高寒地區(qū)大型露天礦挖裝設(shè)備WKH—12電鏟的研制

摘 要：根據(jù)電鏟高效率、高可靠性的要求及響應(yīng)國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，WKH-12電鏟采用了先進(jìn)的帶能量回饋多傳動(dòng)變頻系統(tǒng)，該設(shè)備滿斗系數(shù)高，機(jī)重大，能承受長時(shí)期重載挖掘；環(huán)境溫度適應(yīng)性強(qiáng)，適合礦山的惡劣環(huán)境，-40℃～+55℃潤滑油影響小；起重臂長，卸載范圍大，卡車容易對(duì)位，易裝滿卡車。本文介紹了WKH-12電鏟的研制情況，重點(diǎn)介紹了該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)組成及主要作業(yè)功能。

關(guān)鍵詞：高寒；交流變頻控制；單卷筒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.001

0 引言

伊春鹿鳴鉬礦位于黑龍江省伊春市鐵力林業(yè)局鹿鳴林場事業(yè)區(qū)內(nèi)，鹿鳴林場東北2km處；采礦區(qū)面積4.6平方公里，主礦產(chǎn)鉬礦礦石量8.14億噸，鉬金屬量75.18萬噸，目前單體鉬礦規(guī)模居全國第一。 礦區(qū)位于佳木斯隆起的北部鶴崗?fù)蛊鹚姆缴搅謭鰪?fù)式背斜的南東翼。區(qū)內(nèi)山勢(shì)雄偉，地形標(biāo)高 300～460 米，相對(duì)高差 200～250 米，其地貌類型為剝蝕-堆積低山丘陵區(qū)，埋藏較淺，非常適合露天開采。本區(qū)氣候?yàn)橹袦貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)。冬季嚴(yán)寒漫長、夏季炎熱短促。鑒于以上特點(diǎn)，伊春鹿鳴鉬礦屬于高寒地區(qū)大型露天礦。比地下開采更易于應(yīng)用大型生產(chǎn)設(shè)備，從而可以擴(kuò)大企業(yè)的生產(chǎn)能力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短基建時(shí)間，降低開采成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，露天開采具有資源采出率高、生產(chǎn)安全可靠、生產(chǎn)空間不受限制等優(yōu)點(diǎn)。因此，中鐵資源集團(tuán)伊春鹿鳴礦業(yè)公司決定礦山采用露天開采，先期為山坡露天，后轉(zhuǎn)入凹陷露天。在露天開采作業(yè)中挖裝設(shè)備的選型和設(shè)備性能直接影響露天礦的開采能力與進(jìn)度。由于伊春鹿鳴鉬礦處于高寒地帶，冬季最低溫度達(dá)到-43.1℃，國內(nèi)市場現(xiàn)有的電鏟在冬季嚴(yán)寒條件下作業(yè)故障率高，效率低，設(shè)備性能不穩(wěn)定，不能很好的滿足伊春鹿鳴鉬礦的采礦生產(chǎn)要求。因此，中鐵工程機(jī)械研究設(shè)計(jì)院開發(fā)了WKH-12電鏟，該設(shè)備適合伊春高寒地區(qū)氣候特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用了最新電氣控制及集中潤滑技術(shù)，運(yùn)行更為可靠、安全。

1 WKH-12電鏟的主要技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

2 WKH-12電鏟的總體組成

WKH-12型電鏟的機(jī)械部分由工作裝置、上部機(jī)構(gòu)、下部機(jī)構(gòu)等組成。

工作裝置采用單梁起重臂、雙斗桿齒輪-齒條推壓機(jī)構(gòu)，并配有氣動(dòng)盤式離合器來限制推壓機(jī)構(gòu)承受的最大動(dòng)負(fù)荷。

上部機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、單電機(jī)單卷筒提升機(jī)構(gòu)、正壓通風(fēng)除塵的密封機(jī)棚以及帶空調(diào)除塵的司機(jī)室。此外，上部機(jī)構(gòu)中還包括有雙腳支架、氣路系統(tǒng)和干油自動(dòng)集中潤滑系統(tǒng)、稀油潤滑系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)的主要部分。

下部機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)支承采用了圓錐形輥盤、上環(huán)軌分段式裝配、下環(huán)軌整體式裝配的錐形環(huán)軌。行走支承采用多支點(diǎn)履帶式行走裝置。行走機(jī)構(gòu)采用雙電機(jī)雙行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，安裝在底架梁的后部。

下圖為WKH-12電鏟的實(shí)物照片。

3 主要結(jié)構(gòu)介紹

3.1 鏟斗

鏟斗為鑄焊結(jié)構(gòu)，由斗齒、斗體、斗底、斗底緩沖裝置、提梁、均衡輪及各連接銷軸等零部件組成。

斗體主要由高強(qiáng)度耐磨鋼板焊接而成，鏟斗前壁的上部焊有由高強(qiáng)度耐磨材料鑄造的、可更換的斗唇；下部焊有由高強(qiáng)度耐磨材料鑄造的、可更換的斗栓座。鏟斗前部焊有可更換的耐磨塊。

3.2 斗桿

斗桿由整體焊接變截面左、右斗桿、連接筒、焊接整體齒條、后擋板、壓桿等組成。

通過更換不同長度的壓桿，可以調(diào)整鏟斗的安裝角度。

整體焊接變截面左、右斗桿由具有低溫沖擊韌性的低合金高強(qiáng)度鋼板焊接而成。這種結(jié)構(gòu)的雙斗桿具有強(qiáng)度高、重量輕、維護(hù)量少的特點(diǎn)，且有益于減緩提升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷，有利于挖掘作業(yè)。

斗桿具有較高的抗扭剛性，保證整個(gè)斗唇寬度上的切削力均衡，使鏟斗始終保持水平挖掘，有利于裝滿物料。

3.3 起重臂構(gòu)

起重臂采用具有低溫沖擊韌性的低合金高強(qiáng)度鋼板焊接成箱型結(jié)構(gòu)件，采用大跨距銷軸聯(lián)接的結(jié)構(gòu)型式。每一側(cè)的聯(lián)接銷軸均為簡支梁結(jié)構(gòu)并開有油孔，以便潤滑。在起重臂下部制作了推壓機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪箱。

起重臂上安裝頂部滑輪的軸孔采用壓蓋式結(jié)構(gòu)，便于安裝和拆卸。改善了裝配、維護(hù)的工藝性。

3.4 底架

底架由底架梁、回轉(zhuǎn)大齒圈、定位套、下環(huán)軌等組成，其結(jié)構(gòu)型式加大了中央軸套在底架梁內(nèi)部的深度，更加可靠。

3.5 履帶裝置

履帶裝置是由履帶鏈、左履帶架、右履帶架、驅(qū)動(dòng)輪、拉緊輪、支承輪、輸入軸等組成，采用兩套對(duì)稱的多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式。

履帶架與底架梁聯(lián)接為間隙螺栓和楔塊，更加可靠，安裝簡單，可實(shí)現(xiàn)互換。

3.6 電氣系統(tǒng)

電控系統(tǒng)采用成套柜體，傳動(dòng)單元采用 ABB 多傳動(dòng) ACS800 系列變頻調(diào)速產(chǎn)品下， PLC 采用西門子公司 S7-300 系列產(chǎn)品；低壓配電元器件及附件如：斷路器、接觸器、繼電器等均采用施耐德公司產(chǎn)品；主令控制器采用施耐德公司產(chǎn)品；觸摸屏采用 HITE 電腦，上位機(jī)采用研華工控機(jī)，與 PLC 之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，構(gòu)成監(jiān)控管理系統(tǒng)，能全面實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，并提供完善的故障信息，方便運(yùn)行及維護(hù)。

由于電鏟震動(dòng)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，我們重點(diǎn)考慮了變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的抗震問題，經(jīng)過多次仿真及數(shù)學(xué)計(jì)算最終首創(chuàng)性的采用“彈簧徑向減震法”。為了適應(yīng)伊春的高寒特性，首先我們選用的元件都是耐低溫型的型號(hào)，我們?cè)诿總€(gè)電氣柜內(nèi)都安裝帶溫控的加熱器以保證柜內(nèi)元件的可靠性，并在機(jī)器房內(nèi)安裝四臺(tái)大功率加熱器。在人機(jī)工程學(xué)方面，我們選用了根據(jù)體重可調(diào)減震座椅，配備24mm防彈玻璃、軍用空調(diào)、CD機(jī)、微波爐、真皮沙發(fā)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

本電鏟在設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

（1）針對(duì)高寒地區(qū)的使用環(huán)境，對(duì)主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。從而提高主要結(jié)構(gòu)在低溫作業(yè)條件下的耐用強(qiáng)度，減少設(shè)備故障率。

（2）鏟斗采用鑄焊結(jié)構(gòu)，主要受力及易磨損部位都采用高強(qiáng)度耐磨合金鑄鋼，在鏟斗較容易磨損部位都增加可更換的耐磨襯板，具有結(jié)構(gòu)合理、自重輕、使用壽命長、維護(hù)工作量小等。

（3）提升機(jī)構(gòu)采用單電機(jī)單卷筒結(jié)構(gòu)，提升鋼絲繩數(shù)量為2根，使得每根鋼絲繩直徑較小，提升卷筒直徑也較小，這樣減小了傳動(dòng)比，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、傳動(dòng)件數(shù)量少，加工、裝配工作量小，可大大降低制造成本。

（4）采用高寒環(huán)境下電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，保證高寒環(huán)境下電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；針對(duì)機(jī)械式正鏟挖掘機(jī)使用中震動(dòng)過大的問題，充分考慮了變頻柜的整體減震，采用自主研發(fā)的先進(jìn)減震裝置。

5 結(jié)語

WKH-12電鏟滿足了伊春鹿鳴鉬礦施工的要求，提高了我國礦山施工設(shè)備的研發(fā)能力，部分研究成果，可直接用于其它國內(nèi)礦山施工設(shè)備的研制，對(duì)提升國內(nèi)礦山施工機(jī)械研發(fā)水平有著重要意義。

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作者簡介：徐國學(xué)（1974-），男，湖北武漢人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：工程機(jī)械。