露天礦用平地機(jī)國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展及概況

孟慶軒

（徐州徐工筑路機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

隨著平地機(jī)用途的擴(kuò)展以及作業(yè)效率的優(yōu)勢，在露天礦場路面平整、碎石攤鋪等工況近年來開始推廣使用平地機(jī)。露天礦用平地機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)的公路施工平地機(jī)，對作業(yè)效率和智能化操縱上提出更高的要求。礦山路面硬、作業(yè)面寬、作業(yè)量大，要求平地機(jī)性能優(yōu)良、能進(jìn)行不間斷工作，結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件強(qiáng)度及可靠性高。

目前，國內(nèi)外大型露天礦山的平地機(jī)基本被國外品牌壟斷，如美國卡特彼勒、日本小松等。進(jìn)口品牌平地機(jī)價格昂貴，后期使用的維修保養(yǎng)及零部件費用不菲，備件供應(yīng)周期長，影響設(shè)備出勤率和礦區(qū)生產(chǎn)效率。

1 滿足露天礦山設(shè)備出勤率要求

礦山設(shè)備需要不間斷地工作，對設(shè)備可靠性進(jìn)行量化考核，最具有代表性的考核參數(shù)為出勤率。常用的設(shè)備出勤率考核公式為：

式中K——出勤率；

T0——計劃工作時間；

T1——計劃性設(shè)備停機(jī)時間；

T2——非計劃性設(shè)備停機(jī)時間。

1.1 降低計劃性設(shè)備停機(jī)時間

計劃性設(shè)備停機(jī)時間是用來進(jìn)行設(shè)備的計劃性維修，計劃性維修包括設(shè)備正常的保養(yǎng)和全生命周期內(nèi)的各種檢修。對于設(shè)備的正常保養(yǎng)需要做到以下幾點：①明確保養(yǎng)周期及保養(yǎng)內(nèi)容，定期檢修的零部件；②定期進(jìn)行設(shè)備的油液取樣；③保養(yǎng)方便快捷，易檢易換；④延長保養(yǎng)、維修周期。

1.2 降低非計劃性設(shè)備停機(jī)時間

非計劃性設(shè)備停機(jī)時間主要指設(shè)備故障和計劃內(nèi)保養(yǎng)、維修超時。對于降低設(shè)備故障需要做到以下幾點：①明確不需要定期保養(yǎng)、檢修的非易損件及常見故障內(nèi)容、檢修、處理方法；②提高這些零部件的可靠性，降低故障反饋；③提升保養(yǎng)、維修便捷性；④避免檢修難度大及關(guān)鍵件的重大故障；⑤備件儲備充足。

結(jié)合目前礦山大多采用計劃維修和事后維修相結(jié)合、輔以狀態(tài)監(jiān)測進(jìn)行維修的管理模式，國產(chǎn)平地機(jī)在提升零部件可靠性和壽命的同時，還要具備健全完整的維修保養(yǎng)制度，包括日常檢查、定期保養(yǎng)、按需維護(hù)、故障維修、總成互換維修及大修等，完善設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測性能，如定期進(jìn)行發(fā)動機(jī)油的理化、光譜、鐵譜分析，得到油液粘度、金屬元素含量及粒徑大小等數(shù)據(jù)，以便發(fā)現(xiàn)油液污染、組件磨損，并對組件失效部位進(jìn)行提前判斷，以利于整機(jī)的高效、長時間運轉(zhuǎn)。

2 國產(chǎn)礦用平地機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

露天礦山的惡劣工況需要更大的牽引力，平地機(jī)動力的輸出取決于動力傳動系統(tǒng)以及整機(jī)的匹配，并結(jié)合工作裝置的加載及液壓系統(tǒng)的輸出，實現(xiàn)路面的平整工作。

2.1 動力系統(tǒng)采用變功率發(fā)動機(jī)

采用發(fā)動機(jī)變功率控制，將多功率特性代替單一特性，發(fā)動機(jī)設(shè)有多個功率檔，當(dāng)負(fù)載工況不同時，可選擇負(fù)荷率最為理想的特性曲線。采用變功率控制后，發(fā)動機(jī)處于理想工作負(fù)荷的時間更多，更易實現(xiàn)整機(jī)參數(shù)的合理匹配，從而有效降低耗油量，且不改變發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍，不影響工作速度。

2.2 傳動方式可根據(jù)工況進(jìn)行選擇

為提高傳動效率和作業(yè)精度，平地機(jī)可以根據(jù)工況的不同采用不同的傳動方式：高速行走工況為純機(jī)械傳動以保持高傳動效率；重載推土工況采用液力機(jī)械傳動，實現(xiàn)無級變速，增加扭矩輸出。該種液力變速箱不但提升了效率需求，還滿足了節(jié)能需求。配合智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)平地機(jī)作業(yè)過程自動換擋控制和恒速控制，有良好的工作穩(wěn)定性和可靠性，可提高作業(yè)效率和精度。

2.3 液壓系統(tǒng)負(fù)載敏感控制

負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)，配置柱塞泵+負(fù)載敏感多路閥，操作力小，遲滯小，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)怠速和高轉(zhuǎn)速時，油缸速度保持同步。同時液壓系統(tǒng)壓力損失低，消耗能量少。操縱多路閥時，工作裝置各構(gòu)件到位準(zhǔn)確無誤。

2.4 工作裝置滿足重載工況

工作裝置是平地機(jī)的核心工作部件。在礦山實際使用時，滑落石塊及半埋于地表的石塊對平地機(jī)工作裝置造成很大沖擊，需要具有過載保護(hù)的蝸輪箱，當(dāng)沖擊力超過設(shè)定的蝸輪箱摩擦片上限時，蝸輪箱自動打滑，保護(hù)工作裝置和整機(jī)系統(tǒng)不受過大沖擊載荷，從而保護(hù)機(jī)器和人身的安全。大模數(shù)高耐磨回轉(zhuǎn)齒圈，保證高強(qiáng)度惡劣工況下回轉(zhuǎn)齒圈仍能長時間正常工作。熱處理導(dǎo)軌可增加表面硬度滿足礦山多塵多土工況。優(yōu)化鏟刀弧形參數(shù)，改善工作過程中鏟掘及翻土情況。

2.5 智能化控制

1）發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng) 發(fā)動機(jī)ECM接收、處理傳感器信息，如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、小時數(shù)、水溫等參數(shù)，通過ECM進(jìn)行發(fā)動機(jī)配置設(shè)定、自診斷與故障代碼顯示，針對負(fù)載特點進(jìn)行扭矩特性優(yōu)化，根據(jù)環(huán)境因素進(jìn)行自動補(bǔ)償與調(diào)節(jié)，基于總線的遠(yuǎn)程通訊、數(shù)字儀表與電子監(jiān)測，通過“刷新程序”實現(xiàn)產(chǎn)品升級。

2）變速箱控制系統(tǒng) 開發(fā)帶有閉鎖功能的液力變速箱，可根據(jù)液力變矩器渦輪轉(zhuǎn)速和油門位置參數(shù)對鎖止離合器電磁閥進(jìn)行自動控制，實現(xiàn)閉鎖和解鎖兩種傳動方式的切換。還可通過變速箱控制器在機(jī)器上實現(xiàn)“自動擋”與“手動擋”的切換，通過檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等信息自動控制變速箱運行。

3）操縱控制系統(tǒng) 通過電控雙手柄實現(xiàn)操縱系統(tǒng)的智能化，駕駛員可以通過對雙手柄的操作向控制器發(fā)送指令，控制器分析處理指令控制鏟刀動作、轉(zhuǎn)向、換擋等操作。同時在操縱臺上的顯示器上顯示出手柄各個動作的含義，機(jī)手可以直觀地看出手柄動作所導(dǎo)致的油缸動作。雙手柄操縱產(chǎn)生的診斷代碼在存儲在控制器內(nèi)，可通過計算機(jī)診斷事件代碼。電控雙手柄操作，還可降低司機(jī)70%的操縱勞動強(qiáng)度。

4）智能操縱臺 操縱臺通過人機(jī)界面向機(jī)手實時顯示設(shè)備運行狀態(tài)，包括報警蜂鳴器、警報指示燈、儀表、液晶屏。通訊器監(jiān)控所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶需要有多種語言設(shè)置，并可顯示三級故障報警，第一級警告提醒操作者注意，第二級警告要求對設(shè)備進(jìn)行檢查或保養(yǎng)，第三級要求設(shè)備立即停機(jī)。司機(jī)可進(jìn)行事件和診斷代碼、系統(tǒng)運行狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)的查看，相關(guān)權(quán)限人員還可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的更改與設(shè)定。

5）遠(yuǎn)程顯示和控制系統(tǒng) 發(fā)動機(jī)、變速箱、機(jī)身ECM處理的信息，通過CAN總線通信傳送給GPS，將設(shè)備運行信息傳送到末端控制。通過GPS平臺實時監(jiān)視，出現(xiàn)故障時控制中心可收到故障報警信息，并保存歷史記錄，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3 國產(chǎn)礦用平地機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

目前徐工集團(tuán)已形成從240hp到550hp的高中端產(chǎn)品并存的全系列化礦用平地機(jī)型譜，為國內(nèi)唯一一家能夠提供全系列礦用平地機(jī)的廠家。

徐工礦用平地機(jī)開發(fā)了電控雙手柄操縱、增壓駕駛室、手自一體操縱、鏟刀浮動越障等新一代平地機(jī)智能化技術(shù)，使用戶能夠時刻享受到舒適的施工體驗，同時突破了礦用重載工作裝置、礦用驅(qū)動后橋等大型礦用平地機(jī)的關(guān)鍵零部件瓶頸，建立起具有自主知識產(chǎn)權(quán)的礦用平地機(jī)核心技術(shù)體系，可滿足礦用重載復(fù)雜工況下平地機(jī)路面平整的多適應(yīng)性、可靠性以及國內(nèi)外露天礦場施工的安全、舒適性標(biāo)準(zhǔn)。

全系列的礦用平地機(jī)型譜，可滿足不同噸位礦卡的路面平整需求，并可根據(jù)需要配置多個機(jī)型進(jìn)行梯隊作業(yè)，提升路面平整速度；快捷的售后維修支持、技術(shù)支持和備件支持，大大縮短了設(shè)備故障維修周期。而國產(chǎn)化的設(shè)備初期購置費用相比進(jìn)口品牌要低，在投入運營后，服務(wù)、備件等綜合運行成本更是低于進(jìn)口品牌。同時，徐工提供了多元化的合作方式，如銷售與租賃業(yè)務(wù)。

4 結(jié) 語

綜上所述，礦用平地機(jī)的使用有助于礦山最大化生產(chǎn)效率、最小化生產(chǎn)成本。國產(chǎn)化平地機(jī)在技術(shù)發(fā)展和可靠性上要以滿足露天礦山的使用要求為根本。徐工作為國內(nèi)唯一一家可提供全系列礦用平地機(jī)的廠家，目前已形成完善的礦用平地機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)、售后體系，成為礦用平地機(jī)國產(chǎn)化的領(lǐng)跑者。

[參考文獻(xiàn)]

[1]盧明銀，薛二江，王振軍.露天礦用設(shè)備維修模式選擇[J].化工礦物與加工，2005，34(3):25-29.

[2]薛二江.黑岱溝露天煤礦設(shè)備狀態(tài)維修研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2002.

[3]趙二夫.黑岱溝露天煤礦輔助設(shè)備使用現(xiàn)狀及分析[J].煤炭工程，2007，(5)：57-58.

[4]楊勝利.露天礦主采設(shè)備維修方式的探討[J].露天采礦技術(shù)，2006，(4)：37-38.

[5]高志飛.露天礦用國產(chǎn)大型電鏟、卡車的性能及經(jīng)濟(jì)性分析[J].礦業(yè)裝備，2011，(1)：52-55.

[6]趙唱堯.露天煤礦開采工藝與設(shè)備國產(chǎn)化[J].中國煤炭，1998，(12)：10-14.

[7]劉憲權(quán)，李仲學(xué).大型露天礦生產(chǎn)設(shè)備運行及維護(hù)管理指標(biāo)體系[J].礦業(yè)工程，2007，5(1)：41-43.