白云鵬
摘 要:煤礦井下掘進任務(wù)量逐年增多的同時,掘進式裝載機多功能設(shè)計要求日益提高。文章以ZWY-160/55型挖掘式裝載機為例,先介紹產(chǎn)品性能及參數(shù),然后深入分析產(chǎn)品總體設(shè)計要點,旨在為相關(guān)設(shè)計人員提供新的思路,全面優(yōu)化ZWY-160/55型挖掘式裝載機的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:ZWY-160/55型;挖掘式裝載機;總體設(shè)計
近年來,煤炭資源市場需求呈遞增趨勢,為更好地滿足煤炭市場供應(yīng)量,務(wù)必科學(xué)設(shè)計高效作業(yè)、安全生產(chǎn)的掘進裝載設(shè)備,從整體上提高煤炭企業(yè)綜合效益。隨著ZWY-160/55型挖掘式裝載機應(yīng)用率的提高,相關(guān)設(shè)計人員結(jié)合工況需求,科學(xué)化改進總體設(shè)計方案,確保ZWY-160/55型挖掘式裝載機作業(yè)任務(wù)高效完成,并全面提升機械化水平。
1 挖掘式裝載機基本介紹
20世紀90年代,我國將挖樁機研制工作提上日程,隨著礦山巷道掘進、鐵道隧道施工等工程項目的增多,掘進式裝載機應(yīng)用率相應(yīng)提高,一定程度上滿足了機械化裝巖、裝載出矸等需求[1]?,F(xiàn)今,挖掘式裝載機與液壓鉆車配套設(shè)備聯(lián)用,可以加快機械化作業(yè)步伐,順利完成掘進任務(wù)[2]。挖掘式裝載機一般由反鏟部件、機架、液壓系統(tǒng)、刮板運輸機、履帶部件、電氣系統(tǒng)等組成,各部件功能各異,并且部件間緊密聯(lián)系、協(xié)同配合,確保整機效能最大化發(fā)揮。從適用性角度分析挖掘式裝載機,中小型巷道施工,且塊度小于等于50cm松散巖石的工況具有適用性。由于工況條件不同,所以挖掘式裝載機型號多樣化研制,對于產(chǎn)品設(shè)計者來說,應(yīng)及時抓住新時期新產(chǎn)品設(shè)計機會,總結(jié)產(chǎn)品總體設(shè)計經(jīng)驗,推動機械行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。
2 ZWY-160/55型挖掘式裝載機性能及參數(shù)
2.1 性能
ZWY-160/55型挖掘式裝載機是新時代裝載設(shè)備的一種,其具有廣泛使用性、功能多樣性,能夠大大提高工作效率,將人力資源從高危、高難度工作中解脫出來[3]。煤礦井下煤巖爆破環(huán)節(jié)應(yīng)用ZWY-160/55型挖掘式裝載機,憑借便捷操作、穩(wěn)定裝載、高效爆破等優(yōu)勢得到應(yīng)用主體的認可。當(dāng)ZWY-160/55型挖掘式裝載機投用后,要求工作人員合理布設(shè)巷道,并充分準備運輸車輛、皮帶以及相關(guān)設(shè)備,達到事半功倍的效果。
2.2 參數(shù)
參照相關(guān)機械行業(yè)標準確定ZWY-160/55型挖掘式裝載機技術(shù)參數(shù),結(jié)合實際應(yīng)用需求以及行業(yè)發(fā)展趨勢,適當(dāng)優(yōu)化性能參數(shù)。這既能保證計算準確性,又能真正提升設(shè)備性能。其主要技術(shù)參數(shù)總結(jié)為:裝載能力為160m3/h、整機質(zhì)量14 000±5%kg、挖掘?qū)挾冗_到5 000mm、挖掘高度到達3 500mm、挖掘深度到達760mm、主電機功率55kw、額定工作壓力23MPa。外形尺寸:長8 360mm×寬2 150mm×高2 150mm。
3 ZWY-160/55型挖掘式裝載機總體設(shè)計要點
3.1 整體設(shè)計方案
ZWY-160/55型挖掘式裝載機過程式設(shè)計的前提條件,即以整體設(shè)計方案為主線,結(jié)合產(chǎn)品市場需求探索創(chuàng)新式設(shè)計切入點,確保新型產(chǎn)品持續(xù)供應(yīng)。整體設(shè)計階段,考慮產(chǎn)品功能實用性,設(shè)計人員憑借已有設(shè)計經(jīng)驗,探索設(shè)計理論與設(shè)計實踐結(jié)合路徑,從而優(yōu)化整體方案設(shè)計效果,盡可能減少ZWY-160/55型挖掘式裝載機試驗失誤。具體設(shè)計目標分解如下:
目標一,功能性設(shè)計?;谡麢C布置方案,逐項梳理各部件相對位置,并預(yù)估整體挖掘式裝卸機重心點,編制相應(yīng)報告及說明書。具體而言,執(zhí)行機構(gòu)、附件、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)布置圖參照相關(guān)技術(shù)要求詳細制定,使其達到裝配、檢修、維護等要求。目標二,各部件、各系統(tǒng)精細化設(shè)計。事先掌握部件及系統(tǒng)運行要求,并客觀分析其原理,通過圖紙形式表達。與此同時,審核顯性、隱性部位尺寸,視情況修正,使得裝載機安裝任務(wù)又好又快完成。目標三,核算整機重量。整機重量確定后,部件重量隨之得知,據(jù)此試驗裝載機穩(wěn)定性。
3.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計方案
當(dāng)前,ZWY-160/55型挖掘式裝載機循環(huán)作業(yè)需求逐漸提高,為更好地滿足作業(yè)需要,應(yīng)全面掌握全液壓驅(qū)動控制原理,并細致分析各類元件布置要求,從而拓展設(shè)計思路,逐漸提升液壓系統(tǒng)性能,使其達到安全性、可靠性、高效率、便捷性運行要求[4]。一般來說,設(shè)計步驟包括工況及負荷確定→確定技術(shù)參數(shù)→制定系統(tǒng)方案→繪制系統(tǒng)運行原理圖紙→計算→元件選擇→壓力損失驗算→技術(shù)文件編制。實際設(shè)計中,設(shè)計人員兼顧各環(huán)節(jié)的聯(lián)系性,必要時調(diào)整設(shè)計步驟。其中,工況分析環(huán)節(jié)是基礎(chǔ)環(huán)節(jié),設(shè)計人員根據(jù)工況條件調(diào)整設(shè)計方案。正常來講,最大負荷工況分析是系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù),實際上,即反鏟工作裝置負荷最大值情況下,得知液壓缸獨立運動、復(fù)合運動情況。參數(shù)確定時,圍繞系統(tǒng)運行壓力、系統(tǒng)流量兩項重要因素進行確定,結(jié)合ZWY-160/55型挖掘式裝載機工況載荷值,液壓系統(tǒng)壓力為23Mpa。流量確定時,事先計算執(zhí)行單元工作流量,據(jù)此確定總流量。
工作介質(zhì)為抗磨液壓油,基于液壓泵完成機械能向液壓能的轉(zhuǎn)換,最后轉(zhuǎn)到機械能,使ZWY-160/55型挖掘式裝載機功能動作相應(yīng)發(fā)出。工作原理總結(jié):由三聯(lián)軸向恒功率變量柱塞泵(K3V-112DT)向ZWY-160/55型挖掘式裝載機供油,其中第一聯(lián)、第二聯(lián)將高壓油向四聯(lián)、五聯(lián)液控換向閥輸送,從油液角度來看,先后經(jīng)過主回油口、水冷散熱器、油箱。裝置連接期間,單片閥進出油口與執(zhí)行液壓元件進出油口相連;手動式先導(dǎo)閥分別與驅(qū)動油缸單閥片進出油口和回轉(zhuǎn)油缸單閥片進出油口連接。第三聯(lián)負責(zé)輸出低壓油,油液途徑設(shè)備與前兩聯(lián)油液途徑設(shè)備基本相同,在自封式吸油過濾器、自封式磁性回油過濾器輔助下,大大提高油液利用率,避免油液外泄?;谏鲜鲈矸治隹偨Y(jié)全液壓系統(tǒng)運行特點,第一,整機穩(wěn)定性,三聯(lián)軸向恒功率變量柱塞泵穩(wěn)定提供源源不斷的動力;第二,可操作性,在液壓先導(dǎo)控制技術(shù)輔助下高效完成生產(chǎn)任務(wù);第三,節(jié)能性,第三聯(lián)先導(dǎo)泵支持先導(dǎo)系統(tǒng)油液、水冷系統(tǒng)油液的同步供應(yīng),實現(xiàn)節(jié)能目的;第四,可靠性,雙向液壓鎖充當(dāng)閉鎖元件,一定程度上保證了運輸環(huán)節(jié)部件的穩(wěn)固性,即便裝載機投用階段存在振動,仍能保證產(chǎn)品的可靠性。
3.3 主要裝置設(shè)計方案
圍繞挖掘作業(yè)中反鏟式工作裝置精細化設(shè)計,設(shè)計人員以煤礦工況為出發(fā)點,結(jié)合煤巖獲取、整合需求,通過制定設(shè)計方案,保證該裝置的操作靈活性和擺動便捷性。實際設(shè)計中,全面考慮影響因素,如挖裝力、工況實際、整機作業(yè)范圍、工作效率及性能等因素,盡可能保證機構(gòu)參數(shù)的合理性。為提高設(shè)計工作的有效性,聯(lián)用圖解法和計算法。ZWY-160/55型挖掘式裝載機反鏟式工作裝置由臂部件、鏟斗、液壓缸等組成,挖樁環(huán)節(jié)大小臂液壓缸與鏟斗液壓缸協(xié)同運動,設(shè)計人員根據(jù)預(yù)定挖樁半徑適當(dāng)調(diào)整大小臂升降幅度及液壓缸伸縮量,視情況調(diào)整裝載機位置,確保挖樁深度、角度,以及液壓缸伸縮量達到規(guī)定標準。當(dāng)挖裝作業(yè)結(jié)束后,將各部件歸到原始位置,為后續(xù)作業(yè)循環(huán)做準備。掘進巷道時,待首次爆破后移動挖樁儀器,待爆破結(jié)束后將儀器遷移,直到挖樁任務(wù)順利實現(xiàn)。
設(shè)計人員要想進一步提升挖裝機反鏟工作裝置工作性能,務(wù)必著眼于工況,據(jù)此合理調(diào)節(jié)挖裝力,確保工作液壓缸和整機的挖裝力分別達到理論層面要求。液壓缸挖裝力大小調(diào)整時,圍繞鏟斗、小臂的液壓缸進行理論挖裝力分析,通過公式代入得出挖裝力最大值。一般情況下,液壓缸理論挖裝力與標準化要求一致,務(wù)必滿足液壓缸閉鎖、整機穩(wěn)定、地面附著等條件要求。除此之外,適當(dāng)設(shè)計ZWY-160/55型挖掘式裝載機挖裝作業(yè)范圍,即根據(jù)使用要求科學(xué)設(shè)計挖裝深度、距離、寬度、高度??紤]到研發(fā)要求的特殊性,設(shè)計人員需要合理化設(shè)計特殊工況尺寸,確保挖裝作業(yè)任務(wù)高效、優(yōu)質(zhì)完成。
3.4 有限元分析及現(xiàn)場應(yīng)用
ZWY-160/55型挖掘式裝載機總體設(shè)計結(jié)束后,通過有限元分析得知產(chǎn)品應(yīng)力應(yīng)變情況,根據(jù)分析結(jié)果適當(dāng)調(diào)整反鏟裝置設(shè)計方案,全面提升裝載機作業(yè)效率。一般來說,構(gòu)建有限元分析模型,通過實體模型直觀了解零部件、裝配體外觀及結(jié)構(gòu),經(jīng)網(wǎng)格劃分專項添加載荷、約束等條件,并準確了解工況狀態(tài)和載荷情況,以便更好地滿足挖裝作業(yè)要求。待載荷、約束施加情況達到預(yù)期,通過啟動運行模塊來求解,與此同時,適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu),通過提升局部結(jié)構(gòu)強度來保證整機強度。于試點煤礦-285m水平3-1回風(fēng)巷使用,ZWY-160/55型挖掘式裝載機具體作業(yè)內(nèi)容包括:裝載煤礦、挖取矸石,經(jīng)與輸送機、礦車協(xié)配,增加每次裝載量,在帶式輸送機協(xié)同配合下,大量且快速挖取矸石,經(jīng)機身上的刮板運輸部落入帶式輸送機,再輸送至礦車中。其中,挖斗容量大、插入力度大,裝巖速度快,礦車利用率高。工作時間22天,總進尺190m。ZWY-160/55型挖掘式裝載機具有功能齊全性、操作靈活性特點,大大減輕了工人的勞動強度,提高了作業(yè)效率。
綜上所述,ZWY-160/55型挖掘式裝載機投用期間,基于全液壓驅(qū)動控制模式,實現(xiàn)安全化、靈活化運作,這既能減少輔助設(shè)備的應(yīng)用,又能提高工作效率,從整體上提高作業(yè)有效性。放眼長遠,動態(tài)調(diào)整ZWY-160/55型挖掘式裝載機設(shè)計方案,能夠達到標準化掘進要求。
參考文獻
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