安慶銅礦進口井下服務車技術改造

徐曉富

(銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦, 安徽安慶市 246131)

安慶銅礦進口井下服務車技術改造

徐曉富

(銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦, 安徽安慶市 246131)

對安慶銅礦進口服務車存在的問題進行了診斷,分析了進行技術改造的可行性和技術方案,更換了行走液壓系統和控制系統,重新設計制造了制動器執行油缸,對液壓管路系統進行了全面的整改,對車架、發動機、驅動橋進行了必要的修復和維護,改造后投入正常生產運行作業,使用效果良好,達到了預期目標,為安慶銅礦節約了約 200萬元的設備投資。改造方案可供同類礦山企業參考借鑒。

井下服務車;高壓柱塞泵;柱塞馬達;技術改造

安慶銅礦于開采初起進口 2臺瑞典 NOBEL公司生產的 PT61系列服務車,其中 1臺為油車、1臺為材料車。兩臺輔助車已正常使用十幾年,為安慶銅礦的井下生產作業作出了較大的貢獻。由于使用期限已超過設計使用年限,服務車已不能投入正常安全使用,必須進行全面的技術升級改造。

1 技術改造的可行性分析

西方國家生產的礦山機械的有效使用年限一般設計為 10 a,達到這一期限后設備即進入故障高發期,主要零部件因過度磨損或疲勞不能繼續使用而導致整機報廢。安慶銅礦進口的 2臺 NOBEL公司生產的 PT61系列輔助車,已經使用 13 a,按正常情況已達到報廢的期限。由于該車主要用于井下油料和其它輔助材料的運輸,與鏟運機、地下汽車相比,作業環境和條件較好,加之礦領導、礦機動部的嚴格管理,工區的科學使用和完善的維護保養,設備的實際狀況還沒有達到必須報廢的程度。為確認改造的必要性和可行性,我們對設備進行了仔細勘察與全面診斷,設備狀況如下。

(1)行走無力。其原因是因為行走油泵、油馬達達到終結壽命,已嚴重磨損,內部泄漏嚴重,無法建立有效的系統工作壓力所致。由于原設計選用的德國 Sauer公司生產的 20系列高壓柱塞泵、馬達屬于淘汰產品,廠家已經停止生產,無法買到原廠配件更換。雖然找力施樂這樣的專業公司對油泵、油馬達進行過修復,但效果不理想,使用僅幾個月就無法正常工作。

(2)制動系統失靈。該系列車輛靠變量柱塞油泵油馬達組成的閉式系統在油泵不供油時使馬達閉鎖而實現工作制動。此外,系統從主油路的補油泵引出一路低壓油驅動執行油缸,控制前后橋上的磨檫盤式制動器,實現停車 (手)制動。由于油泵油馬達都已嚴重磨損,當油泵不供油時,閉式系統的主油路通過泵和馬達的泄漏處連通,使馬達仍然可以轉動而不能正常閉鎖實現制動;手制動系統也因制動油缸的密封失效泄漏以及供油泵過度磨損無法建立足夠的壓力而不能正常工作。

(3)前后驅動橋狀況良好。該車驅動橋為井下車輛專用車橋,設計時充分考慮了各種沖擊負荷的影響,有較高的強度安全系數,抗過負荷能力強,能適應井下惡劣的路面環境條件。但該型服務車主要在路面條件較好的斜坡道和主要運輸巷道運輸油料和其它輔助材料,其運行環境明顯優于鏟運機等設備的使用環境,沖擊負荷小,過負荷情況較少。因此,雖然使用了十幾年,其主要承載零部件狀態良好,遠未達到疲勞極限。此外,驅動橋的多片盤式制動器集成在驅動橋主傳動的殼體內,為全封閉油冷型,外界雜質幾乎不可能進入摩擦片間,加之該制動器主要用于停車制動和緊急制動,使用頻率很低,經試驗測試,制動器狀態良好,只是驅動制動器的執行油缸因泄漏無力,導致手制動系統失效。

(4)車架及中央轉向機構及系統狀況較好。由于運行路面條件較好,過負荷情況少,車架和轉向系統狀態良好,沒有開裂、脫焊等狀態,主要鉸接點磨損正常,個別處于較低位置的鉸銷孔磨損超過極限,但易于修復。

(5)柴油發動機狀況尚可,可以修復使用。

(6)電路和部分控制系統老化失效,必須更換。

從設備狀況看,除高壓變量柱塞泵、柱塞馬達,電氣控制系統必須報廢外,驅動橋、車架、轉向系統、發動機等多數零部件均可繼續使用或經修復后繼續使用,完全具有改造的價值。

從軟件方面考慮,安慶銅礦具有多年的使用管理和維修進口車輛、進口發動機的經驗和維修人員隊伍;合作承擔改造任務的長沙礦山研究院擁有長期從事鏟運機、地下汽車、地下輔助車輛研制的技術實力、豐富的經驗和專業技術人員。礦、院合作,完全可以順利完成上述車輛的技術改造。

因此,從設備本身的狀況、改造的硬件、軟件等方面綜合分析認為:對安慶銅礦的進口油車、材料車進行技術改造是完全可行且具有明顯經濟效益的。

2 技術方案研究

2.1 原車特點

(1)行走速度較低。經計算、實測,原車最高行駛速度不足 8 km/h,導致運行效率低,從 -280中段出發經斜坡道重載爬到井口需要 1個多小時。

(2)采用雙馬達串聯驅動,使系統壓力提高。主回路最高壓力達到 42 MPa。

(3)由于采用柴油發動機驅動,須用一個腳踏板控制油門,因此采用電磁閥控制車輛的前進、后退,另一個腳踏板控制油泵排量大小,即控制車速。

2.2 改造方案

改造的原則:盡可能利用原有零部件,以節約改造費用;重點改造液壓行走系統和電器控制系統;適當提高車速;盡量維持原設計,保持原車操控方式,以防誤操作。

根據改造原則和國內外可供元件情況,初步確定以下 3種液壓系統方案。

(1)電磁閥控制。該方案設計由電磁閥控制車輛的前進、后退,但變量泵的排量不能實現無級調節。電磁閥置前進位,變量泵調到前進最大排量;電磁閥置后退位,變量泵則調到反向最大排量,變量泵的功能未能利用,等于使用定量泵。

(2)手動閥控制。在該方案中,變量泵的排量能實現無級調節,但車輛的前進、后退要由兩個腳踏板控制,使整車腳踏板由 2個增加到 3個,不符合原車操作習慣和人機工程學的要求,有因誤操作引起安全事故的可能性。

(3)電液伺服。該方案采用最新泵組控制技術,由手動電器開關 (SPDT)控制前進、后退。由一個電子腳踏板發出電流調節信號,通過電子控制裝置控制變量泵上的比例電磁閥,實現油泵流量的無級調節,該方案控制線路見圖1[1]。

圖1 控制系統原理

系統液壓原理見圖2[2]。油泵選用 Sauer公司90系列高壓柱塞泵,排量為 100 ml/r,最高工作壓力達 46 MPa;馬達選用 90系列定量馬達,排量 75 ml/r,最高工作壓力 46 MPa。泵、馬達的安裝聯接尺寸與原機使用的 20系列相同,可以直接安裝,只是外形尺寸不同。

該方案技術先進,符合目前國內外的發展趨勢;油泵油馬達的最高工作壓力可以達到 46 MPa,高于原 42 MPa,完全滿足車輛的要求;通過泵和馬達的合理匹配,可使車速提高約 30%;操作控制方式與原機相同,一個手動開關控制方向,一個電子腳踏板控制車速 (油泵排量),另一個腳踏板控制發動機油門。

圖2 行走液壓系統原理

綜上所述,最終確定采用電液伺服控制方案為該車技術改造的行走液壓系統方案。

3 改造效果

按照確定的改造方案,更換了行走液壓系統和控制系統,重新設計制造了制動器執行油缸,對液壓管路系統進行了全面的整改,對車架、發動機、驅動橋進行了必要的修復和維護。全面完成組裝、調試后,對車輛主要性能參數進行了測試,結果如下。

行走系統壓力:38 MPa(設定值);

最高車速:10 km/h(原車速約 8 km/h);

裝載質量:4000 kg;

工作制動:重載斜坡道運行,制動靈敏可靠;

手制動:可靠;

油溫:正常,運行 2 h后約 60℃。

經測試檢驗合格后,即投入正常生產運行作業,使用效果良好,達到了預期目標,為安慶銅礦節約了約 200萬元的設備投資。

[1] Sauer-Danfoss.Technical Information KEP Electronic Foot Pedal[R].Naumunstar Germany:Sauer-Danfoss Inc.Jan 2009.

[2] Sauer-Danfoss.Technical Information Series 90 Axial Piston Pumps[R].Naumunstar Germany:Sauer-Danfoss Inc.Aug 2008.

[3] 黃偉健.NT30/NBB150型裝藥臺車的改造 [J].采礦技術,2010,10(6):69-71.

2011-08-4)

徐曉富 (1968-),男,安徽潛山人,工程師,現主要從事礦山設備維護管理工作。