P&H2800XPB電鏟鏟斗斗唇護套研制與應(yīng)用

＊胡芳周 武義忠 何志遠

（中煤平朔集團有限公司 山西 036000）

P&H2800XPB挖掘機是用于采礦作業(yè)的新型大型采礦機械，它可與220噸至363噸的自卸卡車配合使用，適用于年產(chǎn)量超過2000萬噸的大型露天礦的巖石剝離、提取和材料裝載作業(yè)。

為了滿足國內(nèi)外露天礦山開采裝備大型化的發(fā)展潮流，在過去幾十年間，該項目匯集了大型礦用挖掘機在制造和設(shè)計方面的成功和失敗經(jīng)驗，并對現(xiàn)有的礦用挖掘機系列進行了開發(fā)。借鑒國內(nèi)外最先進的開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)，采用最先進的技術(shù)手段、方法、標(biāo)準、材料處理方法和工藝流程，結(jié)合成熟的PLC控制技術(shù)和先進的交流變頻驅(qū)動技術(shù)。

開發(fā)出一種新型大型電機驅(qū)動礦用挖掘機。這是一種大型齒輪齒條式挖掘機，大大提高了產(chǎn)品的技術(shù)水平和可靠性，具有較高的性價比，可滿足國內(nèi)外露天礦用戶的需求。

礦用機械挖掘機有五個主要驅(qū)動機構(gòu)—提升、推壓、回轉(zhuǎn)、行走和鏟斗，通過使這五個主要驅(qū)動機構(gòu)相互配合，挖掘機可以進行目標(biāo)切割（推動）、鏟斗裝載（提升）、轉(zhuǎn)運（回轉(zhuǎn)）、卸載（鏟斗運作）、深挖（移動）和其他操作。它們工作的時候，相互協(xié)調(diào)配合，可實現(xiàn)的挖掘目標(biāo)有：大幅提高工作效率、大幅擴展挖掘機的工作范圍、大容量鏟斗、降低易損件及主要結(jié)構(gòu)件的故障率、延遲使用壽命、提升維護便攜性。礦用挖掘機的電氣部件主要有：電源、高壓開關(guān)柜、高壓集電器、主輔變壓器、避雷系統(tǒng)、變頻控制電機、變頻控制器、限位照明等裝置構(gòu)成。礦用挖掘機的機械部件主要有：鏟斗、提升臂、開閉機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、提升機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)等裝置和其他關(guān)鍵部件。

本文提供了集中和手動潤滑的干油潤滑方法，飛濺潤滑和稀油油池潤滑這兩種方法在減速箱內(nèi)齒輪中采用。氣路系統(tǒng)配有空氣干燥裝置，以確保在寒冷天氣下正常運行。在機艙的左側(cè)和右側(cè)，配有互鎖開關(guān)和登機梯，方便操作員進出。除了安裝在駕駛室后部配重箱內(nèi)的高壓柜、主變壓器、輔助變壓器和輔助柜外，其他的精密電氣控制柜都安裝在了右側(cè)行走平臺的中央，并配有特殊散熱風(fēng)機和單獨的隔間，用于保護裝置和散熱。

1.P&H2800XPB電鏟鏟斗情況

本文使用的挖掘機鏟斗型號為P&H2800XPB，標(biāo)準容量為35.2m3，帶有焊接耐磨鋼板。鏟斗斗體可接受現(xiàn)場維修，如焊接操作規(guī)范，焊接后可實現(xiàn)優(yōu)良的斗體性能。一般鏟斗大都配有八個鏟斗防護裝置及整體斗齒，防護裝置組成部件主要有：斗唇角、側(cè)護套、斗唇中央護套、耐磨鋼防護設(shè)備等部件組成。斗齒的組成部件主要有：楔子、斗齒、銷軸或“C”型卡板。這些部件通過連接機構(gòu)相互協(xié)作和依存。鏟斗斗唇跟斗齒的裝配精度越高越有利于降低鏟斗的維修成本，如果斗齒與斗唇裝配過程中過盈值過高則容易降低斗齒的束縛力進而產(chǎn)生松動現(xiàn)象，這樣就極易損壞斗齒與斗唇的接觸面，致使斗齒超前實效。挖巖鏟斗斗齒的材料、結(jié)構(gòu)及規(guī)格外形的合理選擇，保證了鏟斗的高強度、高耐磨、長使用壽命，滿足特殊工作環(huán)境的要求。鏟斗的工作環(huán)境及所挖材料的堅硬程度決定了鏟斗的工作壽命。比如，同樣的斗齒可以用在銅礦石上幾個星期，而用在鐵礦石上卻只有8個小時。

圖1 斗齒組件

鏟斗的前唇及側(cè)唇在使用過程中非常容易磨損，因此在設(shè)計中為了提升更換維護的便攜性將斗唇側(cè)護套分成了上中下三部分組成，斗唇護套的連接機構(gòu)有“銷軸-插銷式”和“C”型卡板組成。在使用中如果斗唇防磨套磨損量超過允許值時就必須更換，在更換斗唇防磨套的同時也需要將護套連接、鎖緊裝置（包括楔子、“C”型卡板等）一起更換。

2.改造原因

針對日常維修和監(jiān)測P&H2800XPB電鏟鏟斗系統(tǒng)中斗唇運行，得出由于電鏟工作期間斗唇部件需要承載極強的工作沖擊力，電鏟日復(fù)一日的高強度工作，設(shè)備運轉(zhuǎn)導(dǎo)致大牙和護套部件出現(xiàn)不同程度的疲勞磨損，在挖運物料過程中，會造成護套尖端受力，上部受力時牙銷起到較好的銜接作用；而下部受力時沒有牙銷的銜接作用，會造成護套向上變形，進而形成護套的掉落。運行時間一長，則生產(chǎn)現(xiàn)場必須進行更換，頻繁性更換造成人力成本的增加，相應(yīng)地增加了安全風(fēng)險；而目前原廠件價格明顯偏高，導(dǎo)致設(shè)備維修成本增加，還會出現(xiàn)，先期計劃的訂單，無法按期發(fā)貨的情況，備件的非正常到貨嚴重制約了現(xiàn)場生產(chǎn)，且維修生產(chǎn)成本較高。

在挖掘過程中，只有斗體的底部、兩側(cè)中下部分會受到磨損，上部基本不會受到磨損。按此特點設(shè)計護套的尺寸，延伸護套下端，使其與上端平齊，在挖運物料過程中，護套尖端受力，使得上部和下部受力時牙銷能夠發(fā)揮較好的銜接作用，以此來充分發(fā)揮護套銷的銜接作用，防止護套會向上變形。通過對同類型產(chǎn)品（大牙）的使用情況應(yīng)用的跟蹤，提出對斗唇護套進行技術(shù)改造，將極大減少更換大牙和護套的數(shù)量，工作量和維修成本將大大降低[1]。

3.改造技術(shù)方案

目前，國內(nèi)同行業(yè)同類型大型挖掘機設(shè)備中，還沒有使用該項試制的護套。平朔公司建礦以來，電鏟鏟斗大修都是使用進口或國產(chǎn)耐磨板，耐磨性相對較差，而且不適合坑下的作業(yè)環(huán)境，使用周期短，維修成本增加；為此，安家?guī)X電鏟車間群策群力、集思廣議，通過試制改造后的護套，工作量將大大降低，這保證了電動挖掘機設(shè)備的正常維護工期，間接提高了電動挖掘機的經(jīng)濟效益。

(1)改造的思路

針對上述問題，露天設(shè)備維修中心安家?guī)X電鏟車間，經(jīng)過比對同類型電鏟設(shè)備的大牙部件，發(fā)現(xiàn)電鏟鏟斗部件改造后的護套裝置配合也很合理，承沖擊性穩(wěn)定，運行效果良好。通過對同類型產(chǎn)品大牙的牙銷安裝和使用情況應(yīng)用的跟蹤，發(fā)現(xiàn)大牙銷的銜接作用較強；同理，提出對斗唇護套進行技術(shù)改造，將極大減少更換護套的數(shù)量，工作量和維修成本將大大降低。本次改進的特點：第一，延伸護套下端，使其與上端平齊，以此來充分發(fā)揮護套銷的銜接作用；第二，延伸的下端將對斗唇下部有良好的防護作用。斗唇裝置改造后效果如圖2所示。

圖2 斗唇裝置系統(tǒng)組成

圖3 系統(tǒng)整體效果圖

(2)設(shè)計主要參數(shù)

此方法改進后，對鏟斗下部有防護作用；通過卡板、直銷固定中部護套，護套安裝后更加牢固，護套錯位機率下降，降低護套脫落機率，有效保護鏟斗，延長使用時間。

(3)配件組成及工作流程

配件組成：楔子、“C”型卡板和支撐件。設(shè)計護套的尺寸，延伸護套下端，使其與上端平齊，在挖運物料過程中，護套尖端受力，使得上部和下部受力時牙銷能夠發(fā)揮較好的銜接作用，以此來充分發(fā)揮護套銷的銜接作用，防止護套會向上變形[2]。

表1 斗唇裝置系統(tǒng)配件組成

4.改造后達到的效果

P&H2800XPB電鏟逐步使用試制的護套部件，試制部件投入后設(shè)備穩(wěn)定運行，電鏟鏟斗斗唇配合合理，在此基礎(chǔ)上極大地降低設(shè)備維修成本。試制的護套部件能達到預(yù)期的性能參數(shù)，能有效地服務(wù)設(shè)備正常周期。本研究完成后，將有效避免電鏟設(shè)備因護套和大牙的待件停工和整體更換斗唇現(xiàn)象的發(fā)生。

跟蹤車間全年坑下電鏟更換護套的更換記錄顯示（半年，7臺鏟），原來安裝護套數(shù)量為49件，半年共更換147個護套，費用總計43.37萬元；而更換一個護套所需的時間約為15分鐘，共計時間為2205分鐘（在此期間所形成的人工費約為0.28萬元）。以上費用合計為58.11萬元。

而后期換成試制的護套部件，不需要頻繁更換，將極大縮短維修時間，保障維修安全；試制的護套（每臺鏟安裝7個護套）平均價為5000元/個，共計3.5萬元，平均每半年更換1次，共需投入24.5萬元。這樣設(shè)備保守估計能多創(chuàng)造33.61萬元，這樣下來每年多創(chuàng)造預(yù)計67.22萬元經(jīng)濟效益，且能大大降低人力成本，減少安全風(fēng)險。因此，試制的護套部件能有效節(jié)約維修成本，優(yōu)化設(shè)備經(jīng)濟效益。

5.結(jié)論

礦用挖掘機是露天礦產(chǎn)采礦中使用最多的一種挖掘機，其斗齒在采礦過程中與礦物等物料直接接觸，在巨大的沖擊載荷下，斗齒經(jīng)常出現(xiàn)磨損、斷裂、脫落等失效現(xiàn)象。出現(xiàn)故障的斗齒，連同礦石和其他物料一同進入了破碎機，將導(dǎo)致破碎機的失效，造成巨大的經(jīng)濟損失。針對這一問題，因其惡劣的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)條件，選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控設(shè)備，按照系統(tǒng)的工作要求，對整個測試系統(tǒng)的進行了總體設(shè)計。目前，車間經(jīng)過與相關(guān)車間和廠家進行研討，已經(jīng)掌握了其優(yōu)化、改造的技術(shù)基礎(chǔ)，具備改造的基礎(chǔ)條件，可以針對性地推廣使用，目前車間對P&H2800XPB電鏟所有設(shè)備進行裝配試制的護套部件。

試制的護套部件運行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、耐用性強，減少了維修成本和采購的不確定性，能保證現(xiàn)場電鏟鏟斗組裝如期完成，且現(xiàn)場很少需要更換護套，進而相應(yīng)地減少了大牙和斗唇的磨損；且護套的使用周期約3000小時；同類型設(shè)備極具推廣價值。通過試制改造后的護套，工作量將大大降低，這確保了電動挖掘機設(shè)備的正常維護工期，間接提高了電動挖掘機的經(jīng)濟效益。