四立方電動挖掘機升級

閆福榮

摘 要：挖掘機是露天礦山開采的必需設備，新礦山或老礦山在選購挖掘機時都選購10立方以上的大型挖掘機。但一些老礦山中的四立方挖掘仍在使用。四立方挖掘機是上世紀50年代的產品，由于是開式傳動、傳動鏈長，造成故障率高、維護成本高、出動率低，是老礦山亟待要解決的問題。“四立電動挖掘機”升級后就完全解決了這一難題。

關鍵詞：挖掘機;維護保養;開式傳動;行星減速機;免維護。

挖掘機是露天開采的主要設備，它能達到完全機械化、效率高。據統計一臺四立方米單斗挖掘機在Ⅵ級土壤中的挖掘工作相當于1500人的勞動量。可見其驚人的生產能力。

隨著國內外露天礦山生產規模的日趨擴大，采礦工藝和設備技術水平日益提高，為了進一步提高企業的經濟效益和勞動生產率，降低生產成本，更大規格的礦用挖掘機已經開始逐步取代小規格的挖掘設備，露天采裝設備（挖掘機）向大型化發展已經是不可逆轉的大趨勢。

目前，我國新開發的露天礦已經很少選用四立方電動挖掘機，一般都選用十立方及以上更大規格的電動挖掘機。四立方電動挖掘機只有老礦山還在使用，而且數量還不少。

隨著高性能材料以及行星減速機的出現，大型電動挖掘機在設計制造過程中已經得到廣泛應用。幾乎所有的露天礦山在新建、改建和擴建中均選擇了性能更加完善、技術水平更先進、可靠性更好、生產效率更高、更易于維護和保養、設備消耗更低、使用壽命更長、價格功能比更優的大規格礦用挖掘機。

目前礦山正在使用的“四立方電動挖掘機”如何提高使用性能已經勢在必行。

四立方挖掘升級設計理念：

1. 利用現代設計方法和手段提高整機的性能和可靠性。挖掘機載荷譜及挖掘軌跡研究成果的應用， 建立了整機性能參數、工作尺寸、不同挖掘物料載荷譜以及合理挖掘軌跡之間的數學模型， 為產品設計提供了科學、可靠的依據。基于虛擬樣機的整機性能分析和仿真優化設計技術的應用，優化了整機性能，實現了產品的三維設計和部分零部件的參數化設計。礦用挖掘機主要傳動系統動態分析研究成果的應用，實現了系統三維實體動態仿真分析， 提高了傳動系統零部件的可靠性和使用壽命。礦用挖掘機主要部件結構優化設計技術的應用，實現了結構件的三維參數化設計、優化設計和有限元分析等。

2. 新材料、新工藝的應用，提高了大型結構件的可靠性。在鏟斗、斗桿、起重臂、回轉平臺、A 形架、底架、履帶架以及大型齒輪箱的設計和制造過程中大量采用優質低合金高強度調質和正火鋼板、優質焊接材料和嚴格的焊接工藝，大大提高了焊接結構件的強度和剛度，降低了結構件的重量。通過局部或整體退火處理，有效地消除了焊接結構件的殘余應力， 避免了主要基礎結構件的早期失效現象，提高了基礎結構件的使用壽命。

3. 新材料、新工藝的應用， 提高了傳動零件的可靠性。廣泛采用硬齒面齒輪傳動技術。在傳動系統的軸類和齒輪類零件的設計和制造過程中采用了優質低碳合金鋼鍛造，整體調質， 輪齒表面滲碳淬火，磨齒，齒形修緣，齒根噴丸強化等先進工藝手段和措施，提高了該類零件的抗彎、抗扭強度和表面接觸強度， 提高了傳動零件的使用壽命。

4. 新材料、新工藝的應用， 提高了主要承力零件的可靠性。在各主要承力銷軸類、支重輪、環軌等零件的設計和制造過程中采用了優質中碳合金鋼， 整體調質的先進工藝， 提高了零件的使用壽命。鏟斗斗唇、整體斗齒、斗唇護套、推壓齒條、張緊輪、后導輪、履帶板等零部件采用優質高錳鋼鑄造，提高了零部件耐磨性。

5. 整體結構鏟斗的應用，提高了鏟斗的使用壽命。在整體鏟斗的易磨損部位采用焊接性能好、綜合機械性能高、表面硬度高、使用壽命長的復合耐磨板，有效地保護了鏟斗本體。

6. 高性能組合斗齒的應用， 減少了維護時間，提高了設備的生產效率。高性能的組合斗齒可以根據不同的挖掘物料選擇不同材料特性的齒座和齒尖，減少了齒尖材料的浪費，大幅度縮短了更換齒尖的時間，提高了整機的可用率和生產效率。

7、模塊化設計的、全封閉的提升、回轉和行走減速箱。采用模塊化設計的、全封閉的提升、回轉和行走減速箱， 提高了齒輪的嚙合精度，便于安裝和維護。

8、新型履帶驅動系統的采用，提高了系統的可靠性。采用驅動輪高置的近似鏈輪-鏈條驅動的履帶驅動系統。履帶板和驅動輪的嚙合部位在靠近連接銷的中心線處。與傳統的驅動輪系統相比， 其接合長度大大增加， 壓力角明顯減小。新的履帶驅

動系統將消除節距干涉，降低驅動輪和履帶板在嚙合時的相對滑行量，從而減少驅動輪和履帶板的磨損。另外，驅動輪凸塊和履帶板間嚙合壓力角的減小幾乎消除它們在載荷作用下分離的可能性，將改善履帶板和履帶連接銷的受力狀況，提高履帶驅動系統的使用壽命并減少維護工作量。

9、電氣系統。電氣系統采用“上位綜合監控系統+PLC+基礎變頻傳動” 控制方案，提高控制水平和調速性能，PLC 實現整機運行的時序邏輯控制，變頻傳動驅動各機構協調動作，實現可控運行;在挖掘機上采用監控系統，對各種信號進行綜合顯示、監控，實現運行狀態監控與故障診斷;三級數據之間交換通過PROFIBUS DP 總線實現，信息交換量大，提高工藝控制的軟件化程度。較直流機組系統節能17%，工作效率提高10%，功率因數可達到1， 對電網無諧波污染。

10、整機運行狀態監控及故障診斷系統。全數字化的整機運行狀態監控及故障診斷系統可提高整機的操控性能，包括整機機械傳動系統、電氣系統、輔助系統、潤滑系統、壓氣操縱系統等的溫度、壓力、流量及電氣運行參數的監控及故障診斷系統， 工作裝置的實時運行顯示系統， 挖掘工況下提升-推壓操作最優化控制系統， 物料自動稱重和計量系統， 遠程監控與故障診斷系統等。

四立方電動挖掘機重點升級部份簡介：

一、電氣控制系統：采用變頻控制系統，PLC+人機界面控制。節電、故障率低，對設備起到很好的保護作用。

二、機械部份的升級：

1. 推壓齒輪和齒條，采用鍛造整體合金鋼加工，避免由于鑄造缺陷造成的故障。使用壽命保證2年以上。（原鑄造使用不到1年）

2. 提升系統采用行星減速提升機構，去掉原有的開式傳動方式。提升卷揚設計為卡套式結構，方便提升鋼絲繩的更換。提升卷楊與減速系統合為一體，使得機棚內干凈、簡捷、寬敞，除定期更換提升鋼絲繩外，整體機構免維護。

3. 回轉系統是由兩套相同的減速器同時傳動，輸出到回轉立軸小齒輪上，與底架梁的回轉大齒輪嚙合。減速機選用兩套相同行星回轉減速系統，確保無故障運行。

4. 履帶裝置及行走機構：采用上驅位傳動、獨立行走系統。履帶裝置中的支承輪增加到每側4個、共8個，再加2個拉緊輪。拉緊輪裝在拉緊方軸上。主動軸與驅動輪及行星減速機采用漸開線花鍵聯結，取消多余的傳動鏈，確保無故障運行。

5. 所有結構件采用高強鋼焊接為箱形結構件，確保5年免維修。

“四立方電動挖掘機”升級總體采用模塊化設計，可以對原4立電鏟進行部件更換。新制結構件大部份選用低合金高強板焊接，最大限度減少鑄件。行走選用獨立行走行星減速機，回轉兩套回轉行星減速機，提升選用內藏式行星減速機直接對提升卷揚。這些減速機均為專業減速機廠家生產，能確保3萬小時免維護，從而使整機故障率大大降低，除斗齒、提升鋼絲繩等易損件定期更換外，設備基本上是“無故障運行”，從而大大提高電鏟出動率。

參考文獻：

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[3] 楊志勇， 劉初升， 王亞東. 立井施工新型電動挖掘機液壓系統設計[J]. 液壓與氣動， 2012.

（撫順礦業集團機械制造廠，遼寧 撫順 113000）