變幅機(jī)構(gòu)、鉆桅、動力頭系統(tǒng)、鉆桿鉆頭等，回轉(zhuǎn)平臺、機(jī)棚和配重做出相應(yīng)改動。

本文以徐工XR150旋挖鉆機(jī)（表1）改電機(jī)驅(qū)動為例分析。

表1 徐工XR150旋挖鉆機(jī)性能參數(shù)

2.1 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)采用A11VO145LRDS功率和壓力控制，先導(dǎo)泵、輔助齒輪泵、液壓油散熱器、馬達(dá)等，關(guān)鍵液壓元件采用力士樂進(jìn)口件，中心回轉(zhuǎn)體按照導(dǎo)電要求進(jìn)行特殊制造。液壓泵可以采用單組泵控制系統(tǒng)，與發(fā)動機(jī)之間采用離合變速箱或雙組泵控制系統(tǒng)。

2.2 電氣系統(tǒng)

如果利用發(fā)動機(jī)驅(qū)動采用DC24V直流供電，旋挖鉆機(jī)的電氣系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，功能主要有：發(fā)動機(jī)啟動、熄火，水溫、工作小時(shí)、機(jī)油壓力、液壓油溫、油位、燃油油位、工作壓力、成孔深度的檢測顯示等功能；液壓系統(tǒng)的電磁換向控制功能；鉆桿高度限位功能；自吸泵開關(guān)、燈光照明、雨刷、雨刷噴水、電源總開關(guān)等輔助功能。這些功能所需要的電源都是DC24V直流電壓，發(fā)動機(jī)自帶的發(fā)電機(jī)即可滿足要求。如果采用380V電動機(jī)作為旋挖鉆機(jī)動力，需新增電動機(jī)、電路轉(zhuǎn)換器、上下車的過渡導(dǎo)電環(huán)、軟啟動裝置及電路相關(guān)附件等，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)可以滿足要求。

2.3 動力電源的接入

電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)核心技術(shù)是電動機(jī)動力電線的介入，采用從回轉(zhuǎn)中心體心穿過，同時(shí)采用導(dǎo)電環(huán)接線過渡。導(dǎo)電環(huán)現(xiàn)在常規(guī)使用到的大電流范圍為小于2 000A。從國內(nèi)外小噸位旋挖鉆機(jī)的型號和發(fā)動機(jī)功率這個(gè)表可以看出，其所使用的發(fā)動機(jī)功率都在130kW左右。若使用160kW的電動機(jī)，中心回轉(zhuǎn)體導(dǎo)電環(huán)接線電流約為1 000A，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 數(shù)據(jù)對比

以133kW的康明斯發(fā)動機(jī)為例，油耗為220g/kWh，1天工作10h，用油約293L，油價(jià)7 元/L，費(fèi)用約為2 051元。考慮132kW的電機(jī)，功率相當(dāng)，同樣工作時(shí)間耗電約為1 320kWh，工業(yè)用電1元/kWh，費(fèi)用約為1 320元，同比節(jié)省731元，節(jié)省比例為35.6%。

同樣條件下，298kW的康明斯發(fā)動機(jī)油耗約656L，費(fèi)用約為4 592元?？紤]315kW的電機(jī)，費(fèi)用約3 150元，同比節(jié)省1 442元，節(jié)省比例為31.4%。

通過以上數(shù)據(jù)比較可知，使用電機(jī)驅(qū)動旋挖鉆機(jī)比發(fā)動機(jī)在耗能費(fèi)用上可節(jié)省30%左右，效益可觀，且無尾氣排放，噪音小，綠色環(huán)保。相對大噸位旋挖鉆機(jī)，小噸位旋挖鉆機(jī)耗能節(jié)省比例更高，移動范圍小，所需電機(jī)容量小、電路容量小，更具可行性。

3 成本分析

此方案需增加成本分析如表2所示。

表2 增加成本比較

估計(jì)新增成本約11萬元。按照鉆機(jī)的使用費(fèi)用來看1年工作200天，每天節(jié)省約728元，共可節(jié)省費(fèi)用約14.5萬元，1年節(jié)省費(fèi)用就可以與新增加的成本持平。考慮到使用時(shí)需增加電纜電路，且工作時(shí)需人力來移動電纜，所以與同類產(chǎn)品相比在使用費(fèi)用上的競爭力不明顯，但可以為公司的銷售增加一個(gè)亮點(diǎn)。

（編輯 于 洋）

［中圖分類號］TU67

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)03-0044-02

［收稿日期］2014-12-13

Research of feasibility of motor driven rotary drilling rig