礦用電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)運(yùn)行分析及改進(jìn)研究

王耀國(guó)

（國(guó)能準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天煤礦， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

引言

礦用電鏟是煤礦開(kāi)采中最主要的機(jī)械設(shè)備，也稱為機(jī)械式挖掘機(jī)，其是由鋼索滑輪、鏈條、齒輪等組成，主要任務(wù)是對(duì)露天礦山進(jìn)行電鏟，包括附著在露天礦山表面的礦物、爆破之后所有的巖石、砂石、覆土等。當(dāng)電鏟挖掘作業(yè)結(jié)束后，由于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所提供的驅(qū)動(dòng)力，就會(huì)使鏟斗移動(dòng)，使其移動(dòng)到運(yùn)輸車輛的車頭頂部，繼而開(kāi)斗系統(tǒng)會(huì)把鏟斗的斗底打開(kāi)，此時(shí)，由于重力對(duì)物料的作用，就會(huì)使物料下滑，并滑到下方的車斗中。所以，在電鏟作業(yè)時(shí)，最關(guān)鍵的功能就是開(kāi)斗系統(tǒng)，基于以上問(wèn)題，針對(duì)電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化并展開(kāi)分析。

1 電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)中，頭桿與鞍座的滑輪之上的鋼絲繩會(huì)由于卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)實(shí)施纏繞，并且卷?yè)P(yáng)機(jī)是由于開(kāi)斗的直流電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不僅會(huì)拉動(dòng)斗栓，而且對(duì)斗底進(jìn)行解鎖，使開(kāi)斗功能得以實(shí)現(xiàn)。卸料結(jié)束之后，由于重力對(duì)斗底的作用，斗底實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉鎖功能，然后再進(jìn)入到接下來(lái)的循環(huán)工作中，圖1 為原開(kāi)斗系統(tǒng)圖。

圖1 原開(kāi)斗系統(tǒng)

開(kāi)斗系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是易調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是在礦山開(kāi)采中由于工作條件非常惡劣，其中物料與礦石特性較為復(fù)雜，導(dǎo)致在實(shí)施挖掘時(shí)斗栓被卡住，需要將電機(jī)的輸出扭矩提高，同時(shí)造成在開(kāi)斗瞬間沖擊載荷較大，對(duì)鋼絲繩的使用壽命有很大的影響。除此之外，鋼絲繩會(huì)和斗底的杠桿一端進(jìn)行連接，斗底所處的條件就是經(jīng)常與礦石塊進(jìn)行撞擊與摩擦，對(duì)繩頭處磨損嚴(yán)重，甚至斷裂，降低了鋼絲繩的運(yùn)行壽命。在有比較大的受力時(shí)，由于沖擊載荷對(duì)鋼絲繩的作用力，就會(huì)使鋼絲繩在瞬間發(fā)生斷裂，對(duì)操作人員與設(shè)備的安全造成威脅[1-2]。與此同時(shí)，在停止開(kāi)斗時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)的扭矩與電流會(huì)由變阻器進(jìn)行改變，使鋼絲繩所具有的張緊力得到控制，可在這時(shí)，變阻器會(huì)讓電能發(fā)熱而產(chǎn)生損耗，導(dǎo)致能量被損失掉。所以，怎樣確保能耗的下降、提高鋼絲繩運(yùn)行壽命、提高成功開(kāi)斗的概率是急需解決的問(wèn)題。

2 開(kāi)斗系統(tǒng)改造及研發(fā)

經(jīng)過(guò)把現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況和多次論證結(jié)合起來(lái)，以之前的開(kāi)斗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，新型的電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)被研發(fā)出來(lái)，直流電機(jī)與直流的調(diào)速器是新型的電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)，電機(jī)扭矩就被直流電控系統(tǒng)所準(zhǔn)確控制，使準(zhǔn)確控制鋼絲繩所具有的張緊力得以實(shí)現(xiàn)，避免有突發(fā)狀況出現(xiàn)在開(kāi)斗中，給設(shè)備與人員的安全提供了保證。就機(jī)械傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，開(kāi)斗力的放大是由杠桿結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的，使系統(tǒng)所承受的力得以改善，金屬鏈條會(huì)把斗底杠桿與杠桿機(jī)構(gòu)連接起來(lái)，并對(duì)其拉力進(jìn)行傳遞，就是當(dāng)斗底板的杠桿的工況比較惡劣時(shí)，鋼絲繩的運(yùn)行壽命要低于鏈條[3-4]。旋轉(zhuǎn)環(huán)與套環(huán)會(huì)把一級(jí)杠桿和鋼絲繩連接起來(lái)，降低鋼絲繩的折彎、扭轉(zhuǎn)與磨損，其接頭運(yùn)行壽命得到延長(zhǎng)。下頁(yè)圖2、圖3 分別為新型開(kāi)斗機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖。

圖3 開(kāi)斗機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

從下頁(yè)圖2 中能夠看出，在把開(kāi)斗系統(tǒng)進(jìn)行改造之后，其動(dòng)力源為380 V 50 Hz 三相交流輸入電源，直流電機(jī)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電樞所需要的電源會(huì)由變流器來(lái)提供，繼而在對(duì)輸出電流進(jìn)行控制，并且是經(jīng)過(guò)對(duì)直流調(diào)速器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，然后在控制其扭矩，然后使在工況比較復(fù)雜時(shí)的小扭矩與大扭矩得以實(shí)現(xiàn)[5-6]。

從圖3 中能夠看出，機(jī)械傳動(dòng)中卷筒被減速機(jī)所驅(qū)動(dòng)，使直流電機(jī)收、放鋼絲繩。在鋼絲繩從導(dǎo)向滑輪上繞過(guò)之后，旋轉(zhuǎn)環(huán)繩夾套環(huán)在連接之后，在把鋼絲繩和一級(jí)杠桿連接起來(lái)。金屬鏈條會(huì)把斗底杠桿和一級(jí)杠桿連接起來(lái)。經(jīng)過(guò)上面對(duì)連接結(jié)構(gòu)的講述，在開(kāi)斗作業(yè)被開(kāi)斗系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行之后，經(jīng)過(guò)對(duì)直流調(diào)速器來(lái)進(jìn)行控制，來(lái)增大輸出端此時(shí)的電流，增加直流電機(jī)的扭矩，使鋼絲繩承受的力更大，并且有開(kāi)斗力作用到鋼絲繩中，在該力會(huì)被一級(jí)杠桿進(jìn)行放大，然后該力會(huì)被斗底與鏈條進(jìn)行又一次的放大，一直到拉出斗栓，打開(kāi)與解鎖都底板，進(jìn)而使開(kāi)斗作業(yè)的更加高效與可靠[7-8]。

因?yàn)橹绷髯兯倨鞅皇褂?，在開(kāi)斗沒(méi)有工作的情況時(shí)，能夠?qū)χ绷麟姍C(jī)所具有輸出扭矩進(jìn)行控制，繼而控制作用于鋼絲繩中張緊力，使作業(yè)車輛不會(huì)由于鋼絲繩下垂而產(chǎn)生危險(xiǎn)，而且鋼絲繩下垂是由于其本身的重力，能夠很好地避免發(fā)生突發(fā)的開(kāi)斗，使附近設(shè)備與人員更加安全。兩級(jí)杠桿被使用時(shí)，使開(kāi)斗上的鋼絲繩中的力下降，使鋼絲繩的期限延長(zhǎng)；因?yàn)樘篆h(huán)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行了固定，把鋼絲繩折成圓弧形，并且不會(huì)和套環(huán)有摩擦的消耗產(chǎn)生，鋼絲繩運(yùn)行壽命得到延長(zhǎng)；旋轉(zhuǎn)環(huán)被使用時(shí)，在開(kāi)斗作業(yè)的過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)環(huán)會(huì)把鋼絲繩所具有扭轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行釋放，延長(zhǎng)鋼絲繩的運(yùn)行壽命[9-10]。

3 改造效果分析

2021 年年末，在某漏天礦對(duì)已優(yōu)化改造的電鏟進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)一個(gè)季度的檢驗(yàn)，經(jīng)改造后的開(kāi)斗系統(tǒng)，克服了物料黏結(jié)、堅(jiān)硬等問(wèn)題，通暢的開(kāi)斗使鋼絲繩使用壽命得到了延長(zhǎng)，以下是新型電鏟開(kāi)斗系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)：直流調(diào)速器的使用，能夠?qū)ζ渲绷麟姍C(jī)所具有的輸出扭矩進(jìn)行控制，當(dāng)工況是開(kāi)斗時(shí)，開(kāi)斗是有效的，當(dāng)工況是非開(kāi)斗時(shí)，能夠確保鋼絲繩始終是張緊的，不會(huì)發(fā)生突發(fā)開(kāi)斗與下垂都，使設(shè)備與人員更加安全；兩級(jí)杠桿結(jié)構(gòu)使用時(shí)鏈條會(huì)對(duì)其進(jìn)行連接，當(dāng)開(kāi)斗是有效的狀況時(shí)，作用于鋼絲繩的力會(huì)被二級(jí)杠桿所下降，把鏈條連接與鋼絲繩的運(yùn)行壽命延長(zhǎng)；旋轉(zhuǎn)環(huán)和套環(huán)結(jié)構(gòu)會(huì)把鋼絲繩進(jìn)行連接，能夠?qū)︿摻z繩在扭轉(zhuǎn)、磨損與折彎時(shí)進(jìn)行保護(hù)，使鋼絲繩的運(yùn)行壽命得到延長(zhǎng)；在調(diào)節(jié)力矩時(shí)，不需要電阻，節(jié)約了電能。