電動液壓鏟在露天礦山的運用與維護管理

何照建

（云南華聯鋅銦股份有限公司采礦車間，云南文山 663701）

0 引言

隨著云南華聯鋅銦股份有限公司露天礦山開采規模增大，中小型礦山開采設備高耗能、低效率的問題凸顯，展現出設備大型化的發展趨勢。2012年，公司相繼引進3臺利勃海爾電動液壓鏟（R9250E和R9350E）（以下簡稱“電鏟”）。作為省內首家引進電鏟的礦山企業，公司開始對電鏟在露天礦山的使用管理與維護進行探索實踐。

電鏟運用于大型露天礦山可發揮其鏟裝效率高的優勢，同時企業也面臨著設備大型化、現代化后的一系列管理難題，只有從使用、維修、保養及管理多方面根據實際使用條件摸索適應自己的方式，并不斷優化生產工藝、改善作業條件和探索維護維修及管理措施，才能使電鏟作業效率最大化。

結合長期使用液壓挖掘機積累的數據，不斷從使用、維護和管理方面，探索總結出高效、經濟使用電動液壓鏟的各項措施，為礦山企業提供可借鑒的經驗。

1 電鏟的使用條件和運行效率介紹

電鏟具有鏟斗容積大、機身和工作半徑大的特點，這就對露天礦山采掘工作面的大小和平整度提出較高要求，同時，要發揮電鏟高達10 000 m/臺班的理論臺班生產能力，則需研究鏟裝設備配套和爆破作業方式等關鍵要素。

1.1 剝離作業面要求

通過生產技術人員研究，與中小型液壓挖掘機較為常用的“之”形采掘推進方式不同，電鏟采用條帶式推進的方式挖掘效率較高?；跅l帶式挖掘方式，通過收集電鏟作業的實測最大挖掘半徑、最大挖掘高度和最大卸載高度，計算的電鏟（R9250E）采掘帶寬度為20 m，并結合配套運輸設備的最小轉彎半徑、車輛尺寸、道路至外側坡頂線的距離、臺階坡底線至內側道路距離等運行參數，計算的電鏟最小工作平臺寬度為35 m。

1.2 鏟裝設備的配套使用

通常，小型液壓挖掘機不與大型運輸設備搭配使用，避免運輸設備待裝造成低效高耗的弊端，同理，電鏟鏟裝效率的有效發揮應避免與小型運輸設備配套使用，縮短運輸設備進出裝車位的時間，且需根據運輸距離測算合理的挖掘設備與運輸設備的數量搭配。研究表明，采用100 t級礦用卡車與電鏟配合完成鏟裝作業，也是目前較為合理的配套方式。設備基本參數：電鏟型號為利渤海爾R9250，鏟斗容積15 m，最大挖掘半徑15.5 m，最大挖掘高度15.2 m，最大卸載高度10.3 m；卡車為特雷克斯TR100，堆裝容積57 m3，額定載重量91 t，外形尺寸10 820 mm×5151 mm×4850 mm，最大爬坡度 30%。

使用發現，運輸設備進出裝車位的不同運行路線，對電鏟運行效率有不同影響。公司常用環形調車方式和雙折返式調車方式：環形調車方式能節約更多調車時間，雙折返式調車能使電鏟不間斷連續作業，有效節約電鏟停機等車入換的時間。因此，根據實際情況綜合使用2種調車方式可增加電鏟效率。

1.3 爆破作業方式

爆破效果對電鏟挖掘效率影響非常大，如果巖石破碎效果和松散性較差，大塊率高，必然使鏟裝效率低下。通過引進了毫秒延時導爆雷管、磁電雷管、空氣間隔器、中繼起爆具等爆破器材，孔內裝藥結構采用間隔裝藥，且孔內進行了延時起爆，孔外也進行孔外延時，實現了微差爆破。對不同區域的爆破設置不同的孔網參數，有效降低炸藥單耗，提高延米爆破量，礦山爆破質量提升明顯，提高了電鏟挖掘效率。

2 電鏟的維修保養

2.1 日常點檢及定期維護

電鏟有別于其他液壓挖掘機的是能量傳遞方式，即電能轉化為液壓能，再由液壓缸輸出機械能。因此，電氣系統配置的電動機、動力柜等部件是其他燃油驅動的液壓挖掘機沒有的，點檢和維護要求有所不同。另外，電鏟動力電壓為6 kV高壓，進行日常檢查、維護前需要佩戴達到絕緣等級要求的絕緣鞋和絕緣手套，并提前檢查供電纜線磨損情況。

日常點檢包括：①行走系統由履帶、終傳動（行走馬達及減速機）、引導輪、托鏈輪、支重輪、漲緊裝置及支撐機架組成，主要檢查磨損、裂紋和油液泄露，以及減速箱表面溫度；②檢查回轉系統的回轉齒面潤滑脂是否充分；③泵、閥系統主要檢查密封狀況和運行噪聲狀況；④工裝系統（工作臂、油缸和鏟斗）主要檢查油缸是否浸油、漏油，銷軸潤滑是否良好，鏟斗和開合斗限位是否準確；⑤液壓油、齒面潤滑脂、工作裝置潤滑脂、回轉減速箱和行走減速箱齒輪油、分動箱油等油箱液位；⑥電氣系統除塵清潔，電機檢查加注潤滑脂。

電鏟定期維護與其他液壓挖掘機差異不大。首先需遵照設備廠家維護建議進行，嚴格按照保養標準進行定期維護，一般實際保養的時間與理論保養時間差異不能超過50 h。其次是采用油品取樣檢測的方式，檢測保養時放出的油樣，判斷油中金屬磨損顆粒成分值、黏度、添加劑和酸堿值等重要指標是否超標，如果可以繼續使用則適當延長使用時間并取樣檢測跟蹤，根據實際使用條件確定油品合理的更換周期。這樣可以大大節約設備維護成本。例如1臺R9250E型電鏟，推薦液壓油更換周期為2000 h，經實際使用并合理延長至3000 h，每年液壓油使用成本降低5.5萬元人民幣。如果更換的油品經過濾后滿足降級使用的要求，也可以用于其他油品使用等級較低的設備。

2.2 周期性預防性檢修

電鏟鏟裝效率高，故障停機損失極大，而且電鏟在國內運用并不普遍，一旦需要更換部件，則備件需從國外采購，周期長達2～4個月，造成長期停機待料的損失，所以預防性檢修非常重要。在做好日常點檢的基礎上，參考廠家推薦的部件使用壽命周期，及早發現問題，采購備件，降低維修成本的同時減少停機時間。電鏟通過點巡檢結合油樣分析，在處理液壓油缸密封異常、回轉馬達及減速機磨損、液壓泵磨損等故障時，均做到隱患早發現、備件早準備、故障早期得到檢修，達到了預防性檢修的目的。

2.3 備件國產化

當今國內的裝備制造業得到長足發展，無論液壓部件還是電氣部件都達到很高水平，對于大型進口設備的備品備件，走國產化途徑是有必要的。電鏟是歐洲進口設備，其備件價格與國內同類相比十分昂貴，某個液壓泵總成單價高達人民幣100余萬人民幣，某斷路器單價是人民幣60多萬元人民幣，引導輪單價達人民幣20多萬元。從技術層面看，易損件的國產化技術簡單，國內具備生產資質的廠商較多，容易實施，例如鏟斗極其附件（斗齒、齒根、護唇等）。據統計，公司通過國產化，1臺電鏟平均采剝170×104m3廢土及礦石，易損件可節約使用成本150萬余元人民幣。液壓油缸的國產化途徑在國內也行得通，先后從國內定制電鏟開合斗油缸、鏟斗油缸，其使用壽命雖然較原裝油缸縮短，但綜合成本降低數百萬人民幣。電氣系統方面，國內技術已經相當成熟，具備充分的電氣系統改造和部件國產化條件。例如，公司1臺電鏟高壓SF6氣體絕緣斷路器損壞，經實踐論證，用ABB廈門公司生產的VD4-12.06.25 PT 12 kV 630 A DC 220 V、遮斷容量25 kA的真空斷路器，通過技術改造可以替代L1SE0942417/12 kV/630 A/AC220 V、遮斷容量25 kA的SF6氣體絕緣斷路器，以及用環氧樹脂高壓絕緣套管、絕緣板、國產碳刷及加工銅滑環改造替代電鏟擊穿的6 kV高壓回轉滑環，運行效果良好。

2.4 舊件修復再利用

基于當下工業發展和創新出現的新材料、新工藝，以及電鏟備件較昂貴的問題，需要利用新材料和新工藝修復舊件來延續備件的使用壽命，降低電鏟的使用成本。自引進電鏟后，便不斷發掘舊件的修復價值，電鏟鏟斗價格約300萬人民幣，以公司礦巖情況看正常磨損可使用（3～4）a，但通過在鏟斗的內、外部加焊耐磨鋼板來防護（圖1），使用壽命預計可達（6～7）a；采用金屬粉芯焊絲堆焊加固磨損的斗齒、護唇、引導輪等部件，每年可減少備件成本40余萬元人民幣。引導輪和驅動齒圈在使用過程中不斷磨損，配合面尺寸減小，焊接修復方法是采用適合焊材對磨損面進行表面多層堆焊，使焊材與母材良好敷熔、填充和硬化，并使填充量與磨損量相當，恢復舊件尺寸到新件的標準，滿足使用要求。如圖2所示為焊接修復后的引導輪；對于主控閥這樣材料特殊，耐壓等級很高的部件，出現裂紋而漏油的故障，使用合適的新型焊接材料和工藝，同樣達到延長使用壽命1000 h左右的效果。

3 電鏟的成本管理

電鏟使用成本主要分為備件材料成本、能源成本、折舊成本和人工成本4部分，以電鏟運行時間在（15 000～25 000）h為例，則各類成本在總成本中占比分別為44%，13%，38%和5%，備件材料成本和能源成本約占總成本的57%。

3.1 備件存儲與計劃

電鏟由于在設備初期故障期、偶發故障期和耗損故障期的故障率不同（圖3）。備品備件的儲備也不一樣，隨著設備各系統運行狀況發生變化，能耗也在改變，但能耗與工礦環境之間也有密切關聯，影響能耗的因素主要是爆破效果、鏟裝設備配套的合理性、作業面設計等。電鏟在不同的使用時期內，其備件庫存量和備件類別不同。表1是1臺電 鏟 （R9250E）2013年至2017年的備件能耗情況。

圖1 鏟斗鋪焊防護

圖2 引導輪輪焊接修復

圖3 設備故障率曲線

表1 電鏟產量、備件消耗及能耗統計

從表1可以看出，隨著運行時間的增加，電鏟備件材料消耗逐漸增加。初期故障期，日常維護保養成本及易損件成本在設備正常生產運行中波動不大，因為液壓泵、馬達、減速機、油缸及四輪一帶等主要總成件有一定的壽命周期，在初期故障期需要磨合，問題不大，通常在（15 000～30 000）h發生較大故障。即在15 000 h前，非易損備件成本遠低于易損件及維護保養成本，僅占總備件消耗的6%左右，備件儲備主要考慮維護保養的備件和潤滑油品，以及斗齒類的消耗件。當電鏟運行至15 000 h后，液壓油缸、回轉泵、支重輪、引導輪、液壓泵等均達到使用壽命，需提前儲備維修備件包和一些總成件，此時，該類備件庫存量應占電鏟備件總庫存量的30%～40%。

隨著電鏟使用時間增長，進入故障偶發期，甚至是損耗故障期，發生故障的部位不僅是主要總成件，總體故障率都上升，對備件儲備量要求較高，這時，應考慮與設備廠家達成備件儲備寄售協議，提前準備大批即將使用的備件，以備周期性更換。公司3臺電鏟平均使用時間達17 000 h，此時推進的寄售庫庫存量已經達到1200萬元人民幣左右。如果不做好備件儲備，一旦故障發生需要更換新備件，廠家的備件生產供應周期長將給設備使用企業造成很長的待料停機時間。以電鏟運行效率估算，1臺電鏟停機1 d造成經濟損失約10萬元人民幣。

3.2 研究備件實際使用壽命

設備廠家所提供的備件使用壽命存在局限，僅照此制定備件采購儲備計劃是不夠準確的，受設備的使用工況和強度的影響較大，所以企業應根據實際使用情況，同類比較，確定適用于自己的備件實際使用壽命，以此為參考，使備件計劃準確率提高，避免資金占用大或采購不及時的問題。表2是公司按照電鏟實際運行狀況編制的備件壽命周期參照表。

4 小結

電鏟運用于大型露天礦山可發揮其鏟裝效率高的優勢，同時企業也面臨著設備大型化、現代化后的一系列管理難題，只有從使用、維修、保養及管理多方面根據實際使用條件摸索適應自己的方式，并不斷優化生產工藝、改善作業條件和探索維護維修及管理措施，才能使電鏟作業效率最大化。

表2 電鏟主要備機壽命周期參照表