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(guó)家“九五”計(jì)劃的重點(diǎn)工程，新建調(diào)軍臺(tái)選礦廠(chǎng)年處理鐵礦石能力達(dá)900萬(wàn)t，鐵精礦年生產(chǎn)能力300萬(wàn)t，在當(dāng)時(shí)是全國(guó)屈指可數(shù)的大型選礦廠(chǎng)之一；加上為原有的齊大山選礦廠(chǎng)每年提供800萬(wàn)t鐵礦石，擴(kuò)建后的采礦區(qū)域礦石年生產(chǎn)能力達(dá)1 700萬(wàn)t以上，年采剝總量達(dá)6 400萬(wàn)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(shí)的礦業(yè)公司充分認(rèn)識(shí)到“齊大山鐵礦擴(kuò)建工程”的重要性，按照“大型化、集約化、高效率”的原則，從美國(guó)BE公司引進(jìn)295B電鏟8臺(tái)，電鏟斗容16.8 m3。

以上技術(shù)參數(shù)來(lái)源于美國(guó)BE公司提供的《295B電鏟操作、維護(hù)、檢修手冊(cè)》，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(shí)施背景

齊大山鐵礦采礦區(qū)域從美國(guó)BE公司引進(jìn)的295B電鏟8臺(tái)，自1994年逐漸投入生產(chǎn)以來(lái)已服役26年。295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座是一項(xiàng)設(shè)備故障多、備件損耗大的項(xiàng)目，技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 295B電鏟技術(shù)參數(shù)

通過(guò)深入現(xiàn)場(chǎng)，跟蹤觀(guān)察295B電鏟的操作狀況、運(yùn)行狀況，分析軌板、鏟門(mén)支點(diǎn)座損壞的原因，研究解決措施并設(shè)計(jì)“295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座改進(jìn)技術(shù)方案”，實(shí)施后295B電鏟運(yùn)行成本將得到大幅下降，電鏟外觀(guān)見(jiàn)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(mén)支點(diǎn)座原設(shè)計(jì)情況概述

原有295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座為鑄鋼件,長(zhǎng)環(huán)型,四壁句均勻,但其缺點(diǎn)是不耐用,使用周期580 h/件左右，見(jiàn)圖2。

圖2 支點(diǎn)座在鏟門(mén)開(kāi)斗機(jī)構(gòu)中的位置圖

2.2 295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座失效原因分析

2.2.1 295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座工況

295B電鏟運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電鏟司機(jī)欲開(kāi)鏟門(mén)時(shí)，按下電控按鈕，拉門(mén)卷?yè)P(yáng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)拉門(mén)繩向上運(yùn)動(dòng)，拉門(mén)繩帶動(dòng)橫拉板向上運(yùn)動(dòng)，橫拉板從鏟門(mén)銷(xiāo)、鏟門(mén)支點(diǎn)座中穿過(guò)，另一端用銷(xiāo)軸固定在鏟門(mén)支點(diǎn)座上，橫拉板在拉門(mén)繩的牽引下繞著鏟門(mén)支點(diǎn)座中的銷(xiāo)軸向上運(yùn)動(dòng)，鏟門(mén)支點(diǎn)座用來(lái)支撐橫拉板向上提升,帶動(dòng)鏟門(mén)銷(xiāo)向上運(yùn)動(dòng),打開(kāi)鏟門(mén)、卸礦。

2.2.2 295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座受力及失效形式

鏟門(mén)支點(diǎn)座受力:垂直作用于鏟門(mén)支點(diǎn)座導(dǎo)向槽表面的正壓力(當(dāng)電鏟司機(jī)欲開(kāi)鏟門(mén)時(shí)，按下電控按鈕，拉門(mén)卷?yè)P(yáng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)拉門(mén)繩向上運(yùn)動(dòng)，拉門(mén)繩帶動(dòng)橫拉板向上運(yùn)動(dòng)，橫拉板從鏟門(mén)銷(xiāo)、鏟門(mén)支點(diǎn)座中穿過(guò)，另一端用銷(xiāo)軸固定在鏟門(mén)支點(diǎn)座上，橫拉板在拉門(mén)繩的牽引下繞著銷(xiāo)軸向上運(yùn)動(dòng)沖擊鏟門(mén)支點(diǎn)座導(dǎo)向槽表面，形成垂直作用于鏟門(mén)支點(diǎn)座導(dǎo)向槽表面的正壓力)。

鏟門(mén)支點(diǎn)座失效形式: 鏟門(mén)支點(diǎn)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(mén)支點(diǎn)座失效原因

295B電鏟原始鏟門(mén)支點(diǎn)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(jiàn)圖3。

圖3 原設(shè)計(jì)支點(diǎn)座及失效形式

2.3 295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座改進(jìn)情況

改進(jìn)后的橫拉板支點(diǎn)座采用支點(diǎn)座本體和擋銷(xiāo)耳板組成。支點(diǎn)座的材料由Q235鋼經(jīng)鍛造形成長(zhǎng)方體毛坯料。鍛造工藝環(huán)節(jié)對(duì)于“295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座改進(jìn)技術(shù)”至關(guān)重要。對(duì)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(chēng)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(chēng)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(chēng)為修整工序?；竟ば蚴清懠尚瓦^(guò)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(zhǎng)：使坯料橫截面積減小，長(zhǎng)度增加；(3)沖孔：使坯料上沖出通孔或盲孔；(4)擴(kuò)孔：擴(kuò)大空心坯料內(nèi)、外徑或減小孔壁厚度；(5)芯棒抜長(zhǎng)：將空心坯料套在芯棒上進(jìn)行抜長(zhǎng)，以減小外徑或厚度并增加其長(zhǎng)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(cuò)位：將坯料的一部分錯(cuò)移開(kāi)并保持軸心平行；(9)扭轉(zhuǎn)：將坯料的一部分相對(duì)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(shí)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(lái)表示變形程度的一種方法，通長(zhǎng)用變形前后的截面比、長(zhǎng)度比或高度比來(lái)表示。對(duì)于一般鍛件鍛造比為2:4；對(duì)于重要鍛件鍛造比為4:8。

3)自由鍛工藝過(guò)程的制定程序。自由鍛工藝過(guò)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(xiě)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(yàn)。

4)自由鍛工藝流程中注意事項(xiàng)：控制溫度在1 180～1 300 ℃，防止坯料加熱溫度過(guò)高，過(guò)度氧化；鍛件在鍛制過(guò)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(mén)支點(diǎn)座坯料制成后再經(jīng)機(jī)械加工形成零件；擋銷(xiāo)耳板的材料采用Q235鋼板機(jī)械加工形成零件，然后將兩塊擋銷(xiāo)耳板用特殊的焊接工藝、焊接材料分別焊接在支點(diǎn)座的同一側(cè)面上。

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

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

2)充分利用Q235鋼在鍛造過(guò)程中形成致密材質(zhì)，提高支點(diǎn)座的強(qiáng)度；

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

4)兩塊擋銷(xiāo)耳板焊接在支點(diǎn)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(méi)有吸氧裂紋和氫脆現(xiàn)象，并保證焊縫有足夠的焊接強(qiáng)度。

2.4 本改進(jìn)的支點(diǎn)座應(yīng)力計(jì)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(jì)算結(jié)果證明，技術(shù)改進(jìn)的支點(diǎn)座縱向剪應(yīng)力大幅降低。改進(jìn)后的支點(diǎn)座在實(shí)際使用中，支點(diǎn)座本體沒(méi)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(shí)施方式

1)用直徑Ф260 mm、長(zhǎng)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(zhǎng)方體，見(jiàn)圖4。自由鍛工藝流程一般為：下料-加熱-鍛打-鍛后處理-檢驗(yàn)；自由鍛工藝流程中注意事項(xiàng)：控制溫度在1 180～1 300 ℃，防止坯料加熱溫度過(guò)高，過(guò)度氧化；鍛件在鍛制過(guò)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(diǎn)座本體的機(jī)械加工圖

2)用銑床或鏜床加工120 mm寬的面長(zhǎng)中間空腔，用鉆床加工220 mm寬的面長(zhǎng)中間園孔，(加工過(guò)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(zhǎng)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(shí)有油污間雜。

3)用線(xiàn)切割機(jī)加工擋銷(xiāo)耳板，加工后去除毛刺，長(zhǎng)度為220 mm的邊兩側(cè)要制作“Y”坡口，用于焊接，見(jiàn)圖5。待焊接部位要用100#汽油清洗干凈，防止焊接時(shí)有油污間雜。

圖5 295B電鏟改進(jìn)后的支點(diǎn)座的擋銷(xiāo)耳板的機(jī)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(xiāo)耳板按圖3所示的結(jié)構(gòu)形式焊接組合成一體，見(jiàn)圖6。焊接前要對(duì)齊找正后點(diǎn)焊定位。分段焊接，每次焊接長(zhǎng)度50～80 mm，一次焊接后稍微停頓，控制焊件整體溫度不超過(guò)300 ℃，防止產(chǎn)生熱變形，內(nèi)外側(cè)交替進(jìn)行，并及時(shí)清除焊渣；每次焊后要找正，及時(shí)清除焊渣，控制焊件整體溫度不超過(guò)300 ℃，防止產(chǎn)生熱變形，直到兩側(cè)縫隙全焊滿(mǎn)，冷卻到室溫。

圖6 295B電鏟改進(jìn)后鏟門(mén)支點(diǎn)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(diǎn)座與耳板焊縫處多余焊料，保證不影響支點(diǎn)座銷(xiāo)軸安裝及外部?jī)蓚€(gè)擋銷(xiāo)正常安裝，成品加工完成。

3 實(shí)施效果

“295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)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(yùn)行穩(wěn)定，其產(chǎn)品的使用性能超過(guò)進(jìn)口同等備件，該項(xiàng)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(jì)效益

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座使用周期580 h/件左右，每臺(tái)電鏟每年使用鏟門(mén)支點(diǎn)座15件左右，8臺(tái)每年使用鏟門(mén)支點(diǎn)座120件左右，鏟門(mén)支點(diǎn)座價(jià)格1 180元/件，全年備件費(fèi)用14.16萬(wàn)元。改進(jìn)技術(shù)鏟門(mén)支點(diǎn)座使用壽命2 100 h以上，是改進(jìn)前的3.6倍。

直接經(jīng)濟(jì)效益=14.16×(1-1÷3.6)=7.667萬(wàn)元/年

4.2 間接經(jīng)濟(jì)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(wàn)t/月左右。

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

5 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼集團(tuán)齊大山鐵礦針對(duì)美國(guó)295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)座的問(wèn)題，研究實(shí)施了“295B電鏟鏟門(mén)支點(diǎn)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(tái)數(shù)指標(biāo)。