礦用電鏟開斗系統(tǒng)運(yùn)行分析及改進(jìn)研究

王耀國

（國能準(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)動力，就會使鏟斗移動，使其移動到運(yùn)輸車輛的車頭頂部，繼而開斗系統(tǒng)會把鏟斗的斗底打開，此時，由于重力對物料的作用，就會使物料下滑，并滑到下方的車斗中。所以，在電鏟作業(yè)時，最關(guān)鍵的功能就是開斗系統(tǒng)，基于以上問題，針對電鏟開斗系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化并展開分析。

1 電鏟開斗系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

電鏟開斗系統(tǒng)中，頭桿與鞍座的滑輪之上的鋼絲繩會由于卷揚(yáng)機(jī)來實施纏繞，并且卷揚(yáng)機(jī)是由于開斗的直流電動機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動，不僅會拉動斗栓，而且對斗底進(jìn)行解鎖，使開斗功能得以實現(xiàn)。卸料結(jié)束之后，由于重力對斗底的作用，斗底實現(xiàn)自動閉鎖功能，然后再進(jìn)入到接下來的循環(huán)工作中，圖1 為原開斗系統(tǒng)圖。

圖1 原開斗系統(tǒng)

開斗系統(tǒng)的優(yōu)點是易調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)比較簡單，但是在礦山開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)致在實施挖掘時斗栓被卡住，需要將電機(jī)的輸出扭矩提高，同時造成在開斗瞬間沖擊載荷較大，對鋼絲繩的使用壽命有很大的影響。除此之外，鋼絲繩會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，由于沖擊載荷對鋼絲繩的作用力，就會使鋼絲繩在瞬間發(fā)生斷裂，對操作人員與設(shè)備的安全造成威脅[1-2]。與此同時，在停止開斗時，直流電動機(jī)的扭矩與電流會由變阻器進(jìn)行改變，使鋼絲繩所具有的張緊力得到控制，可在這時，變阻器會讓電能發(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、提高成功開斗的概率是急需解決的問題。

2 開斗系統(tǒng)改造及研發(fā)

經(jīng)過把現(xiàn)場的實際工況和多次論證結(jié)合起來，以之前的開斗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，新型的電鏟開斗系統(tǒng)被研發(fā)出來，直流電機(jī)與直流的調(diào)速器是新型的電鏟開斗系統(tǒng)的動力系統(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現(xiàn)，避免有突發(fā)狀況出現(xiàn)在開斗中，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，開斗力的放大是由杠桿結(jié)構(gòu)所實現(xiàn)的，使系統(tǒng)所承受的力得以改善，金屬鏈條會把斗底杠桿與杠桿機(jī)構(gòu)連接起來，并對其拉力進(jìn)行傳遞，就是當(dāng)斗底板的杠桿的工況比較惡劣時，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)會把一級杠桿和鋼絲繩連接起來，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。下頁圖2、圖3 分別為新型開斗機(jī)械傳動系統(tǒng)示意圖。

圖3 開斗機(jī)械傳動系統(tǒng)示意圖

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

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

因為直流變速器被使用，在開斗沒有工作的情況時，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)車輛不會由于鋼絲繩下垂而產(chǎn)生危險，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)的開斗，使附近設(shè)備與人員更加安全。兩級杠桿被使用時，使開斗上的鋼絲繩中的力下降，使鋼絲繩的期限延長；因為套環(huán)對鋼絲繩進(jìn)行了固定，把鋼絲繩折成圓弧形，并且不會和套環(huán)有摩擦的消耗產(chǎn)生，鋼絲繩運(yùn)行壽命得到延長；旋轉(zhuǎn)環(huán)被使用時，在開斗作業(yè)的過程中，旋轉(zhuǎn)環(huán)會把鋼絲繩所具有扭轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行釋放，延長鋼絲繩的運(yùn)行壽命[9-10]。

3 改造效果分析

2021 年年末，在某漏天礦對已優(yōu)化改造的電鏟進(jìn)行了試驗，通過一個季度的檢驗，經(jīng)改造后的開斗系統(tǒng)，克服了物料黏結(jié)、堅硬等問題，通暢的開斗使鋼絲繩使用壽命得到了延長，以下是新型電鏟開斗系統(tǒng)所具有的優(yōu)點：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)工況是開斗時，開斗是有效的，當(dāng)工況是非開斗時，能夠確保鋼絲繩始終是張緊的，不會發(fā)生突發(fā)開斗與下垂都，使設(shè)備與人員更加安全；兩級杠桿結(jié)構(gòu)使用時鏈條會對其進(jìn)行連接，當(dāng)開斗是有效的狀況時，作用于鋼絲繩的力會被二級杠桿所下降，把鏈條連接與鋼絲繩的運(yùn)行壽命延長；旋轉(zhuǎn)環(huán)和套環(huán)結(jié)構(gòu)會把鋼絲繩進(jìn)行連接，能夠?qū)︿摻z繩在扭轉(zhuǎn)、磨損與折彎時進(jìn)行保護(hù)，使鋼絲繩的運(yùn)行壽命得到延長；在調(diào)節(jié)力矩時，不需要電阻，節(jié)約了電能。