閆福榮

摘 要：挖掘機(jī)是露天礦山開(kāi)采的必需設(shè)備，新礦山或老礦山在選購(gòu)?fù)诰驒C(jī)時(shí)都選購(gòu)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(kāi)式傳動(dòng)、傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，造成故障率高、維護(hù)成本高、出動(dòng)率低，是老礦山亟待要解決的問(wèn)題?！八牧㈦妱?dòng)挖掘機(jī)”升級(jí)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(kāi)式傳動(dòng);行星減速機(jī);免維護(hù)。

挖掘機(jī)是露天開(kāi)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(tái)四立方米單斗挖掘機(jī)在Ⅵ級(jí)土壤中的挖掘工作相當(dāng)于1500人的勞動(dòng)量?？梢?jiàn)其驚人的生產(chǎn)能力。

隨著國(guó)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(dòng)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(kāi)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(shì)。

目前，我國(guó)新開(kāi)發(fā)的露天礦已經(jīng)很少選用四立方電動(dòng)挖掘機(jī)，一般都選用十立方及以上更大規(guī)格的電動(dòng)挖掘機(jī)。四立方電動(dòng)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(dòng)挖掘機(jī)在設(shè)計(jì)制造過(guò)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(zhǎng)、價(jià)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(dòng)挖掘機(jī)”如何提高使用性能已經(jīng)勢(shì)在必行。

四立方挖掘升級(jí)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(dòng)系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)態(tài)仿真分析， 提高了傳動(dòng)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(tái)、A 形架、底架、履帶架以及大型齒輪箱的設(shè)計(jì)和制造過(guò)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(guò)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(dòng)零件的可靠性。廣泛采用硬齒面齒輪傳動(dòng)技術(shù)。在傳動(dòng)系統(tǒng)的軸類(lèi)和齒輪類(lèi)零件的設(shè)計(jì)和制造過(guò)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(lèi)零件的抗彎、抗扭強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度， 提高了傳動(dòng)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(xiāo)軸類(lèi)、支重輪、環(huán)軌等零件的設(shè)計(jì)和制造過(guò)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(zhǎng)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(shí)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)的采用，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用驅(qū)動(dòng)輪高置的近似鏈輪-鏈條驅(qū)動(dòng)的履帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。履帶板和驅(qū)動(dòng)輪的嚙合部位在靠近連接銷(xiāo)的中心線處。與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)相比， 其接合長(zhǎng)度大大增加， 壓力角明顯減小。新的履帶驅(qū)

動(dòng)系統(tǒng)將消除節(jié)距干涉，降低驅(qū)動(dòng)輪和履帶板在嚙合時(shí)的相對(duì)滑行量，從而減少驅(qū)動(dòng)輪和履帶板的磨損。另外，驅(qū)動(dòng)輪凸塊和履帶板間嚙合壓力角的減小幾乎消除它們?cè)谳d荷作用下分離的可能性，將改善履帶板和履帶連接銷(xiāo)的受力狀況，提高履帶驅(qū)動(dòng)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(dòng)” 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(shí)序邏輯控制，變頻傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)各機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動(dòng)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(duì)各種信號(hào)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(jí)數(shù)據(jù)之間交換通過(guò)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(duì)電網(wǎng)無(wú)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(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、潤(rùn)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(shí)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(dòng)稱(chēng)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(dòng)挖掘機(jī)重點(diǎn)升級(jí)部份簡(jiǎn)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(duì)設(shè)備起到很好的保護(hù)作用。

二、機(jī)械部份的升級(jí)：

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(kāi)式傳動(dòng)方式。提升卷?yè)P(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(jiǎn)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(shí)傳動(dòng)，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(wú)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(dòng)、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(gè)、共8個(gè)，再加2個(gè)拉緊輪。拉緊輪裝在拉緊方軸上。主動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)輪及行星減速機(jī)采用漸開(kāi)線花鍵聯(lián)結(jié)，取消多余的傳動(dòng)鏈，確保無(wú)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(dòng)挖掘機(jī)”升級(jí)總體采用模塊化設(shè)計(jì)，可以對(duì)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(duì)提升卷?yè)P(yáng)。這些減速機(jī)均為專(zhuān)業(yè)減速機(jī)廠家生產(chǎn)，能確保3萬(wàn)小時(shí)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(wú)故障運(yùn)行”，從而大大提高電鏟出動(dòng)率。

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