閆福榮

摘 要：挖掘機(jī)是露天礦山開采的必需設(shè)備，新礦山或老礦山在選購?fù)诰驒C(jī)時都選購10立方以上的大型挖掘機(jī)。但一些老礦山中的四立方挖掘仍在使用。四立方挖掘機(jī)是上世紀(jì)50年代的產(chǎn)品，由于是開式傳動、傳動鏈長，造成故障率高、維護(hù)成本高、出動率低，是老礦山亟待要解決的問題?！八牧㈦妱油诰驒C(jī)”升級后就完全解決了這一難題。

關(guān)鍵詞：挖掘機(jī);維護(hù)保養(yǎng);開式傳動;行星減速機(jī);免維護(hù)。

挖掘機(jī)是露天開采的主要設(shè)備，它能達(dá)到完全機(jī)械化、效率高。據(jù)統(tǒng)計(jì)一臺四立方米單斗挖掘機(jī)在Ⅵ級土壤中的挖掘工作相當(dāng)于1500人的勞動量?？梢娖潴@人的生產(chǎn)能力。

隨著國內(nèi)外露天礦山生產(chǎn)規(guī)模的日趨擴(kuò)大，采礦工藝和設(shè)備技術(shù)水平日益提高，為了進(jìn)一步提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，更大規(guī)格的礦用挖掘機(jī)已經(jīng)開始逐步取代小規(guī)格的挖掘設(shè)備，露天采裝設(shè)備（挖掘機(jī)）向大型化發(fā)展已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢。

目前，我國新開發(fā)的露天礦已經(jīng)很少選用四立方電動挖掘機(jī)，一般都選用十立方及以上更大規(guī)格的電動挖掘機(jī)。四立方電動挖掘機(jī)只有老礦山還在使用，而且數(shù)量還不少。

隨著高性能材料以及行星減速機(jī)的出現(xiàn)，大型電動挖掘機(jī)在設(shè)計(jì)制造過程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。幾乎所有的露天礦山在新建、改建和擴(kuò)建中均選擇了性能更加完善、技術(shù)水平更先進(jìn)、可靠性更好、生產(chǎn)效率更高、更易于維護(hù)和保養(yǎng)、設(shè)備消耗更低、使用壽命更長、價格功能比更優(yōu)的大規(guī)格礦用挖掘機(jī)。

目前礦山正在使用的“四立方電動挖掘機(jī)”如何提高使用性能已經(jīng)勢在必行。

四立方挖掘升級設(shè)計(jì)理念：

1. 利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段提高整機(jī)的性能和可靠性。挖掘機(jī)載荷譜及挖掘軌跡研究成果的應(yīng)用， 建立了整機(jī)性能參數(shù)、工作尺寸、不同挖掘物料載荷譜以及合理挖掘軌跡之間的數(shù)學(xué)模型， 為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了科學(xué)、可靠的依據(jù)?；谔摂M樣機(jī)的整機(jī)性能分析和仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化了整機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)和部分零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。礦用挖掘機(jī)主要傳動系統(tǒng)動態(tài)分析研究成果的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)三維實(shí)體動態(tài)仿真分析， 提高了傳動系統(tǒng)零部件的可靠性和使用壽命。礦用挖掘機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和有限元分析等。

2. 新材料、新工藝的應(yīng)用，提高了大型結(jié)構(gòu)件的可靠性。在鏟斗、斗桿、起重臂、回轉(zhuǎn)平臺、A 形架、底架、履帶架以及大型齒輪箱的設(shè)計(jì)和制造過程中大量采用優(yōu)質(zhì)低合金高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)和正火鋼板、優(yōu)質(zhì)焊接材料和嚴(yán)格的焊接工藝，大大提高了焊接結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，降低了結(jié)構(gòu)件的重量。通過局部或整體退火處理，有效地消除了焊接結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力， 避免了主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的早期失效現(xiàn)象，提高了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的使用壽命。

3. 新材料、新工藝的應(yīng)用， 提高了傳動零件的可靠性。廣泛采用硬齒面齒輪傳動技術(shù)。在傳動系統(tǒng)的軸類和齒輪類零件的設(shè)計(jì)和制造過程中采用了優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼鍛造，整體調(diào)質(zhì)， 輪齒表面滲碳淬火，磨齒，齒形修緣，齒根噴丸強(qiáng)化等先進(jìn)工藝手段和措施，提高了該類零件的抗彎、抗扭強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度， 提高了傳動零件的使用壽命。

4. 新材料、新工藝的應(yīng)用， 提高了主要承力零件的可靠性。在各主要承力銷軸類、支重輪、環(huán)軌等零件的設(shè)計(jì)和制造過程中采用了優(yōu)質(zhì)中碳合金鋼， 整體調(diào)質(zhì)的先進(jìn)工藝， 提高了零件的使用壽命。鏟斗斗唇、整體斗齒、斗唇護(hù)套、推壓齒條、張緊輪、后導(dǎo)輪、履帶板等零部件采用優(yōu)質(zhì)高錳鋼鑄造，提高了零部件耐磨性。

5. 整體結(jié)構(gòu)鏟斗的應(yīng)用，提高了鏟斗的使用壽命。在整體鏟斗的易磨損部位采用焊接性能好、綜合機(jī)械性能高、表面硬度高、使用壽命長的復(fù)合耐磨板，有效地保護(hù)了鏟斗本體。

6. 高性能組合斗齒的應(yīng)用， 減少了維護(hù)時間，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。高性能的組合斗齒可以根據(jù)不同的挖掘物料選擇不同材料特性的齒座和齒尖，減少了齒尖材料的浪費(fèi)，大幅度縮短了更換齒尖的時間，提高了整機(jī)的可用率和生產(chǎn)效率。

7、模塊化設(shè)計(jì)的、全封閉的提升、回轉(zhuǎn)和行走減速箱。采用模塊化設(shè)計(jì)的、全封閉的提升、回轉(zhuǎn)和行走減速箱， 提高了齒輪的嚙合精度，便于安裝和維護(hù)。

8、新型履帶驅(qū)動系統(tǒng)的采用，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用驅(qū)動輪高置的近似鏈輪-鏈條驅(qū)動的履帶驅(qū)動系統(tǒng)。履帶板和驅(qū)動輪的嚙合部位在靠近連接銷的中心線處。與傳統(tǒng)的驅(qū)動輪系統(tǒng)相比， 其接合長度大大增加， 壓力角明顯減小。新的履帶驅(qū)

動系統(tǒng)將消除節(jié)距干涉，降低驅(qū)動輪和履帶板在嚙合時的相對滑行量，從而減少驅(qū)動輪和履帶板的磨損。另外，驅(qū)動輪凸塊和履帶板間嚙合壓力角的減小幾乎消除它們在載荷作用下分離的可能性，將改善履帶板和履帶連接銷的受力狀況，提高履帶驅(qū)動系統(tǒng)的使用壽命并減少維護(hù)工作量。

9、電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)采用“上位綜合監(jiān)控系統(tǒng)+PLC+基礎(chǔ)變頻傳動” 控制方案，提高控制水平和調(diào)速性能，PLC 實(shí)現(xiàn)整機(jī)運(yùn)行的時序邏輯控制，變頻傳動驅(qū)動各機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動作，實(shí)現(xiàn)可控運(yùn)行;在挖掘機(jī)上采用監(jiān)控系統(tǒng)，對各種信號進(jìn)行綜合顯示、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷;三級數(shù)據(jù)之間交換通過PROFIBUS DP 總線實(shí)現(xiàn)，信息交換量大，提高工藝控制的軟件化程度。較直流機(jī)組系統(tǒng)節(jié)能17%，工作效率提高10%，功率因數(shù)可達(dá)到1， 對電網(wǎng)無諧波污染。

10、整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)。全數(shù)字化的整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)可提高整機(jī)的操控性能，包括整機(jī)機(jī)械傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、壓氣操縱系統(tǒng)等的溫度、壓力、流量及電氣運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)， 工作裝置的實(shí)時運(yùn)行顯示系統(tǒng)， 挖掘工況下提升-推壓操作最優(yōu)化控制系統(tǒng)， 物料自動稱重和計(jì)量系統(tǒng)， 遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)等。

四立方電動挖掘機(jī)重點(diǎn)升級部份簡介：

一、電氣控制系統(tǒng)：采用變頻控制系統(tǒng)，PLC+人機(jī)界面控制。節(jié)電、故障率低，對設(shè)備起到很好的保護(hù)作用。

二、機(jī)械部份的升級：

1. 推壓齒輪和齒條，采用鍛造整體合金鋼加工，避免由于鑄造缺陷造成的故障。使用壽命保證2年以上。（原鑄造使用不到1年）

2. 提升系統(tǒng)采用行星減速提升機(jī)構(gòu)，去掉原有的開式傳動方式。提升卷揚(yáng)設(shè)計(jì)為卡套式結(jié)構(gòu)，方便提升鋼絲繩的更換。提升卷?xiàng)钆c減速系統(tǒng)合為一體，使得機(jī)棚內(nèi)干凈、簡捷、寬敞，除定期更換提升鋼絲繩外，整體機(jī)構(gòu)免維護(hù)。

3. 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由兩套相同的減速器同時傳動，輸出到回轉(zhuǎn)立軸小齒輪上，與底架梁的回轉(zhuǎn)大齒輪嚙合。減速機(jī)選用兩套相同行星回轉(zhuǎn)減速系統(tǒng)，確保無故障運(yùn)行。

4. 履帶裝置及行走機(jī)構(gòu)：采用上驅(qū)位傳動、獨(dú)立行走系統(tǒng)。履帶裝置中的支承輪增加到每側(cè)4個、共8個，再加2個拉緊輪。拉緊輪裝在拉緊方軸上。主動軸與驅(qū)動輪及行星減速機(jī)采用漸開線花鍵聯(lián)結(jié)，取消多余的傳動鏈，確保無故障運(yùn)行。

5. 所有結(jié)構(gòu)件采用高強(qiáng)鋼焊接為箱形結(jié)構(gòu)件，確保5年免維修。

“四立方電動挖掘機(jī)”升級總體采用模塊化設(shè)計(jì)，可以對原4立電鏟進(jìn)行部件更換。新制結(jié)構(gòu)件大部份選用低合金高強(qiáng)板焊接，最大限度減少鑄件。行走選用獨(dú)立行走行星減速機(jī)，回轉(zhuǎn)兩套回轉(zhuǎn)行星減速機(jī)，提升選用內(nèi)藏式行星減速機(jī)直接對提升卷揚(yáng)。這些減速機(jī)均為專業(yè)減速機(jī)廠家生產(chǎn)，能確保3萬小時免維護(hù)，從而使整機(jī)故障率大大降低，除斗齒、提升鋼絲繩等易損件定期更換外，設(shè)備基本上是“無故障運(yùn)行”，從而大大提高電鏟出動率。

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（撫順礦業(yè)集團(tuán)機(jī)械制造廠，遼寧 撫順 113000）