［摘  要］基于软启动器的ＫＥ８５－３多轴钻孔机具有稳定的负载特性；在钻孔作业的启动、运行和停车过程中对电网和钻孔设备无任何电气与机械冲击；其对负载的高适应性能、高稳定可靠的检测、安全保护功能是目前同类工程钻孔机所不具有的。上述特有的工程应用优点，在江苏基础公司承包的天津滨海开发区于家堡地铁枢纽工地得到了验证。

［关键词］　ＳＭＷ 工法；软启动；电气保护

 

      ＳＭＷ工法 （Ｓｏｉｌ　Ｍｉｘｉｎｇ　Ｗａｌｌ）施工也称柱列式土壤水泥墙施工，其方法是利用三轴式长螺旋钻孔机在土壤层钻孔达预定深度后，在提钻的同时从钻头端部注入水泥浆并与土壤进行搅拌，在已钻孔位置建成一段土壤水泥墙。若相邻两段土壤水泥墙有重合段，则可以形成地下连续墙。

      由于施工现场地质不同，钻孔作业经常会遇到钻头堵转的情况，此时，操作工需频繁提钻或放钻并配合钻头正反转，解决堵转问题。因此要求钻孔机能适应频繁的正／反向启／制动操作，并具有尽可能大的启动转矩和平稳的启动过程，以减少对机械设备和电源的冲击，同时必须具有完备的安全保护措施。

 

      ＫＥ８５－３多轴钻孔机使用专用交流异步电动机，电气控制系统具有友好的人机对话界面，绿色环保型电动机控制模式成功地解决了钻孔作业时的起动、停止、堵转等问题。

      ＫＥ８５－３多轴钻孔机电气控制系统由主控制屏和操作箱组成。控制屏采取防水设计。操作箱置于工程履带车驾驶室，由防水连接器与主控制屏连接。主开关选用原装进口的大电流接触器。为适应野外作业的安全需要，控制电路中涉及人工操作的部分采用ＡＣ２４Ｖ电源，同时设计了电动机接地保护电路。电路中的辅助继电器选用无氧化零飞弧的专利产品。考虑到观察的需要，在主控制屏和操作箱内分别设置了大过载倍数的电流、电压表。

      根据钻孔作业的需要，控制器设计了位置清晰的工作模式选择开关，包括全电压点动工作模式、软点动工作模式、运行工作模式，分别适用于复杂地质条件造成的钻杆卡住使电动机堵转时的冲击退堵 （冲击电流３０００Ａ以上，不可调）、可调冲击退堵 （冲击电流任意可调）和软启动运行等作业模式。

      ＫＥ８５－３多轴钻孔机选用全数字软启动控制器，通过微处理器与晶闸管相移控制技术，实现电动机分级变频启动、突跳限流启动、电压斜坡启动和软停止等功能。作业时软启动、软停止、急停、节电运行、旁路运行等功能参数均可根据负载自行设定，并具有过载、缺相、过流、欠流、过压、欠压、晶匣管过热、接地和漏电等多种完善的保护功能。

      ＫＥ８５－３多轴钻孔机采用智能型软启动器，其构成如图１所示。主回路由直接反并联的晶闸管模 块 组 成，１Ｌ１、３Ｌ２、５Ｌ３进 线 端 接 三 相ＡＣ３８０Ｖ电 源，出 线 端２Ｔ１、４Ｔ２、６Ｔ３接 电 动机。互感器检测电动机电流用于反馈信号，单片机根据设定的启动电流 （或电压）数值输出晶闸管的移相信号，以控制电动机电压的变化。当电压线性增加至额定值，即所谓斜坡到顶，则电动机加速至额定速度完成软启动，并发出旁路信号，使旁路接触器吸合，转换到旁路运行，而故障检测仍对电动机进行保护。参数设置和状态显示等采用按键和液晶显示器完成。

      ＫＥ８５－３多轴工程钻孔机电气控制原理如图２所示。来自自备发电机的三相交流电源经自动断路器ＱＦ送入ＫＭ１、ＫＭ２的进线端，当合上１ＨＫ后，控制变压器ＴＫ１给控制回路和软启动器供电。钻孔作业前，由ＳＪＲ２软启动器键盘面板给软启动器设置工作参数，并将参数 “ＦＦ”设置为 “００”锁定键盘，以防参数被意外修改。将操作箱上电源开关１ＳＡ置于 “ＯＮ”位置，操作箱上电源指示灯１ＬＤ点亮。

      钻孔作业时，根据作业要求和工作状态，由工作模式选择开关３ＳＡ选择全电压点动、运行和软点动 工作方式。

      图３是ＫＥ８５－３Ｂ多轴钻孔机操作盘示意图。

      （１）软启动参数方便可调。

      在不同地质条件下施工时，为了确保电动机安全，减少启动阶段对机械和电源的冲击，通过编程面板设置软启动参数达到传统钻孔机无法企及的优越性能。ＫＥ８５－３多轴钻孔机软启动参数设置如表１所示。

      其中，Ｆｂ为启动模式参数，正确设置该参数可以解决工程应用中的大部分启动问题。

      图４分别给出了限电流启动模式，电压启动模式、突跳启动模式和电流斜坡启动模式的波形图，其中限电流启动模式一般用于对启动电流有严格限制要求的应用场合；电压斜坡启动模式适用于对启动电流要求不严而对启动平稳性要求较高的场合；突跳启动模式适用于受堵转时机械静摩擦力的影响而不能启动电动机的场合；电流斜坡启动模式具 有较强的 加速能力，适 用 于 两 极电动机，也可 在—定 范 围 内 缩 短 启 动 时 间。此外，电压限流双 闭环启动 模式采用 电 压 斜 坡 和限电流双闭 坏回路控制，采用估算 电 动 机 工 作状态的预测 算法，是一种 既要求启 动 较 平 稳 又要求严格限 流的综合启 动模式，该 启 动 模 式 的输出电压波形将根根据电动机和负载情况的不同而自动变化。

      （２）软停机模式参数可调。

      软启动器有两种停机模式，即软停机模式和自由停机模式。

      图５为软停机模式的输出电流波形，ＴＦ由代码Ｆ２设置软停时间。在这种停机模式下，电动机的供电由旁路接触器切换到软启动器的晶闸管输出，软启动器的输出电压由全压逐渐减小，使电机转速平稳降低，以避免机械振荡，直到电动机停止运行。软启动时的输出截止电压等同于启动时的起始电比。软停机模式一般用于减少和消除负载的喘振。

      设置为自由停机模式时，软启动器接到停止命令 后 立 即 断 开 旁 路 接 触 器 并 禁 止 软 启 动 器晶闸管的电压输出，电动机依负载惯性逐渐停机。

      自由停机模式可以避免瞬时大电流冲击，延长软启动器和开关的使用寿命。

      （３）故障诊断报警提示。

      由各种原因造成钻杆电动机堵转时，为避免几十米深的土壤水泥层将钻头包裹，必须尽快地将钻杆拔出。基于软启动的钻孔机具有普通钻孔机不具备的故障报警提示能力，表２是ＫＥ８５－３多轴工程钻孔机故障提示码，可以根据该码迅速判断故障点，在最短的时间内排除故障。

 

      采用软启动技术的ＫＥ８５－３Ｂ多轴钻孔机与自耦变压器减压启动钻孔机相比，无论是启动特性还是保护特性都具有不可比拟的优势。在钻孔作业的启动、运行和停车过程中对电网和钻孔设备无任何电气与机械冲击，对负载的高适应性能、高稳定可靠的检测和安全保护功能是目前同类工程钻孔机所不具有的。这些优点在江苏基础公司承包的京津塘滨海开发区于家堡地铁枢纽工地得到了验证。

 

［１］刘利，王栋主编．电动机软启动器实用技术 ［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１０．

［２］王泽民．用一台软起动器起动多台电动机 ［Ｊ］．中国自动化网，２００５．

［３］董建 巍．异 步 电 动 机 起 动 方 式 的 探 讨 ［Ｊ］．硅 谷，２００９，（２）．

［４］章绍东．用一台软起动器起动多台电动机的设计方法［Ｊ］．电气时代，２００１，（３）．

［５］高淑萍．智能型交流异步电机软起动器的研究 ［Ｄ］．西安理工大学，２００５．