1．改造原因
    抓料机通常是由液压挖掘机改装而成，广泛用于钢厂、港口、码头，可装卸废钢、煤炭、矿石等松散物料。我港11台WZY42一6型抓料机主要用于将火车箱内的煤炭抓取出来，堆积在地面上或倒运到货车上。该抓料机采用柴油机为动力，效率低、能耗大、维修成本高、尾气排放多、噪声大，若漏油、漏水，还可能造成环境污染。为节约能源、保护环境，经调研，我们决定对这11台抓料机进行节能改造。
    2．改造方法
    改造方法如下：原有的柴油机动力系统不变，新增1套电动机动力源，在卸料场地上设置电源，通过随机电缆将场地内电源接到新增电动机上。抓料机卸料作业时，将柴油机关闭，使用电动机驱动抓料机进行卸料作业。若场地无电源，或长距离转移抓料机时，依然使用柴油机驱动。
    （1）电动机
    在原有抓料机回转平台尾部加装电动机、主液压泵、切换阀组等，与原有液压系统组成双泵双回路开式恒功率变量液压系统，使抓料机功率利用率达到最佳状态。改造后的抓料机双动力源如图1所示。

    抓料一机电动机功率应根据其所驱动的液压泵功率计算，液压泵功率按以下公式进行计算：
      P=P p·Qmax/ ηp=129.36kW式中：P----泵的驱动功率，kW;
    PP----液压泵的最大工作压力取泵的额定压力的0.8倍，29 AMPa；
    Qmax----液压泵的流量，264L/min、m3/s;
    η p----主泵的效率，取0.8～0.85。
    WZY42-6型抓料机主泵的最大工作压力（Pp）为29.4MPa。主泵的流量（Q max）为264L/min，按照上式计算，电驱动系统的电动机功率为129.36kW。
    为使电动机具有一定的储备功率，我们选择160kW电动机，杳找相关资料得知，选用功率为160kW、电流为287A、转速为1480r/min的YKP2-315L1-4型电动机最为适宜。
    （2）启动器
    由于抓料机启动时需带动主泵启动，启动负荷较大，我们选用西门子ATS22C41 G 220/W型额定电流为388A的启动器。该启动器可控制电动机启动、停止，在轻载时可实现节能作用，并具有多种保护功能。对于其启动电流小问题，通过逐渐增大晶闸管导通角，使启动电流从零线性地升至设定值，以保证电动机能够平稳启动，延长电动机使用寿命。
    该启动器参数可根据负载及电网供电能力调整，自由地无级调整至最佳的启动电流。该启动器较常用的电动机星／三角启动器和变频器在启动速度、实用性和价格方面更具优势。
    （3）电缆及电缆卷筒
    抓料机作业时需经常短距离移动，为此我们决定选用YCW型通用橡胶电缆。为了保证用电安全，采用三相5线制接线方式（即三相线加地线和零线），根据抓料机用电量，选用截面积为150mm2电缆（即YCW -3×150+2×90型电缆），电缆长度为150m，在电缆外皮间断地套上保护套，以避免电缆外皮的磨损。
    在回转平台左TPI增加一套T1C-（J3D-）×11型磁滞式电缆卷筒，用于缠绕电缆。该卷筒具有近似恒定力矩的卷紧力，卷筒电动机单向运转，具有堵转力矩（负载过大造成停止转动）可调和自制动功能，能长期堵转而不损坏。且该电缆卷筒体积小、结构简单、易于维护，无需安装制动器，运行可靠。根据电缆长度，确定电缆卷筒外径为2500mm。
    （4）配电箱及供电装置
    在回转平台右侧增加1台高度为1000mm、长度为500mm、厚度为400mm的配电箱。内设电源总开关、启动器、控制和保护元件，以保证整机供电和用电安全。配电柜防护级别为IP55级。各电气回路均有保护装置，紧急情况可实现自我保护。
    在火车轨道沿线、抓料机作业区域内设置2座容量为913kVA的箱式变电站，为该11台抓料机供电。在距火车轨道20m处，每隔50m安装一个容量为200kW的地面接线箱。抓料机通过工业快速插头与接线箱连接，用以给抓料机供电。
    （5）PLC控制系统
    增加1套西门子S7-200型PLC控制器，将挖掘机变幅、回转、电缆卷筒满盘、电动机动力源相关设备的状态信息及故障信息输入到PLC控制器，并通过PLC控制器输出控制各机构电磁阀的吸合或关闭，使各机构动作得到控制。运用CEB型仪表对压力、温度、油位进行实时监控，对动力系统、液压系统和上作装置进行检测和控制，以便在抓料机出现故障、需要维护时及时报警。
    （6）冷却系统
    该电动机功率较大，需设置液压控制冷却系统。将电动机的冷却器串联在挖掘机冷却系统回路中，使用电动机冷却风扇转动，进行冷却。为避免冷却器背压过高，造成冷却器损坏，在液压控制冷却系统中设置了旁路阀。背压超过0.5MPa时，液压油通过旁路阀可直接流回液压油箱。
    （7）切换阀
    切换阀用于电动机和柴油机动力切换，切换阀可在驾驶室内通过转换开关控制，不允许2套动力系统并行作业。
    液压油从液压油箱输出，并联进入电动机和柴油机驱动的2路主泵中，2路主泵排出的压力油通过切换阀进入抓料机多路控制阀，再供给挖掘机工作装置。
    （8）先导油路
    原挖掘机先导控制系统由柴油机侧面液压泵供油，采用1台小型电动机驱动1台小排量齿轮泵，代替柴油机侧面的液压泵，为抓料机先导控制系统供油。先导油压由直动式溢流阀控制，输出压力为3.5MPa。电动机驱动的先导压力油由电磁换向阀控制。
    （9）回转平台
    将回转平台向尾部延长2m，安装新增加的电动机、油泵、阀组、电缆卷筒和管道，在回转平台增加配重，以达到平衡。改造前、后回转平台结构对比如图2所示。

    3．改进效果
    抓料机新增电动机动力源具有以下优点：
    （1）节省能耗费用
    原抓料机完全使用柴油机为动力，所配柴油机额定功率为194kW，该柴油机燃油消耗率为207g/kWh。以全年均使用。号柴油，且。号柴油单价以5.5元／L计算。考虑到驾驶员操作熟练程度、生产调度、维修、保养及天气因素，抓料机每大利用系数为0.7、耗油量为47．8L／h。按每天运行10.5h计算，3年运行时间为11497.5h，3年油耗为384706L/h、3年柴油消耗成本为211.58万元。
    如果采用电动机作业，电费按1.1元／kW·h、利用系数为0.7计算，电动机输出功率为140kW、3年消耗电费为177.06万元。每台采用电动机作为动力源的抓料机，3年可节省32..31万元。
    （2）节能减排
    增加电动机动力源后，在抓料机待机、空调、照明、通讯等提供电能不需要柴油机高速运转，而由市电直接供给，这样可以节约大量的能源。同时柴油机工作时间大幅度下降，减少了二氧化碳和尾气的排放。
    （3）改善工作环境
    在运行时，电动机较柴油机运转更为平稳，噪声大幅度降低，驾驶员和相关工作人员所处环境得到改善，提高了驾驶员工作的舒适性，其工作环境更加人性化。
    （4）操作简化
    电动机启动、关机等环节操作程序比柴油机简单，误操作概率降低，减少了操作人员的劳动强度，挖掘机操纵的平稳度和灵敏度均有所提高。同时抓料机有故障时通过 PLC控制器提示，使得司机操作更加便捷和准确。
    （5）降低维修和运行成本
    安装电动机后，柴油机运行台时减少、保养间隔时间延长，从而节约大量的润滑油、滤清器等。所用柴油量减少，减小了加油次数，节约了油料管理成本。
    电动机、电气元件的可靠性好、故障率低，抓料机完好率有很大提高，大大降低了抓料机的维修成本；同时也降低了维修人员的劳动强度。
    将以上成本进行综合计算，我公司卸煤作业成本山1.5元／t降到0.56元／t。大大降低了运行成本。
    实践证明，抓料机增加电动机动力源的改造项目，有很好的社会效率和可观的经济效益，节能减排效果更加明显。