高寒地區(qū)大型露天礦挖裝設備WKH—12電鏟的研制

摘 要：根據電鏟高效率、高可靠性的要求及響應國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，WKH-12電鏟采用了先進的帶能量回饋多傳動變頻系統(tǒng)，該設備滿斗系數高，機重大，能承受長時期重載挖掘；環(huán)境溫度適應性強，適合礦山的惡劣環(huán)境，-40℃～+55℃潤滑油影響小；起重臂長，卸載范圍大，卡車容易對位，易裝滿卡車。本文介紹了WKH-12電鏟的研制情況，重點介紹了該機的主要技術參數、結構組成及主要作業(yè)功能。

關鍵詞：高寒；交流變頻控制；單卷筒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.001

0 引言

伊春鹿鳴鉬礦位于黑龍江省伊春市鐵力林業(yè)局鹿鳴林場事業(yè)區(qū)內，鹿鳴林場東北2km處；采礦區(qū)面積4.6平方公里，主礦產鉬礦礦石量8.14億噸，鉬金屬量75.18萬噸，目前單體鉬礦規(guī)模居全國第一。 礦區(qū)位于佳木斯隆起的北部鶴崗凸起四方山林場復式背斜的南東翼。區(qū)內山勢雄偉，地形標高 300～460 米，相對高差 200～250 米，其地貌類型為剝蝕-堆積低山丘陵區(qū)，埋藏較淺，非常適合露天開采。本區(qū)氣候為中溫帶季風氣候區(qū)。冬季嚴寒漫長、夏季炎熱短促。鑒于以上特點，伊春鹿鳴鉬礦屬于高寒地區(qū)大型露天礦。比地下開采更易于應用大型生產設備，從而可以擴大企業(yè)的生產能力，提高勞動生產率，縮短基建時間，降低開采成本，提高經濟效益。同時，露天開采具有資源采出率高、生產安全可靠、生產空間不受限制等優(yōu)點。因此，中鐵資源集團伊春鹿鳴礦業(yè)公司決定礦山采用露天開采，先期為山坡露天，后轉入凹陷露天。在露天開采作業(yè)中挖裝設備的選型和設備性能直接影響露天礦的開采能力與進度。由于伊春鹿鳴鉬礦處于高寒地帶，冬季最低溫度達到-43.1℃，國內市場現(xiàn)有的電鏟在冬季嚴寒條件下作業(yè)故障率高，效率低，設備性能不穩(wěn)定，不能很好的滿足伊春鹿鳴鉬礦的采礦生產要求。因此，中鐵工程機械研究設計院開發(fā)了WKH-12電鏟，該設備適合伊春高寒地區(qū)氣候特點，結構優(yōu)化，采用了最新電氣控制及集中潤滑技術，運行更為可靠、安全。

1 WKH-12電鏟的主要技術指標

主要技術指標如表1。

2 WKH-12電鏟的總體組成

WKH-12型電鏟的機械部分由工作裝置、上部機構、下部機構等組成。

工作裝置采用單梁起重臂、雙斗桿齒輪-齒條推壓機構，并配有氣動盤式離合器來限制推壓機構承受的最大動負荷。

上部機構采用并聯(lián)的回轉機構、單電機單卷筒提升機構、正壓通風除塵的密封機棚以及帶空調除塵的司機室。此外，上部機構中還包括有雙腳支架、氣路系統(tǒng)和干油自動集中潤滑系統(tǒng)、稀油潤滑系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)的主要部分。

下部機構的回轉支承采用了圓錐形輥盤、上環(huán)軌分段式裝配、下環(huán)軌整體式裝配的錐形環(huán)軌。行走支承采用多支點履帶式行走裝置。行走機構采用雙電機雙行星減速機驅動的獨立傳動機構，安裝在底架梁的后部。

下圖為WKH-12電鏟的實物照片。

3 主要結構介紹

3.1 鏟斗

鏟斗為鑄焊結構，由斗齒、斗體、斗底、斗底緩沖裝置、提梁、均衡輪及各連接銷軸等零部件組成。

斗體主要由高強度耐磨鋼板焊接而成，鏟斗前壁的上部焊有由高強度耐磨材料鑄造的、可更換的斗唇；下部焊有由高強度耐磨材料鑄造的、可更換的斗栓座。鏟斗前部焊有可更換的耐磨塊。

3.2 斗桿

斗桿由整體焊接變截面左、右斗桿、連接筒、焊接整體齒條、后擋板、壓桿等組成。

通過更換不同長度的壓桿，可以調整鏟斗的安裝角度。

整體焊接變截面左、右斗桿由具有低溫沖擊韌性的低合金高強度鋼板焊接而成。這種結構的雙斗桿具有強度高、重量輕、維護量少的特點，且有益于減緩提升機構的負荷，有利于挖掘作業(yè)。

斗桿具有較高的抗扭剛性，保證整個斗唇寬度上的切削力均衡，使鏟斗始終保持水平挖掘，有利于裝滿物料。

3.3 起重臂構

起重臂采用具有低溫沖擊韌性的低合金高強度鋼板焊接成箱型結構件，采用大跨距銷軸聯(lián)接的結構型式。每一側的聯(lián)接銷軸均為簡支梁結構并開有油孔，以便潤滑。在起重臂下部制作了推壓機構傳動齒輪箱。

起重臂上安裝頂部滑輪的軸孔采用壓蓋式結構，便于安裝和拆卸。改善了裝配、維護的工藝性。

3.4 底架

底架由底架梁、回轉大齒圈、定位套、下環(huán)軌等組成，其結構型式加大了中央軸套在底架梁內部的深度，更加可靠。

3.5 履帶裝置

履帶裝置是由履帶鏈、左履帶架、右履帶架、驅動輪、拉緊輪、支承輪、輸入軸等組成，采用兩套對稱的多支點結構型式。

履帶架與底架梁聯(lián)接為間隙螺栓和楔塊，更加可靠，安裝簡單，可實現(xiàn)互換。

3.6 電氣系統(tǒng)

電控系統(tǒng)采用成套柜體，傳動單元采用 ABB 多傳動 ACS800 系列變頻調速產品下， PLC 采用西門子公司 S7-300 系列產品；低壓配電元器件及附件如：斷路器、接觸器、繼電器等均采用施耐德公司產品；主令控制器采用施耐德公司產品；觸摸屏采用 HITE 電腦，上位機采用研華工控機，與 PLC 之間采用工業(yè)以太網通訊，構成監(jiān)控管理系統(tǒng)，能全面實時監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，并提供完善的故障信息，方便運行及維護。

由于電鏟震動強度高的特點，我們重點考慮了變頻驅動系統(tǒng)的抗震問題，經過多次仿真及數學計算最終首創(chuàng)性的采用“彈簧徑向減震法”。為了適應伊春的高寒特性，首先我們選用的元件都是耐低溫型的型號，我們在每個電氣柜內都安裝帶溫控的加熱器以保證柜內元件的可靠性，并在機器房內安裝四臺大功率加熱器。在人機工程學方面，我們選用了根據體重可調減震座椅，配備24mm防彈玻璃、軍用空調、CD機、微波爐、真皮沙發(fā)。

4 關鍵技術

本電鏟在設計上的關鍵技術主要包括：

（1）針對高寒地區(qū)的使用環(huán)境，對主要結構件進行創(chuàng)新性設計。從而提高主要結構在低溫作業(yè)條件下的耐用強度，減少設備故障率。

（2）鏟斗采用鑄焊結構，主要受力及易磨損部位都采用高強度耐磨合金鑄鋼，在鏟斗較容易磨損部位都增加可更換的耐磨襯板，具有結構合理、自重輕、使用壽命長、維護工作量小等。

（3）提升機構采用單電機單卷筒結構，提升鋼絲繩數量為2根，使得每根鋼絲繩直徑較小，提升卷筒直徑也較小，這樣減小了傳動比，使得整個機構結構簡單、重量輕、體積小、傳動件數量少，加工、裝配工作量小，可大大降低制造成本。

（4）采用高寒環(huán)境下電氣系統(tǒng)的設計選型，保證高寒環(huán)境下電氣系統(tǒng)的正常運轉；針對機械式正鏟挖掘機使用中震動過大的問題，充分考慮了變頻柜的整體減震，采用自主研發(fā)的先進減震裝置。

5 結語

WKH-12電鏟滿足了伊春鹿鳴鉬礦施工的要求，提高了我國礦山施工設備的研發(fā)能力，部分研究成果，可直接用于其它國內礦山施工設備的研制，對提升國內礦山施工機械研發(fā)水平有著重要意義。

參考文獻：

[1]楊磊.12M3機械式挖掘機起重臂的設計與應用[J].山東工業(yè)技術，2016（06）：48-49.

[2]王世廉，原貞華.12M3礦用挖掘機斗桿結構的有限元分析[J].中國高新技術企業(yè)，2015（07）：32-34.

[3]鋼結構施工及驗收規(guī)范GB50205-2001[S].

[4]徐灝.機械設計手冊[M].第2版.第4卷.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

作者簡介：徐國學（1974-），男，湖北武漢人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：工程機械。