電動液壓鏟在露天礦山的運用與維護管理

何照建

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司采礦車間，云南文山 663701）

0 引言

隨著云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司露天礦山開采規(guī)模增大，中小型礦山開采設(shè)備高耗能、低效率的問題凸顯，展現(xiàn)出設(shè)備大型化的發(fā)展趨勢。2012年，公司相繼引進3臺利勃海爾電動液壓鏟（R9250E和R9350E）（以下簡稱“電鏟”）。作為省內(nèi)首家引進電鏟的礦山企業(yè)，公司開始對電鏟在露天礦山的使用管理與維護進行探索實踐。

電鏟運用于大型露天礦山可發(fā)揮其鏟裝效率高的優(yōu)勢，同時企業(yè)也面臨著設(shè)備大型化、現(xiàn)代化后的一系列管理難題，只有從使用、維修、保養(yǎng)及管理多方面根據(jù)實際使用條件摸索適應(yīng)自己的方式，并不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝、改善作業(yè)條件和探索維護維修及管理措施，才能使電鏟作業(yè)效率最大化。

結(jié)合長期使用液壓挖掘機積累的數(shù)據(jù)，不斷從使用、維護和管理方面，探索總結(jié)出高效、經(jīng)濟使用電動液壓鏟的各項措施，為礦山企業(yè)提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 電鏟的使用條件和運行效率介紹

電鏟具有鏟斗容積大、機身和工作半徑大的特點，這就對露天礦山采掘工作面的大小和平整度提出較高要求，同時，要發(fā)揮電鏟高達10 000 m/臺班的理論臺班生產(chǎn)能力，則需研究鏟裝設(shè)備配套和爆破作業(yè)方式等關(guān)鍵要素。

1.1 剝離作業(yè)面要求

通過生產(chǎn)技術(shù)人員研究，與中小型液壓挖掘機較為常用的“之”形采掘推進方式不同，電鏟采用條帶式推進的方式挖掘效率較高?；跅l帶式挖掘方式，通過收集電鏟作業(yè)的實測最大挖掘半徑、最大挖掘高度和最大卸載高度，計算的電鏟（R9250E）采掘帶寬度為20 m，并結(jié)合配套運輸設(shè)備的最小轉(zhuǎn)彎半徑、車輛尺寸、道路至外側(cè)坡頂線的距離、臺階坡底線至內(nèi)側(cè)道路距離等運行參數(shù)，計算的電鏟最小工作平臺寬度為35 m。

1.2 鏟裝設(shè)備的配套使用

通常，小型液壓挖掘機不與大型運輸設(shè)備搭配使用，避免運輸設(shè)備待裝造成低效高耗的弊端，同理，電鏟鏟裝效率的有效發(fā)揮應(yīng)避免與小型運輸設(shè)備配套使用，縮短運輸設(shè)備進出裝車位的時間，且需根據(jù)運輸距離測算合理的挖掘設(shè)備與運輸設(shè)備的數(shù)量搭配。研究表明，采用100 t級礦用卡車與電鏟配合完成鏟裝作業(yè)，也是目前較為合理的配套方式。設(shè)備基本參數(shù)：電鏟型號為利渤海爾R9250，鏟斗容積15 m，最大挖掘半徑15.5 m，最大挖掘高度15.2 m，最大卸載高度10.3 m；卡車為特雷克斯TR100，堆裝容積57 m3，額定載重量91 t，外形尺寸10 820 mm×5151 mm×4850 mm，最大爬坡度 30%。

使用發(fā)現(xiàn)，運輸設(shè)備進出裝車位的不同運行路線，對電鏟運行效率有不同影響。公司常用環(huán)形調(diào)車方式和雙折返式調(diào)車方式：環(huán)形調(diào)車方式能節(jié)約更多調(diào)車時間，雙折返式調(diào)車能使電鏟不間斷連續(xù)作業(yè)，有效節(jié)約電鏟停機等車入換的時間。因此，根據(jù)實際情況綜合使用2種調(diào)車方式可增加電鏟效率。

1.3 爆破作業(yè)方式

爆破效果對電鏟挖掘效率影響非常大，如果巖石破碎效果和松散性較差，大塊率高，必然使鏟裝效率低下。通過引進了毫秒延時導(dǎo)爆雷管、磁電雷管、空氣間隔器、中繼起爆具等爆破器材，孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔裝藥，且孔內(nèi)進行了延時起爆，孔外也進行孔外延時，實現(xiàn)了微差爆破。對不同區(qū)域的爆破設(shè)置不同的孔網(wǎng)參數(shù)，有效降低炸藥單耗，提高延米爆破量，礦山爆破質(zhì)量提升明顯，提高了電鏟挖掘效率。

2 電鏟的維修保養(yǎng)

2.1 日常點檢及定期維護

電鏟有別于其他液壓挖掘機的是能量傳遞方式，即電能轉(zhuǎn)化為液壓能，再由液壓缸輸出機械能。因此，電氣系統(tǒng)配置的電動機、動力柜等部件是其他燃油驅(qū)動的液壓挖掘機沒有的，點檢和維護要求有所不同。另外，電鏟動力電壓為6 kV高壓，進行日常檢查、維護前需要佩戴達到絕緣等級要求的絕緣鞋和絕緣手套，并提前檢查供電纜線磨損情況。

日常點檢包括：①行走系統(tǒng)由履帶、終傳動（行走馬達及減速機）、引導(dǎo)輪、托鏈輪、支重輪、漲緊裝置及支撐機架組成，主要檢查磨損、裂紋和油液泄露，以及減速箱表面溫度；②檢查回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)齒面潤滑脂是否充分；③泵、閥系統(tǒng)主要檢查密封狀況和運行噪聲狀況；④工裝系統(tǒng)（工作臂、油缸和鏟斗）主要檢查油缸是否浸油、漏油，銷軸潤滑是否良好，鏟斗和開合斗限位是否準(zhǔn)確；⑤液壓油、齒面潤滑脂、工作裝置潤滑脂、回轉(zhuǎn)減速箱和行走減速箱齒輪油、分動箱油等油箱液位；⑥電氣系統(tǒng)除塵清潔，電機檢查加注潤滑脂。

電鏟定期維護與其他液壓挖掘機差異不大。首先需遵照設(shè)備廠家維護建議進行，嚴格按照保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進行定期維護，一般實際保養(yǎng)的時間與理論保養(yǎng)時間差異不能超過50 h。其次是采用油品取樣檢測的方式，檢測保養(yǎng)時放出的油樣，判斷油中金屬磨損顆粒成分值、黏度、添加劑和酸堿值等重要指標(biāo)是否超標(biāo)，如果可以繼續(xù)使用則適當(dāng)延長使用時間并取樣檢測跟蹤，根據(jù)實際使用條件確定油品合理的更換周期。這樣可以大大節(jié)約設(shè)備維護成本。例如1臺R9250E型電鏟，推薦液壓油更換周期為2000 h，經(jīng)實際使用并合理延長至3000 h，每年液壓油使用成本降低5.5萬元人民幣。如果更換的油品經(jīng)過濾后滿足降級使用的要求，也可以用于其他油品使用等級較低的設(shè)備。

2.2 周期性預(yù)防性檢修

電鏟鏟裝效率高，故障停機損失極大，而且電鏟在國內(nèi)運用并不普遍，一旦需要更換部件，則備件需從國外采購，周期長達2～4個月，造成長期停機待料的損失，所以預(yù)防性檢修非常重要。在做好日常點檢的基礎(chǔ)上，參考廠家推薦的部件使用壽命周期，及早發(fā)現(xiàn)問題，采購備件，降低維修成本的同時減少停機時間。電鏟通過點巡檢結(jié)合油樣分析，在處理液壓油缸密封異常、回轉(zhuǎn)馬達及減速機磨損、液壓泵磨損等故障時，均做到隱患早發(fā)現(xiàn)、備件早準(zhǔn)備、故障早期得到檢修，達到了預(yù)防性檢修的目的。

2.3 備件國產(chǎn)化

當(dāng)今國內(nèi)的裝備制造業(yè)得到長足發(fā)展，無論液壓部件還是電氣部件都達到很高水平，對于大型進口設(shè)備的備品備件，走國產(chǎn)化途徑是有必要的。電鏟是歐洲進口設(shè)備，其備件價格與國內(nèi)同類相比十分昂貴，某個液壓泵總成單價高達人民幣100余萬人民幣，某斷路器單價是人民幣60多萬元人民幣，引導(dǎo)輪單價達人民幣20多萬元。從技術(shù)層面看，易損件的國產(chǎn)化技術(shù)簡單，國內(nèi)具備生產(chǎn)資質(zhì)的廠商較多，容易實施，例如鏟斗極其附件（斗齒、齒根、護唇等）。據(jù)統(tǒng)計，公司通過國產(chǎn)化，1臺電鏟平均采剝170×104m3廢土及礦石，易損件可節(jié)約使用成本150萬余元人民幣。液壓油缸的國產(chǎn)化途徑在國內(nèi)也行得通，先后從國內(nèi)定制電鏟開合斗油缸、鏟斗油缸，其使用壽命雖然較原裝油缸縮短，但綜合成本降低數(shù)百萬人民幣。電氣系統(tǒng)方面，國內(nèi)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具備充分的電氣系統(tǒng)改造和部件國產(chǎn)化條件。例如，公司1臺電鏟高壓SF6氣體絕緣斷路器損壞，經(jīng)實踐論證，用ABB廈門公司生產(chǎn)的VD4-12.06.25 PT 12 kV 630 A DC 220 V、遮斷容量25 kA的真空斷路器，通過技術(shù)改造可以替代L1SE0942417/12 kV/630 A/AC220 V、遮斷容量25 kA的SF6氣體絕緣斷路器，以及用環(huán)氧樹脂高壓絕緣套管、絕緣板、國產(chǎn)碳刷及加工銅滑環(huán)改造替代電鏟擊穿的6 kV高壓回轉(zhuǎn)滑環(huán)，運行效果良好。

2.4 舊件修復(fù)再利用

基于當(dāng)下工業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新出現(xiàn)的新材料、新工藝，以及電鏟備件較昂貴的問題，需要利用新材料和新工藝修復(fù)舊件來延續(xù)備件的使用壽命，降低電鏟的使用成本。自引進電鏟后，便不斷發(fā)掘舊件的修復(fù)價值，電鏟鏟斗價格約300萬人民幣，以公司礦巖情況看正常磨損可使用（3～4）a，但通過在鏟斗的內(nèi)、外部加焊耐磨鋼板來防護（圖1），使用壽命預(yù)計可達（6～7）a；采用金屬粉芯焊絲堆焊加固磨損的斗齒、護唇、引導(dǎo)輪等部件，每年可減少備件成本40余萬元人民幣。引導(dǎo)輪和驅(qū)動齒圈在使用過程中不斷磨損，配合面尺寸減小，焊接修復(fù)方法是采用適合焊材對磨損面進行表面多層堆焊，使焊材與母材良好敷熔、填充和硬化，并使填充量與磨損量相當(dāng)，恢復(fù)舊件尺寸到新件的標(biāo)準(zhǔn)，滿足使用要求。如圖2所示為焊接修復(fù)后的引導(dǎo)輪；對于主控閥這樣材料特殊，耐壓等級很高的部件，出現(xiàn)裂紋而漏油的故障，使用合適的新型焊接材料和工藝，同樣達到延長使用壽命1000 h左右的效果。

3 電鏟的成本管理

電鏟使用成本主要分為備件材料成本、能源成本、折舊成本和人工成本4部分，以電鏟運行時間在（15 000～25 000）h為例，則各類成本在總成本中占比分別為44%，13%，38%和5%，備件材料成本和能源成本約占總成本的57%。

3.1 備件存儲與計劃

電鏟由于在設(shè)備初期故障期、偶發(fā)故障期和耗損故障期的故障率不同（圖3）。備品備件的儲備也不一樣，隨著設(shè)備各系統(tǒng)運行狀況發(fā)生變化，能耗也在改變，但能耗與工礦環(huán)境之間也有密切關(guān)聯(lián)，影響能耗的因素主要是爆破效果、鏟裝設(shè)備配套的合理性、作業(yè)面設(shè)計等。電鏟在不同的使用時期內(nèi)，其備件庫存量和備件類別不同。表1是1臺電 鏟 （R9250E）2013年至2017年的備件能耗情況。

圖1 鏟斗鋪焊防護

圖2 引導(dǎo)輪輪焊接修復(fù)

圖3 設(shè)備故障率曲線

表1 電鏟產(chǎn)量、備件消耗及能耗統(tǒng)計

從表1可以看出，隨著運行時間的增加，電鏟備件材料消耗逐漸增加。初期故障期，日常維護保養(yǎng)成本及易損件成本在設(shè)備正常生產(chǎn)運行中波動不大，因為液壓泵、馬達、減速機、油缸及四輪一帶等主要總成件有一定的壽命周期，在初期故障期需要磨合，問題不大，通常在（15 000～30 000）h發(fā)生較大故障。即在15 000 h前，非易損備件成本遠低于易損件及維護保養(yǎng)成本，僅占總備件消耗的6%左右，備件儲備主要考慮維護保養(yǎng)的備件和潤滑油品，以及斗齒類的消耗件。當(dāng)電鏟運行至15 000 h后，液壓油缸、回轉(zhuǎn)泵、支重輪、引導(dǎo)輪、液壓泵等均達到使用壽命，需提前儲備維修備件包和一些總成件，此時，該類備件庫存量應(yīng)占電鏟備件總庫存量的30%～40%。

隨著電鏟使用時間增長，進入故障偶發(fā)期，甚至是損耗故障期，發(fā)生故障的部位不僅是主要總成件，總體故障率都上升，對備件儲備量要求較高，這時，應(yīng)考慮與設(shè)備廠家達成備件儲備寄售協(xié)議，提前準(zhǔn)備大批即將使用的備件，以備周期性更換。公司3臺電鏟平均使用時間達17 000 h，此時推進的寄售庫庫存量已經(jīng)達到1200萬元人民幣左右。如果不做好備件儲備，一旦故障發(fā)生需要更換新備件，廠家的備件生產(chǎn)供應(yīng)周期長將給設(shè)備使用企業(yè)造成很長的待料停機時間。以電鏟運行效率估算，1臺電鏟停機1 d造成經(jīng)濟損失約10萬元人民幣。

3.2 研究備件實際使用壽命

設(shè)備廠家所提供的備件使用壽命存在局限，僅照此制定備件采購儲備計劃是不夠準(zhǔn)確的，受設(shè)備的使用工況和強度的影響較大，所以企業(yè)應(yīng)根據(jù)實際使用情況，同類比較，確定適用于自己的備件實際使用壽命，以此為參考，使備件計劃準(zhǔn)確率提高，避免資金占用大或采購不及時的問題。表2是公司按照電鏟實際運行狀況編制的備件壽命周期參照表。

4 小結(jié)

電鏟運用于大型露天礦山可發(fā)揮其鏟裝效率高的優(yōu)勢，同時企業(yè)也面臨著設(shè)備大型化、現(xiàn)代化后的一系列管理難題，只有從使用、維修、保養(yǎng)及管理多方面根據(jù)實際使用條件摸索適應(yīng)自己的方式，并不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝、改善作業(yè)條件和探索維護維修及管理措施，才能使電鏟作業(yè)效率最大化。

表2 電鏟主要備機壽命周期參照表