李洪冰 王玉福 徐仰升 汪洪海

(鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司齊大山鐵礦，遼寧 鞍山 114041)

0 引言

鞍鋼礦業(yè)公司齊大山鐵礦是國家“九五”計劃的重點工程，新建調(diào)軍臺選礦廠年處理鐵礦石能力達(dá)900萬t，鐵精礦年生產(chǎn)能力300萬t，在當(dāng)時是全國屈指可數(shù)的大型選礦廠之一；加上為原有的齊大山選礦廠每年提供800萬t鐵礦石，擴建后的采礦區(qū)域礦石年生產(chǎn)能力達(dá)1 700萬t以上，年采剝總量達(dá)6 400萬t以上，承擔(dān)著礦業(yè)公司五分之二的生產(chǎn)任務(wù)。當(dāng)時的礦業(yè)公司充分認(rèn)識到“齊大山鐵礦擴建工程”的重要性，按照“大型化、集約化、高效率”的原則，從美國BE公司引進(jìn)295B電鏟8臺，電鏟斗容16.8 m3。

以上技術(shù)參數(shù)來源于美國BE公司提供的《295B電鏟操作、維護(hù)、檢修手冊》，上述技術(shù)參數(shù)體現(xiàn)了295B電鏟技術(shù)的先進(jìn)性以及在齊大山鐵礦生產(chǎn)中的重要作用，如何降低295B電鏟故障率，提高作業(yè)率，是研究的重要課題。

1 改進(jìn)技術(shù)實施背景

齊大山鐵礦采礦區(qū)域從美國BE公司引進(jìn)的295B電鏟8臺，自1994年逐漸投入生產(chǎn)以來已服役26年。295B電鏟鏟門支點座是一項設(shè)備故障多、備件損耗大的項目，技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 295B電鏟技術(shù)參數(shù)

通過深入現(xiàn)場，跟蹤觀察295B電鏟的操作狀況、運行狀況，分析軌板、鏟門支點座損壞的原因，研究解決措施并設(shè)計“295B電鏟鏟門支點座改進(jìn)技術(shù)方案”，實施后295B電鏟運行成本將得到大幅下降，電鏟外觀見圖1。

圖1 295B電鏟

2 分析故障產(chǎn)生的原因，研究技術(shù)改造方案

2.1 295B電鏟鏟門支點座原設(shè)計情況概述

原有295B電鏟鏟門支點座為鑄鋼件,長環(huán)型,四壁句均勻,但其缺點是不耐用,使用周期580 h/件左右，見圖2。

圖2 支點座在鏟門開斗機構(gòu)中的位置圖

2.2 295B電鏟鏟門支點座失效原因分析

2.2.1 295B電鏟鏟門支點座工況

295B電鏟運行時，當(dāng)電鏟司機欲開鏟門時，按下電控按鈕，拉門卷揚電機轉(zhuǎn)動，帶動拉門繩向上運動，拉門繩帶動橫拉板向上運動，橫拉板從鏟門銷、鏟門支點座中穿過，另一端用銷軸固定在鏟門支點座上，橫拉板在拉門繩的牽引下繞著鏟門支點座中的銷軸向上運動，鏟門支點座用來支撐橫拉板向上提升,帶動鏟門銷向上運動,打開鏟門、卸礦。

2.2.2 295B電鏟鏟門支點座受力及失效形式

鏟門支點座受力:垂直作用于鏟門支點座導(dǎo)向槽表面的正壓力(當(dāng)電鏟司機欲開鏟門時，按下電控按鈕，拉門卷揚電機轉(zhuǎn)動，帶動拉門繩向上運動，拉門繩帶動橫拉板向上運動，橫拉板從鏟門銷、鏟門支點座中穿過，另一端用銷軸固定在鏟門支點座上，橫拉板在拉門繩的牽引下繞著銷軸向上運動沖擊鏟門支點座導(dǎo)向槽表面，形成垂直作用于鏟門支點座導(dǎo)向槽表面的正壓力)。

鏟門支點座失效形式: 鏟門支點座導(dǎo)向槽表面壓潰、導(dǎo)向槽縱向截面剪斷。

2.2.3 295B電鏟鏟門支點座失效原因

295B電鏟原始鏟門支點座導(dǎo)向槽上方縱向截面面積小，單位面積剪應(yīng)力大，剪切應(yīng)力大剪切斷裂，見圖3。

圖3 原設(shè)計支點座及失效形式

2.3 295B電鏟鏟門支點座改進(jìn)情況

改進(jìn)后的橫拉板支點座采用支點座本體和擋銷耳板組成。支點座的材料由Q235鋼經(jīng)鍛造形成長方體毛坯料。鍛造工藝環(huán)節(jié)對于“295B電鏟鏟門支點座改進(jìn)技術(shù)”至關(guān)重要。對鍛造工藝要求如下：

1)采用自由鍛造工藝。自由造鍛的工序一般可分為基本工序、輔助工序、修整工序。為了增大變形量和改善材質(zhì)而設(shè)的工序，稱為基本工序；為了保證基本工序順利進(jìn)行而設(shè)的工序，稱為輔助工序；為了提高鍛件尺寸精度、表面光潔度、形狀準(zhǔn)確度，而采用變形量很小的一些工序，稱為修整工序。基本工序是鍛件成型過程中必須完成的變形工序，主要包括：(1)鐓粗：使坯料高度減小，橫截面積增加；(2)抜長：使坯料橫截面積減小，長度增加；(3)沖孔：使坯料上沖出通孔或盲孔；(4)擴孔：擴大空心坯料內(nèi)、外徑或減小孔壁厚度；(5)芯棒抜長：將空心坯料套在芯棒上進(jìn)行抜長，以減小外徑或厚度并增加其長度；(6)切斷將坯料切斷為幾部分，或從內(nèi)部或從外部割出一部分；(7)彎曲：用工模具將坯料彎成一定角度；(8)錯位：將坯料的一部分錯移開并保持軸心平行；(9)扭轉(zhuǎn)：將坯料的一部分相對于另一部分繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)成一定角度；(10)鐓擠：使毛坯在鐓粗變形的同時還有局部擠壓變形；(11)鍛接將坯料加熱后用錘快擊，使兩者在固相狀態(tài)下結(jié)合。

2)鍛造比是用來表示變形程度的一種方法，通長用變形前后的截面比、長度比或高度比來表示。對于一般鍛件鍛造比為2:4；對于重要鍛件鍛造比為4:8。

3)自由鍛工藝過程的制定程序。自由鍛工藝過程包括：根據(jù)零件圖繪制鍛件圖、決定坯料重量和尺寸、確定變形工藝和鍛造比、選擇設(shè)備、確定鍛造溫度范圍，加熱和冷卻規(guī)范、確定熱處理范圍、填寫工藝卡片等。自由鍛工藝流程一般為：下料-加熱-鍛打-鍛后處理-檢驗。

4)自由鍛工藝流程中注意事項：控制溫度在1 180～1 300 ℃，防止坯料加熱溫度過高，過度氧化；鍛件在鍛制過程中要采取適當(dāng)措施，防止坯料出現(xiàn)裂紋、夾渣缺陷。

鏟門支點座坯料制成后再經(jīng)機械加工形成零件；擋銷耳板的材料采用Q235鋼板機械加工形成零件，然后將兩塊擋銷耳板用特殊的焊接工藝、焊接材料分別焊接在支點座的同一側(cè)面上。

采用這樣的結(jié)構(gòu)使新型支點座在使用中體現(xiàn)四大優(yōu)點：

1)充分利用Q235鋼在鍛造過程中形成的金屬纖維束的特性，提高支點座抗沖擊能力；

2)充分利用Q235鋼在鍛造過程中形成致密材質(zhì)，提高支點座的強度；

3)充分利用新型支點座設(shè)計結(jié)構(gòu)中，上部加寬的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高新型支點座在使用中的承載能力；

4)兩塊擋銷耳板焊接在支點座上，采用的是特殊的焊接工藝、焊接材料，這種特殊的焊接工藝可以在常溫下正常焊接，不需要其它任何條件和處理，這種特殊的焊接材料可以和任何母材融合，焊接后沒有吸氧裂紋和氫脆現(xiàn)象，并保證焊縫有足夠的焊接強度。

2.4 本改進(jìn)的支點座應(yīng)力計算

σ=F/2S

(1)

式中：σ—應(yīng)力；F—作用力；S—應(yīng)力作用面積

改進(jìn)前S=200×30=6 000 mm2

改進(jìn)后S’=200×100=20 000 mm2

S’/S=20 000÷6 000=6.67；F/2不變 σ’/σ=1/6.67，即改進(jìn)后縱向剪應(yīng)力是改進(jìn)前的1/6.67。

計算結(jié)果證明，技術(shù)改進(jìn)的支點座縱向剪應(yīng)力大幅降低。改進(jìn)后的支點座在實際使用中，支點座本體沒有發(fā)生破壞現(xiàn)象，使用壽命2 100 h以上，是改進(jìn)前的3.62倍,有利于降本增效。

2.5 具體實施方式

1)用直徑Ф260 mm、長350 mm的Q235園鋼加熱到1 180 ℃，然后采用自由鍛造工藝加工成320 mm×220 mm×120 mm長方體，見圖4。自由鍛工藝流程一般為：下料-加熱-鍛打-鍛后處理-檢驗；自由鍛工藝流程中注意事項：控制溫度在1 180～1 300 ℃，防止坯料加熱溫度過高，過度氧化；鍛件在鍛制過程中要采取適當(dāng)措施，防止坯料出現(xiàn)裂紋、夾渣缺陷；鍛件加工完成后，要清凈外表面氧化層。

圖4 295B電鏟改進(jìn)后的支點座本體的機械加工圖

2)用銑床或鏜床加工120 mm寬的面長中間空腔，用鉆床加工220 mm寬的面長中間園孔，(加工過程中，注意：加工前，先將鍛件加工出加工基準(zhǔn)面；裝卡定位要正確，不能出現(xiàn)偏斜，防止加工后長中間空腔、園孔出現(xiàn)歪斜，前后壁厚不均現(xiàn)象)加工后去除毛刺。毛坯鍛件加工完成后，待焊接部位要用100#汽油清洗干凈，防止焊接時有油污間雜。

3)用線切割機加工擋銷耳板，加工后去除毛刺，長度為220 mm的邊兩側(cè)要制作“Y”坡口，用于焊接，見圖5。待焊接部位要用100#汽油清洗干凈，防止焊接時有油污間雜。

圖5 295B電鏟改進(jìn)后的支點座的擋銷耳板的機械加工圖

4)用特殊的焊接材料，采用特殊的焊接工藝將擋銷耳板按圖3所示的結(jié)構(gòu)形式焊接組合成一體，見圖6。焊接前要對齊找正后點焊定位。分段焊接，每次焊接長度50～80 mm，一次焊接后稍微停頓，控制焊件整體溫度不超過300 ℃，防止產(chǎn)生熱變形，內(nèi)外側(cè)交替進(jìn)行，并及時清除焊渣；每次焊后要找正，及時清除焊渣，控制焊件整體溫度不超過300 ℃，防止產(chǎn)生熱變形，直到兩側(cè)縫隙全焊滿，冷卻到室溫。

圖6 295B電鏟改進(jìn)后鏟門支點座的加工結(jié)構(gòu)圖

5)去除焊渣、打磨非邊毛刺，并用棒磨打磨支點座與耳板焊縫處多余焊料，保證不影響支點座銷軸安裝及外部兩個擋銷正常安裝，成品加工完成。

3 實施效果

“295B電鏟鏟門支點座改進(jìn)技術(shù)”在齊大山鐵礦采礦作業(yè)區(qū)的295B電鏟應(yīng)用后，設(shè)備運行穩(wěn)定，其產(chǎn)品的使用性能超過進(jìn)口同等備件，該項技術(shù)在齊大山鐵礦采礦作業(yè)區(qū)得到推廣應(yīng)用。

4 經(jīng)濟效益

4.1 直接經(jīng)濟效益

295B電鏟鏟門支點座使用周期580 h/件左右，每臺電鏟每年使用鏟門支點座15件左右，8臺每年使用鏟門支點座120件左右，鏟門支點座價格1 180元/件，全年備件費用14.16萬元。改進(jìn)技術(shù)鏟門支點座使用壽命2 100 h以上，是改進(jìn)前的3.6倍。

直接經(jīng)濟效益=14.16×(1-1÷3.6)=7.667萬元/年

4.2 間接經(jīng)濟效益

1)設(shè)備故障率降低1.03%，完好率達(dá)93.5%，作業(yè)率提高6.45%，提升產(chǎn)能43萬t/月左右。

2)確保該礦每年完成采剝總量6 400萬t，避免兩個選礦廠減少鐵礦石供貨300萬t左右，鐵精礦減產(chǎn)100萬t左右，間接創(chuàng)效價值100萬t×564元/t=56 400萬元。

5 結(jié)語

鞍鋼集團(tuán)齊大山鐵礦針對美國295B電鏟鏟門支點座的問題，研究實施了“295B電鏟鏟門支點座改進(jìn)技術(shù)方案”，有效降低了295B電鏟故障率，提高了作業(yè)率和綜合臺數(shù)指標(biāo)。