小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機鏟斗防溢板設(shè)計加裝

李國政

（云南磷化集團(tuán)有限公司昆陽磷礦分公司，云南昆明 650600）

0 引言

作業(yè)人員在操作小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機作業(yè)中發(fā)現(xiàn)：挖掘機與礦用卡車的車鏟比不匹配，在裝載松散料時，卡特773E 礦用卡車裝4 鏟可裝滿，小松HD325-6 礦用卡車裝3 鏟可裝滿；但在裝一般黑頁巖時，卡特773E 礦用卡車需裝4.5 鏟，而小松HD325-6 礦用卡車需裝3.5 鏟，這樣挖掘機隨時都存在半鏟裝車的情況，以至使挖掘機不能正常地進(jìn)行滿負(fù)荷運行，作業(yè)效率下降，柴油單位消耗上升。

1 項目提出

基于小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機與小松HD325-6、卡特773E 礦用卡車在開挖黑頁巖時存在車鏟比不匹配，即在要求車輛滿載的情況下存在半鏟而影響挖掘機作業(yè)效率的情況，操作人員、技術(shù)人員提出以下解決措施：在鏟斗上兩側(cè)加裝防溢板，提高鏟斗堆裝容量，提高挖掘機作業(yè)效率。

2 項目可行性分析

挖掘機鏟斗容量是挖掘機的重要工作參數(shù)之一，挖掘機鏟斗的大小直接關(guān)系到挖掘機的作業(yè)效率和性能：配備太大的鏟斗相當(dāng)于“小馬拉大車”，長期作業(yè)會對挖掘機的大小臂以及液壓系統(tǒng)造成損害；而配備太小的鏟斗，則相當(dāng)于“大馬拉小車”，使挖掘機發(fā)揮不出真正的水平。所以，各型挖掘機都會有一個與之相適應(yīng)的“鏟斗容量范圍”，規(guī)定了挖掘機應(yīng)該配備多大的鏟斗。

2.1 挖掘機鏟斗的容量定義

國際通行的挖掘機鏟斗符合PCSA3 標(biāo)準(zhǔn)和SAE 標(biāo)準(zhǔn)J-296，鏟斗以它們的平裝容量和堆裝容量來測定（圖1）。

圖1 挖掘機鏟斗容量

（1）平裝容量：容量實際上是包容在鏟斗側(cè)板和前后包圍板之內(nèi)，并沒有考慮任何材料由防溢板或鏟斗斗齒所支承或裝運。

（2）堆裝容量：在標(biāo)定面之下的鏟斗內(nèi)的容量加上標(biāo)定面之上的堆裝材料容量，其靜止角為1∶1，并沒有考慮任何材料由防溢板或鏟斗斗齒所支承或裝運。

歐洲工程設(shè)備委員會（CECE）規(guī)定在測定鏟斗堆裝有效負(fù)載時，括平平面之上的材料的靜止角按2∶1 計。

2.2 小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機鏟斗容量驗證

目前昆陽磷礦配備4 臺小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機，自編號分別為14#、17#、18#、19#，通過查閱相關(guān)產(chǎn)品資料，此型號挖掘機工作重量109.5 t，飛輪功率485 kW，額定鏟斗容量6.7 m3。一般而言，挖掘機出廠時的實際鏟斗容量是低于機器設(shè)計最大鏟斗容量的，即留有一定余量，以滿足各種比重礦石、巖石的裝載。對昆陽磷礦的小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機所配備的鏟斗容量進(jìn)行實測計算驗證（圖2），計算標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 21942—2008《土方機械 裝載機和正鏟挖掘機的鏟斗 容量標(biāo)定》。

依據(jù)測量數(shù)據(jù)計算鏟斗的堆裝容積VR：

式中 VS——平裝容量，m3

VT——堆尖容量，m3

首先，計算平裝容量VS：

式中 A——擴(kuò)平平面以下的鏟斗內(nèi)部橫截面積，m2

W——鏟斗內(nèi)側(cè)寬度，m

計算側(cè)面積A（圖2）。側(cè)面積A 近似為△ABE 和梯形BCDE面積之和：

圖2 小松PC1250SP-7 反鏟挖掘機鏟斗尺寸測量

已知，鏟斗內(nèi)側(cè)寬度W=2.16 m，則鏟斗的平裝容量VS近似計算為：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供的公式，計算鏟斗的堆尖容積VT：

式中 d——鏟斗中部截面內(nèi)切削刃口與背板上緣之間的距離，m

則VT=（22×2.26÷8）-（23÷24）=0.75 m3。

求得堆裝容積VR=VS+VT=4.6+0.75=5.35 m3。

通過實測計算小松PC1250SP 反鏟挖掘機所配備的鏟斗堆裝容量為5.35 m3，而額定容量為6.7 m3，還有1.35 m3的余量可以利用。因此，可以通過在鏟斗兩側(cè)加裝尺寸適合的防溢板，來提高鏟斗堆裝容積，達(dá)到與運輸車輛相匹配來提高挖掘機作業(yè)效率的目的。

3 項目實施方案

3.1 防溢板制作

材料：高錳鋼板2 塊，厚40 mm。尺寸：長×寬=1500 mm×600 mm。

3.2 改進(jìn)工藝

取下原鏟斗側(cè)板上的護(hù)板，在防溢板上打孔，打孔位置與鏟斗側(cè)板螺栓孔相符。使用螺栓將防溢板固定在鏟斗側(cè)板外側(cè)，并在防溢板和鏟斗側(cè)板內(nèi)外結(jié)合處進(jìn)行焊接加固。

3.3 改進(jìn)要求

防溢板安裝要將鏟斗堆裝容量從5.35 m3提升至6 m3，即增加約0.65 m3。通過加裝防溢板來提高鏟斗的標(biāo)定面，即提高堆尖容量（圖3）。可以計算出：0.65÷（2×2.16）=0.15 m。

加高0.15 m 是以鏟斗側(cè)板兩側(cè)全長，并利用斗齒防溢來實現(xiàn)增加0.65 m3的。但實際改進(jìn)中，兩側(cè)板全長加防溢板，防溢板容易變形且挖掘阻力增加，故采取側(cè)板中部加裝防溢板并設(shè)倒角，防溢板高度從0.15 m 增加至0.3 m，以提高堆積高度來增加堆裝容積（圖4）。

圖4 鏟斗防溢板加裝方案

4 項目實施效果

改進(jìn)后對鏟斗結(jié)構(gòu)性能無不良影響和破壞。通過加裝防溢板，替代了原來的側(cè)刀片，而防溢板厚度40 mm，側(cè)刀片厚度則為90 mm，開挖作業(yè)過程中鏟斗挖掘阻力有所減小。

對鏟斗改進(jìn)前后挖掘機作業(yè)效率進(jìn)行比較，改進(jìn)前裝卡特773E礦用卡車200 車，每車裝4.5 鏟（5 個裝車動作）車輛達(dá)到滿載，需完成1000 個裝車動作；改進(jìn)后每車可只裝4 鏟（4 個裝車動作），完成1000 個裝車動作則可以裝載250 車。裝小松HD325-6 礦用卡車，改進(jìn)前每車裝3.5 鏟，改進(jìn)后每車裝3 鏟；改進(jìn)前1000 個裝車動作可以裝250 車，改進(jìn)后1000 個裝車動作則可以裝333 車。改進(jìn)后與改進(jìn)前相比，挖掘機裝車效率提高了25%以上，柴油單位消耗下降3%左右。