蘇運(yùn)動(dòng)

（1.太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原030024；2.礦山采掘裝備及智能制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030024）

由太原重工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱我公司）自行研制開發(fā)的某礦用挖掘機(jī)應(yīng)用于國內(nèi)外各大礦山，打破了國外企業(yè)對(duì)露天礦大型礦用挖掘機(jī)的壟斷，某礦用挖掘機(jī)為主要出口機(jī)型之一，已銷售50多臺(tái)套，經(jīng)過在國內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)的十多年使用經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)、開斗機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)等需要優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 除塵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

某挖掘機(jī)通風(fēng)除塵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)前為老式的葉片式惰性除塵器，由于除塵器本身的除塵效率較低（除塵效率≥60%），除塵效果不理想，導(dǎo)致機(jī)棚內(nèi)部灰塵較大；另一方面，葉片式惰性除塵器中葉片的積灰也不易清理，更加降低了除塵效率。特別是機(jī)棚內(nèi)的粉塵會(huì)致使電器元件不能正常工作。這不僅給工人增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也影響設(shè)備的工作效率。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后通風(fēng)除塵系統(tǒng)采用濾筒除塵器，當(dāng)含粉塵的空氣通過濾筒時(shí)，對(duì)0.5μm以上顆粒的粉塵凈化率可達(dá)到99.99%。增壓風(fēng)機(jī)將過濾后的干凈空氣吹往機(jī)棚，保證機(jī)棚內(nèi)部的正壓，降低粉塵對(duì)機(jī)電設(shè)備造成的損害，同時(shí)降低機(jī)棚內(nèi)機(jī)電設(shè)備的工作溫度，保證夏季高溫時(shí)電氣設(shè)備能在合理的溫度下運(yùn)行。優(yōu)化前后的除塵系統(tǒng)見圖1和圖2。

圖1 優(yōu)化設(shè)計(jì)前的惰性除塵系統(tǒng)

圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的濾筒除塵系統(tǒng)

2 電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

某礦用挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用整流單元，公用直流母線變頻調(diào)速系統(tǒng)，它是我公司自主開發(fā)的新一代挖掘機(jī)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，其產(chǎn)品優(yōu)秀的質(zhì)量品質(zhì)和為之開發(fā)的挖掘機(jī)專用系統(tǒng)軟件。使國產(chǎn)礦用挖掘機(jī)的電氣控制技術(shù)水平達(dá)到了當(dāng)今國內(nèi)領(lǐng)先水平。

優(yōu)化設(shè)計(jì)前，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是整流不回饋系統(tǒng)，挖掘機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，多余能量通過制動(dòng)電阻消耗，發(fā)熱能量直接通過空氣散發(fā)掉；系統(tǒng)特點(diǎn)是：卓越的變頻調(diào)速性能；運(yùn)行可靠性高；能量不可回饋，相對(duì)耗能較高。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用可控硅整流，IGBT回饋單元的整流回饋系統(tǒng)，挖掘機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，多余能量直接反饋給電網(wǎng)，節(jié)省能量。系統(tǒng)特點(diǎn)是：卓越的變頻調(diào)速性能；允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍大+10%，-30%（1 min）；功率因素可達(dá)1，或進(jìn)行無功補(bǔ)償（可調(diào)整）；無諧波分量，對(duì)電網(wǎng)無污染；無逆變失敗，運(yùn)行可靠；能量可回饋、節(jié)電；代表目前最先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)。

3 自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

某挖掘機(jī)的自動(dòng)干油集中潤(rùn)滑，它可以自動(dòng)控制定時(shí)、定量、多部位、分散、遠(yuǎn)距離的對(duì)滾動(dòng)，滑動(dòng)部位和開式齒輪的潤(rùn)滑，大大減少了零部件磨損，提高了生產(chǎn)率及設(shè)備使用壽命。

手工干油潤(rùn)滑主要是針對(duì)干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)不便于潤(rùn)滑到的部位進(jìn)行潤(rùn)滑。優(yōu)化設(shè)計(jì)前，某挖掘機(jī)起重臂鞍座上滑板和側(cè)滑板采用手動(dòng)潤(rùn)滑，勞動(dòng)強(qiáng)度大，潤(rùn)滑效果不理想。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，起重臂鞍座上滑板和側(cè)滑板改為噴射潤(rùn)滑，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了潤(rùn)滑效果，延長(zhǎng)了斗桿和起重臂的使用壽命。優(yōu)化前后的起重臂鞍座潤(rùn)滑見圖3和圖4。

圖1 優(yōu)化設(shè)計(jì)前的起重臂鞍座潤(rùn)滑

圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的起重臂鞍座潤(rùn)滑

4 斗機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

開斗電動(dòng)機(jī)通過一級(jí)開式漸開線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)。開斗鋼絲繩的一端與開斗卷筒間采用楔套式聯(lián)接，另一端通過安裝在起重臂、斗桿和鏟斗斗底裝置上的定滑輪組以及安裝在鏟斗斗底裝置上的動(dòng)滑輪組與開斗杠桿相聯(lián)接。開斗機(jī)構(gòu)主要由開斗電動(dòng)機(jī)、開斗減速機(jī)、開斗卷筒、開斗鋼絲繩、安裝支架以及滑輪組等組成。開斗機(jī)構(gòu)安裝在起重臂的平臺(tái)上。

優(yōu)化設(shè)計(jì)前，開斗機(jī)構(gòu)行程不夠，經(jīng)常打不開斗底板；繃?yán)K電流過大，斗底門閉合不了。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，通過把開斗杠桿結(jié)構(gòu)搖臂式結(jié)構(gòu)，解決了開斗機(jī)構(gòu)行程不夠，經(jīng)常打不開斗底板的問題；繃緊鋼絲繩電流降低2 A，解決了斗底門閉合不了的問題。

5 提升減速箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)

提升減速箱由提升Ⅰ軸、提升Ⅱ軸、提升Ⅲ軸（右）、提升Ⅲ軸（左）、機(jī)構(gòu)支座、齒輪箱蓋、聯(lián)接件等組成。機(jī)構(gòu)支座、齒輪箱蓋組成提升減速；機(jī)構(gòu)支座是提升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)件的支承結(jié)構(gòu)件，其為整體結(jié)構(gòu)，通過螺栓安裝在中部平臺(tái)上。

電鏟經(jīng)過三年的運(yùn)行后，由于提升機(jī)構(gòu)受力較大，提升卷筒頻繁正反轉(zhuǎn)，造成機(jī)構(gòu)支座中央托架開裂，減速箱漏油。

針對(duì)提升減速箱中間軸承架易開裂部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了提升減速箱體開裂和漏油問題。

6 其他部分

露天礦開采工作是世界上公認(rèn)的最危險(xiǎn)的職業(yè)之一。作為主采設(shè)備之一的電動(dòng)挖掘機(jī)的安全性毋庸置疑。隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)挖掘機(jī)也在朝著更加安全、更加可靠的方向發(fā)展。

某挖掘機(jī)在安全部分進(jìn)行了如下優(yōu)化設(shè)計(jì)：增加了高壓危險(xiǎn)、觸碰旋轉(zhuǎn)部件、機(jī)器運(yùn)行時(shí)登梯、在挖掘機(jī)上行走及登梯、蓄能釋放、安全出口等安全標(biāo)示；增加了可以消除電鏟四周盲區(qū)，便于駕駛員判斷電鏟四周情況的盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)視駕駛員睡覺或玩手機(jī)等違規(guī)行為和駕駛室環(huán)境的司機(jī)疲勞駕駛系統(tǒng)；客戶端可在全球任何有網(wǎng)絡(luò)的地方對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的狀態(tài)分析和故障診斷，為設(shè)備的使用保駕護(hù)航，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)；增加滅火裝備；增加推壓和提升限位保護(hù)。

7 結(jié)語

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的某挖掘機(jī)采用最先進(jìn)的技術(shù)，降低挖掘機(jī)的故障率，提高挖掘機(jī)的可動(dòng)率，提高用戶對(duì)公司產(chǎn)品的認(rèn)可度，優(yōu)化設(shè)計(jì)后與世界頂尖挖掘機(jī)技術(shù)水平相當(dāng)，使得某挖掘機(jī)的使用性能更能滿足用戶的需求，參與國際競(jìng)爭(zhēng)，占領(lǐng)市場(chǎng)，為公司帶來更可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并為其他同類設(shè)備設(shè)計(jì)提供參考。