WK-35電鏟分離上下盤(pán)新工藝探討

由于我礦各臺(tái)WK-35電鏟臨近大修周期，尤其是回轉(zhuǎn)大齒圈、上下環(huán)軌、輥輪、中央樞軸及其銅套出現(xiàn)不同程度的磨損，有的設(shè)備急需更換新配件。為進(jìn)一步提高電鏟維修質(zhì)量、減少維修時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保證安全生產(chǎn)，對(duì)原工藝進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。通過(guò)采用四點(diǎn)同步舉升系統(tǒng)使WK-35電鏟上下盤(pán)整體分離，從而完成更換回轉(zhuǎn)大齒圈、上下環(huán)軌、中央樞軸等維修任務(wù)，總體效果優(yōu)良。

一、WK-35電鏟結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介及使用存在問(wèn)題

（一）WK-35電鏟結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

WK-35挖掘機(jī)，是適用于大型礦用機(jī)械正鏟式挖掘機(jī)。它可與載重量為172t～263t的礦用自卸汽車相配套，適用于年產(chǎn)量1500萬(wàn)噸以上的大型露天礦山的巖石剝離和物料采裝作業(yè)。WK-35型大型礦用挖掘機(jī)的機(jī)械部分包括（見(jiàn)圖1）鏟斗、斗桿、起重臂與推壓機(jī)構(gòu)、開(kāi)斗機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、中央樞軸、輥盤(pán)、底架、行走機(jī)構(gòu)、履帶裝置、壓氣操縱系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及潤(rùn)滑室、機(jī)棚及其通風(fēng)除塵裝置、司機(jī)室及其空調(diào)、梯子、欄桿、走臺(tái)、配重、活地板、附件等主要部分。WK-35挖掘機(jī)推壓機(jī)構(gòu)采用齒輪-齒條推壓方式，鏟斗采用焊接結(jié)構(gòu)，斗體采用高強(qiáng)度鋼板與高錳鋼鑄造斗唇焊接而成。斗桿采用雙梁、變截面和變板厚組合式高強(qiáng)度斗桿，推壓齒條采用高錳鋼鑄造齒條。起重臂采用單梁箱形焊接結(jié)構(gòu)，根腳與回轉(zhuǎn)平臺(tái)采用大跨距銷軸聯(lián)接。推壓機(jī)構(gòu)采用硬齒面圓柱齒輪傳動(dòng)，并配有力矩限制裝置。雙腳支架前壓桿和后拉桿采用板梁焊接結(jié)構(gòu)?？?yán)K裝置采用四根等長(zhǎng)的死繃?yán)K結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)采用箱形焊接結(jié)構(gòu)。電氣系統(tǒng)為“上位綜合監(jiān)控系統(tǒng)+PLC+基礎(chǔ)變頻傳動(dòng)”組成的三級(jí)控制系統(tǒng)。上位綜合監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)和顯示挖掘機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，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。

神華北電勝利能源有限公司是中國(guó)神華的控股子公司，于2003年成立，主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)、建設(shè)、經(jīng)營(yíng)勝利煤田西一號(hào)露天煤礦，建設(shè)成為現(xiàn)代化的大型煤電基地。目前，我礦1102# WK-35電鏟已運(yùn)行26501小時(shí)，很多零部件使用時(shí)間到限，尤其是回轉(zhuǎn)大齒圈、上下環(huán)軌等磨損嚴(yán)重。通常情況下，更換回轉(zhuǎn)大齒圈、上下環(huán)軌時(shí)需要把上盤(pán)所有零部件全部解體拆除，然后再吊出上盤(pán)更換回轉(zhuǎn)大齒圈、上下環(huán)軌。該過(guò)程中除機(jī)械部件外，機(jī)棚內(nèi)電器柜恢復(fù)安裝至少需要20天的電氣調(diào)試時(shí)間，整個(gè)維修過(guò)程至少需要15名維修人員，而且勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，需要用到吊車、叉車、工程車、高空車等大量的輔助設(shè)備作業(yè)，維修完畢用時(shí)將近60天。按照往常處理方式，我們對(duì)Wk-35電鏟的回轉(zhuǎn)大齒圈、上下環(huán)軌、中央樞軸總成件的更換往往安排在大修內(nèi)完成，但是由于配件的使用壽命受工礦的作業(yè)環(huán)境、操作、日常維護(hù)等影響，往往在大修前各部配件會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，從而導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間故障停機(jī)。當(dāng)回轉(zhuǎn)上下環(huán)軌、輥輪組件、回轉(zhuǎn)大齒圈及中央樞軸總成中任何部件發(fā)生故障時(shí)，電鏟必須進(jìn)行上下盤(pán)分離以更換損壞配件[1]。如果參照以往的工藝流程，需要對(duì)上盤(pán)進(jìn)行完全解體后更換，這樣的維修方案勞動(dòng)強(qiáng)度大、工期長(zhǎng)、維修成本高。因此我們思考能否對(duì)上盤(pán)進(jìn)行整體吊裝后進(jìn)行檢修呢？而WK-35型電鏟總重量約1000多噸，上盤(pán)（不含鏟斗、斗桿）重量約460噸，其重量分布不均后容易造成重心偏后。WK-35型電鏟機(jī)棚總長(zhǎng)15.20m，寬12.80m，上盤(pán)前部離地面高度約4.75m，后部配重離地面高度約2.7m，上下盤(pán)分開(kāi)脫離至少要求頂升行程為1650mm。為此我們進(jìn)行了工藝改進(jìn)研發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)是解決上下盤(pán)整體快捷安全的分離和安裝問(wèn)題。

二、四點(diǎn)同步舉升系統(tǒng)原理及技術(shù)要求

（一）液壓系統(tǒng)組成及主要原理

系統(tǒng)配置兩套液壓泵站分別驅(qū)動(dòng)前后部各2支油缸，通過(guò)電磁閥的換向?qū)崿F(xiàn)升降動(dòng)作。油缸的同步動(dòng)作由帶有二位二通高頻球閥的控制閥組進(jìn)行控制[2]?？刂崎y組同時(shí)配精密節(jié)流閥和定節(jié)流口，調(diào)節(jié)通過(guò)閥組的流量，提高同步精度?？刂崎y組采用模塊化設(shè)計(jì)，體積小、安裝方便，兩套泵站共用油箱，且互為冗余。電子控制系統(tǒng)基于閉環(huán)控制原理，采集載荷的位移和壓力信號(hào)傳輸至控制器，實(shí)現(xiàn)各控制點(diǎn)的精密的同步控制[3]。當(dāng)一臺(tái)泵站故障時(shí)，可立即切換至單泵模式，完成頂升/下落任務(wù)。當(dāng)某一控制點(diǎn)的誤差不能被控制器修復(fù)時(shí)，控制器將發(fā)出錯(cuò)誤警報(bào)，同時(shí)切斷液壓油流，使油缸同時(shí)停止工作，直到該錯(cuò)誤被修復(fù)，并得到操作者重新工作的指令后系統(tǒng)才能恢復(fù)正常工作，從而有效保證載荷頂升或下降過(guò)程的安全性與可靠性。作業(yè)中可多點(diǎn)同步頂升，也可單點(diǎn)動(dòng)作，所有頂升點(diǎn)都安裝位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各液壓油缸的位移和壓力。液壓油箱結(jié)構(gòu)外形如圖2所示。

WK35電鏟維修液壓同步系統(tǒng)要滿足以下工況使用需求：固定場(chǎng)地施工，作業(yè)地面必須堅(jiān)固，地面接觸比壓>1MPa，平面度偏差<20mm，采用枕木及50mm鋼板鋪墊[4]。

1.電鏟檢修載荷要求

頂升總質(zhì)量要小于600噸（拆除A型架、斗桿、鏟斗、起重臂等），重量分布不均勻容易造成重心偏后。頂升點(diǎn)布置：將鏟斗及起重臂拆去后，停于堅(jiān)固的地面上;四點(diǎn)頂升：后部直接頂升配重，前部通過(guò)延伸支架頂升，頂升高度超過(guò)1600mm。

2.由于回轉(zhuǎn)軸與軸套之間的配合間隙很小，頂升要求同步，同步精度為2mm

3.操作臺(tái)外置

采用PLC電氣控制系統(tǒng)1臺(tái)，具體要求如下：LCD觸摸屏的人機(jī)界面;實(shí)時(shí)顯示包括位移和液壓工作壓力的頂升操作狀態(tài);壓力檢測(cè)功能可防止在頂升時(shí)油缸或位移傳感器失效引起不希望發(fā)生的事情;除可以在主控制臺(tái)操作外，也可以通過(guò)HBC無(wú)線控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作;最佳環(huán)境操作溫度為10℃～30℃。

4.前延伸支架

延伸支架端部頂升中心點(diǎn)距離大臂銷軸中心2540mm，支架頂升面與地面凈空高度2700mm，頂升油缸裝置基架底板內(nèi)側(cè)距離履帶輪外緣300mm間隙，便于履帶輪出進(jìn)。延伸支架做預(yù)傾角，消解頂升引起的支架變形，保證頂升接觸面盡量水平。前延伸支架技術(shù)要求如下：具備足夠強(qiáng)度/剛度，頂升過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)明顯變形;延伸支架下耳板與電鏟本體下翼緣板可靠焊接;延伸支架端部有足夠支頂和支護(hù)位置;兩側(cè)支架剛性連接，增加頂升中的穩(wěn)定性[5]。

5.前頂升油缸（含機(jī)械支護(hù)）

頂升油缸及機(jī)械支護(hù)裝置技術(shù)特性如下。頂升油缸采用高壓雙作用油缸：承載能力400T，行程1850mm;工作壓力70MPa，本體2330mm（含機(jī)械支撐）;頂升油缸及機(jī)械支護(hù)裝置一體化設(shè)計(jì)，設(shè)分級(jí)爬梯，便于施工;基架/支護(hù)之間設(shè)導(dǎo)向，采用螺栓固定;戶外使用時(shí)間長(zhǎng)，油缸及支護(hù)需做表面處理[6]。

6.后部頂升油缸（含機(jī)械支撐）

2330mm高/1400mm長(zhǎng)/1400mm寬，后部頂升油缸技術(shù)特性如下：頂升油缸采用高壓雙作用油缸，承載能力400T，行程1850mm;工作壓力70MPa，本體2330mm（含支撐）。此外，頂升油缸及機(jī)械支撐裝置要實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。

7.頂升狀態(tài)

電鏟停于堅(jiān)固的地面，旋轉(zhuǎn)至垂直方向，配重部下布置后頂升油缸及機(jī)械支護(hù);鏟斗、大臂以及必要拆除的部件完全拆去，安裝前延伸支架，布置前頂升油缸;四點(diǎn)同步頂升，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂升位移及各油缸壓力;四點(diǎn)隨動(dòng)支護(hù)，保證頂升的施工安全和頂升后的安全支護(hù);系統(tǒng)配置液壓鎖緊;采用足夠強(qiáng)度的前部延伸支架，提高頂升的安全可靠。同步頂升系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

三、WK-35分離上下盤(pán)技術(shù)方案

WK-35分離上下盤(pán)具體技術(shù)方案如下。

（一）電鏟停放在平整堅(jiān)固的作業(yè)場(chǎng)地，上車旋轉(zhuǎn)（90°）至垂直方向

調(diào)整機(jī)械支撐位置，將機(jī)械支撐放在后部配重的中間，并加入枕木或木板將支撐與后配重地面塞實(shí)，防止拆卸大臂后，電鏟后部整體下沉，前部上翹。拆除斗桿、大臂，在行走履帶兩側(cè)鋪50mm鋼板，鋼板距履帶300mm后期方便移出下盤(pán)。

（二）上盤(pán)后部（配重箱側(cè)）由2臺(tái)400t高行程液壓油缸進(jìn)行舉升，兩液壓油缸對(duì)稱布置于上盤(pán)配重箱下部

（三）上盤(pán)前部（在大臂跟腳銷處安裝前延伸支架） 也由2臺(tái)400t高行程液壓油缸進(jìn)行舉升，兩液壓油缸對(duì)稱布置于前延伸支架下部，同時(shí)在前部回轉(zhuǎn)立軸部位用2個(gè)枕木墩進(jìn)行同步保險(xiǎn)

頂升及支護(hù)裝置布置如圖3所示。

預(yù)舉升后檢查位移傳感器、各液壓油缸等同步舉升系統(tǒng)正常工作后，開(kāi)始舉升并密切關(guān)注同步舉升系統(tǒng)的控制單元界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控各液壓缸的位移和壓力值，同時(shí)用塞尺測(cè)量中央樞軸與上盤(pán)銅套間的間隙予以驗(yàn)證，必要時(shí)隨時(shí)切換到手動(dòng)模式調(diào)整控制液壓缸的行程，實(shí)現(xiàn)緩慢舉升。

（五）在達(dá)到預(yù)估負(fù)載80%時(shí)，檢查支撐點(diǎn)工裝有無(wú)結(jié)構(gòu)變形、有無(wú)焊縫開(kāi)裂，檢查地面是否有局部沉降，檢查全部支撐位置的箱梁、基座不能有開(kāi)裂變形傾斜

如無(wú)任何以上情況發(fā)生，則保持現(xiàn)有狀態(tài)15分鐘。如15分鐘后以上均無(wú)任何變化，則將負(fù)載增加至100%再次檢查無(wú)任何變化，確保安全后平穩(wěn)緩慢進(jìn)行舉升。

（六）舉升至下盤(pán)中央樞軸完全脫離上盤(pán)銅套至一定高度后（500mm），下盤(pán)履帶裝置走出，以留出一定的檢修空間

（七）舉升結(jié)束

上盤(pán)前部（前延伸支架側(cè)）用2個(gè)機(jī)械支撐進(jìn)行最終支撐，上盤(pán)后部（配重箱側(cè)）用機(jī)械支撐和枕木墩進(jìn)行支撐，并用千斤頂進(jìn)行卸載。檢修結(jié)束后，上盤(pán)的吊裝程序參照上述反序進(jìn)行。上下盤(pán)分離和回落需維修人員8名，共用時(shí)2個(gè)白班。同步舉升完下車走出實(shí)景圖如圖4所示。

我礦多臺(tái)WK35的大齒圈都出現(xiàn)了不同成度的磨損，尤其是1108#急需更換中央樞軸。經(jīng)過(guò)上述檢修方案的實(shí)施可以看出，在應(yīng)用了四點(diǎn)同步舉升系統(tǒng)后，舉升和落裝到位的迅捷性既能保證了檢修安全，又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度并且極大地縮短了檢修時(shí)間，顯著降低了維修成本;人機(jī)界面的精確控制為檢修順利進(jìn)行提供了可靠保障，特別是保證了上下盤(pán)分離瞬間的安全性，能更安全、可靠、省時(shí)省力、保質(zhì)保量的完成分離上下盤(pán)的維修項(xiàng)目，相關(guān)技術(shù)在進(jìn)一步驗(yàn)證的基礎(chǔ)上可以大范圍應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張雪兵（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：WK-35電鏟的維護(hù)、保養(yǎng)、總成件的維修與設(shè)備故障診斷等。