某礦用挖掘機(jī)的優(yōu)化設(shè)計

蘇運(yùn)動

（1.太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原030024；2.礦山采掘裝備及智能制造國家重點(diǎn)實驗室，山西 太原030024）

由太原重工股份有限公司（以下簡稱我公司）自行研制開發(fā)的某礦用挖掘機(jī)應(yīng)用于國內(nèi)外各大礦山，打破了國外企業(yè)對露天礦大型礦用挖掘機(jī)的壟斷，某礦用挖掘機(jī)為主要出口機(jī)型之一，已銷售50多臺套，經(jīng)過在國內(nèi)外現(xiàn)場的十多年使用經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、自動干油潤滑系統(tǒng)、開斗機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)等需要優(yōu)化設(shè)計。

1 除塵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

某挖掘機(jī)通風(fēng)除塵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計前為老式的葉片式惰性除塵器，由于除塵器本身的除塵效率較低（除塵效率≥60%），除塵效果不理想，導(dǎo)致機(jī)棚內(nèi)部灰塵較大；另一方面，葉片式惰性除塵器中葉片的積灰也不易清理，更加降低了除塵效率。特別是機(jī)棚內(nèi)的粉塵會致使電器元件不能正常工作。這不僅給工人增加了勞動強(qiáng)度，同時也影響設(shè)備的工作效率。

優(yōu)化設(shè)計后通風(fēng)除塵系統(tǒng)采用濾筒除塵器，當(dāng)含粉塵的空氣通過濾筒時，對0.5μm以上顆粒的粉塵凈化率可達(dá)到99.99%。增壓風(fēng)機(jī)將過濾后的干凈空氣吹往機(jī)棚，保證機(jī)棚內(nèi)部的正壓，降低粉塵對機(jī)電設(shè)備造成的損害，同時降低機(jī)棚內(nèi)機(jī)電設(shè)備的工作溫度，保證夏季高溫時電氣設(shè)備能在合理的溫度下運(yùn)行。優(yōu)化前后的除塵系統(tǒng)見圖1和圖2。

圖1 優(yōu)化設(shè)計前的惰性除塵系統(tǒng)

圖2 優(yōu)化設(shè)計后的濾筒除塵系統(tǒng)

2 電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

某礦用挖掘機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用整流單元，公用直流母線變頻調(diào)速系統(tǒng)，它是我公司自主開發(fā)的新一代挖掘機(jī)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，其產(chǎn)品優(yōu)秀的質(zhì)量品質(zhì)和為之開發(fā)的挖掘機(jī)專用系統(tǒng)軟件。使國產(chǎn)礦用挖掘機(jī)的電氣控制技術(shù)水平達(dá)到了當(dāng)今國內(nèi)領(lǐng)先水平。

優(yōu)化設(shè)計前，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是整流不回饋系統(tǒng)，挖掘機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，多余能量通過制動電阻消耗，發(fā)熱能量直接通過空氣散發(fā)掉；系統(tǒng)特點(diǎn)是：卓越的變頻調(diào)速性能；運(yùn)行可靠性高；能量不可回饋，相對耗能較高。

優(yōu)化設(shè)計后，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用可控硅整流，IGBT回饋單元的整流回饋系統(tǒng)，挖掘機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，多余能量直接反饋給電網(wǎng)，節(jié)省能量。系統(tǒng)特點(diǎn)是：卓越的變頻調(diào)速性能；允許電網(wǎng)電壓波動范圍大+10%，-30%（1 min）；功率因素可達(dá)1，或進(jìn)行無功補(bǔ)償（可調(diào)整）；無諧波分量，對電網(wǎng)無污染；無逆變失敗，運(yùn)行可靠；能量可回饋、節(jié)電；代表目前最先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)。

3 自動干油潤滑系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

某挖掘機(jī)的自動干油集中潤滑，它可以自動控制定時、定量、多部位、分散、遠(yuǎn)距離的對滾動，滑動部位和開式齒輪的潤滑，大大減少了零部件磨損，提高了生產(chǎn)率及設(shè)備使用壽命。

手工干油潤滑主要是針對干油集中潤滑系統(tǒng)不便于潤滑到的部位進(jìn)行潤滑。優(yōu)化設(shè)計前，某挖掘機(jī)起重臂鞍座上滑板和側(cè)滑板采用手動潤滑，勞動強(qiáng)度大，潤滑效果不理想。

優(yōu)化設(shè)計后，起重臂鞍座上滑板和側(cè)滑板改為噴射潤滑，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，保證了潤滑效果，延長了斗桿和起重臂的使用壽命。優(yōu)化前后的起重臂鞍座潤滑見圖3和圖4。

圖1 優(yōu)化設(shè)計前的起重臂鞍座潤滑

圖3 優(yōu)化設(shè)計后的起重臂鞍座潤滑

4 斗機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

開斗電動機(jī)通過一級開式漸開線直齒圓柱齒輪傳動帶動卷筒轉(zhuǎn)動。開斗鋼絲繩的一端與開斗卷筒間采用楔套式聯(lián)接，另一端通過安裝在起重臂、斗桿和鏟斗斗底裝置上的定滑輪組以及安裝在鏟斗斗底裝置上的動滑輪組與開斗杠桿相聯(lián)接。開斗機(jī)構(gòu)主要由開斗電動機(jī)、開斗減速機(jī)、開斗卷筒、開斗鋼絲繩、安裝支架以及滑輪組等組成。開斗機(jī)構(gòu)安裝在起重臂的平臺上。

優(yōu)化設(shè)計前，開斗機(jī)構(gòu)行程不夠，經(jīng)常打不開斗底板；繃?yán)K電流過大，斗底門閉合不了。

優(yōu)化設(shè)計后，通過把開斗杠桿結(jié)構(gòu)搖臂式結(jié)構(gòu)，解決了開斗機(jī)構(gòu)行程不夠，經(jīng)常打不開斗底板的問題；繃緊鋼絲繩電流降低2 A，解決了斗底門閉合不了的問題。

5 提升減速箱的優(yōu)化設(shè)計

提升減速箱由提升Ⅰ軸、提升Ⅱ軸、提升Ⅲ軸（右）、提升Ⅲ軸（左）、機(jī)構(gòu)支座、齒輪箱蓋、聯(lián)接件等組成。機(jī)構(gòu)支座、齒輪箱蓋組成提升減速；機(jī)構(gòu)支座是提升機(jī)構(gòu)傳動件的支承結(jié)構(gòu)件，其為整體結(jié)構(gòu)，通過螺栓安裝在中部平臺上。

電鏟經(jīng)過三年的運(yùn)行后，由于提升機(jī)構(gòu)受力較大，提升卷筒頻繁正反轉(zhuǎn)，造成機(jī)構(gòu)支座中央托架開裂，減速箱漏油。

針對提升減速箱中間軸承架易開裂部分進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，解決了提升減速箱體開裂和漏油問題。

6 其他部分

露天礦開采工作是世界上公認(rèn)的最危險的職業(yè)之一。作為主采設(shè)備之一的電動挖掘機(jī)的安全性毋庸置疑。隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，電動挖掘機(jī)也在朝著更加安全、更加可靠的方向發(fā)展。

某挖掘機(jī)在安全部分進(jìn)行了如下優(yōu)化設(shè)計：增加了高壓危險、觸碰旋轉(zhuǎn)部件、機(jī)器運(yùn)行時登梯、在挖掘機(jī)上行走及登梯、蓄能釋放、安全出口等安全標(biāo)示；增加了可以消除電鏟四周盲區(qū)，便于駕駛員判斷電鏟四周情況的盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)視駕駛員睡覺或玩手機(jī)等違規(guī)行為和駕駛室環(huán)境的司機(jī)疲勞駕駛系統(tǒng)；客戶端可在全球任何有網(wǎng)絡(luò)的地方對挖掘機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控，進(jìn)行及時準(zhǔn)確的狀態(tài)分析和故障診斷，為設(shè)備的使用保駕護(hù)航，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)；增加滅火裝備；增加推壓和提升限位保護(hù)。

7 結(jié)語

優(yōu)化設(shè)計后的某挖掘機(jī)采用最先進(jìn)的技術(shù)，降低挖掘機(jī)的故障率，提高挖掘機(jī)的可動率，提高用戶對公司產(chǎn)品的認(rèn)可度，優(yōu)化設(shè)計后與世界頂尖挖掘機(jī)技術(shù)水平相當(dāng)，使得某挖掘機(jī)的使用性能更能滿足用戶的需求，參與國際競爭，占領(lǐng)市場，為公司帶來更可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并為其他同類設(shè)備設(shè)計提供參考。