ZWY-160/55 型挖掘式裝載機總體設計07分析

白云鵬

摘 要：煤礦井下掘進任務量逐年增多的同時，掘進式裝載機多功能設計要求日益提高。文章以ZWY-160/55型挖掘式裝載機為例，先介紹產品性能及參數，然后深入分析產品總體設計要點，旨在為相關設計人員提供新的思路，全面優化ZWY-160/55型挖掘式裝載機的質量。

關鍵詞：ZWY-160/55型;挖掘式裝載機;總體設計

近年來，煤炭資源市場需求呈遞增趨勢，為更好地滿足煤炭市場供應量，務必科學設計高效作業、安全生產的掘進裝載設備，從整體上提高煤炭企業綜合效益。隨著ZWY-160/55型挖掘式裝載機應用率的提高，相關設計人員結合工況需求，科學化改進總體設計方案，確保ZWY-160/55型挖掘式裝載機作業任務高效完成，并全面提升機械化水平。

1 挖掘式裝載機基本介紹

20世紀90年代，我國將挖樁機研制工作提上日程，隨著礦山巷道掘進、鐵道隧道施工等工程項目的增多，掘進式裝載機應用率相應提高，一定程度上滿足了機械化裝巖、裝載出矸等需求[1]。現今，挖掘式裝載機與液壓鉆車配套設備聯用，可以加快機械化作業步伐，順利完成掘進任務[2]。挖掘式裝載機一般由反鏟部件、機架、液壓系統、刮板運輸機、履帶部件、電氣系統等組成，各部件功能各異，并且部件間緊密聯系、協同配合，確保整機效能最大化發揮。從適用性角度分析挖掘式裝載機，中小型巷道施工，且塊度小于等于50cm松散巖石的工況具有適用性。由于工況條件不同，所以挖掘式裝載機型號多樣化研制，對于產品設計者來說，應及時抓住新時期新產品設計機會，總結產品總體設計經驗，推動機械行業穩健發展。

2 ZWY-160/55型挖掘式裝載機性能及參數

2.1 性能

ZWY-160/55型挖掘式裝載機是新時代裝載設備的一種，其具有廣泛使用性、功能多樣性，能夠大大提高工作效率，將人力資源從高危、高難度工作中解脫出來[3]。煤礦井下煤巖爆破環節應用ZWY-160/55型挖掘式裝載機，憑借便捷操作、穩定裝載、高效爆破等優勢得到應用主體的認可。當ZWY-160/55型挖掘式裝載機投用后，要求工作人員合理布設巷道，并充分準備運輸車輛、皮帶以及相關設備，達到事半功倍的效果。

2.2 參數

參照相關機械行業標準確定ZWY-160/55型挖掘式裝載機技術參數，結合實際應用需求以及行業發展趨勢，適當優化性能參數。這既能保證計算準確性，又能真正提升設備性能。其主要技術參數總結為：裝載能力為160m3/h、整機質量14 000±5%kg、挖掘寬度達到5 000mm、挖掘高度到達3 500mm、挖掘深度到達760mm、主電機功率55kw、額定工作壓力23MPa。外形尺寸：長8 360mm×寬2 150mm×高2 150mm。

3 ZWY-160/55型挖掘式裝載機總體設計要點

3.1 整體設計方案

ZWY-160/55型挖掘式裝載機過程式設計的前提條件，即以整體設計方案為主線，結合產品市場需求探索創新式設計切入點，確保新型產品持續供應。整體設計階段，考慮產品功能實用性，設計人員憑借已有設計經驗，探索設計理論與設計實踐結合路徑，從而優化整體方案設計效果，盡可能減少ZWY-160/55型挖掘式裝載機試驗失誤。具體設計目標分解如下：

目標一，功能性設計。基于整機布置方案，逐項梳理各部件相對位置，并預估整體挖掘式裝卸機重心點，編制相應報告及說明書。具體而言，執行機構、附件、液壓系統、電氣系統布置圖參照相關技術要求詳細制定，使其達到裝配、檢修、維護等要求。目標二，各部件、各系統精細化設計。事先掌握部件及系統運行要求，并客觀分析其原理，通過圖紙形式表達。與此同時，審核顯性、隱性部位尺寸，視情況修正，使得裝載機安裝任務又好又快完成。目標三，核算整機重量。整機重量確定后，部件重量隨之得知，據此試驗裝載機穩定性。

3.2 液壓系統設計方案

當前，ZWY-160/55型挖掘式裝載機循環作業需求逐漸提高，為更好地滿足作業需要，應全面掌握全液壓驅動控制原理，并細致分析各類元件布置要求，從而拓展設計思路，逐漸提升液壓系統性能，使其達到安全性、可靠性、高效率、便捷性運行要求[4]。一般來說，設計步驟包括工況及負荷確定→確定技術參數→制定系統方案→繪制系統運行原理圖紙→計算→元件選擇→壓力損失驗算→技術文件編制。實際設計中，設計人員兼顧各環節的聯系性，必要時調整設計步驟。其中，工況分析環節是基礎環節，設計人員根據工況條件調整設計方案。正常來講，最大負荷工況分析是系統設計的重要依據，實際上，即反鏟工作裝置負荷最大值情況下，得知液壓缸獨立運動、復合運動情況。參數確定時，圍繞系統運行壓力、系統流量兩項重要因素進行確定，結合ZWY-160/55型挖掘式裝載機工況載荷值，液壓系統壓力為23Mpa。流量確定時，事先計算執行單元工作流量，據此確定總流量。

工作介質為抗磨液壓油，基于液壓泵完成機械能向液壓能的轉換，最后轉到機械能，使ZWY-160/55型挖掘式裝載機功能動作相應發出。工作原理總結：由三聯軸向恒功率變量柱塞泵（K3V-112DT）向ZWY-160/55型挖掘式裝載機供油，其中第一聯、第二聯將高壓油向四聯、五聯液控換向閥輸送，從油液角度來看，先后經過主回油口、水冷散熱器、油箱。裝置連接期間，單片閥進出油口與執行液壓元件進出油口相連;手動式先導閥分別與驅動油缸單閥片進出油口和回轉油缸單閥片進出油口連接。第三聯負責輸出低壓油，油液途徑設備與前兩聯油液途徑設備基本相同，在自封式吸油過濾器、自封式磁性回油過濾器輔助下，大大提高油液利用率，避免油液外泄。基于上述原理分析總結全液壓系統運行特點，第一，整機穩定性，三聯軸向恒功率變量柱塞泵穩定提供源源不斷的動力;第二，可操作性，在液壓先導控制技術輔助下高效完成生產任務;第三，節能性，第三聯先導泵支持先導系統油液、水冷系統油液的同步供應，實現節能目的;第四，可靠性，雙向液壓鎖充當閉鎖元件，一定程度上保證了運輸環節部件的穩固性，即便裝載機投用階段存在振動，仍能保證產品的可靠性。

3.3 主要裝置設計方案

圍繞挖掘作業中反鏟式工作裝置精細化設計，設計人員以煤礦工況為出發點，結合煤巖獲取、整合需求，通過制定設計方案，保證該裝置的操作靈活性和擺動便捷性。實際設計中，全面考慮影響因素，如挖裝力、工況實際、整機作業范圍、工作效率及性能等因素，盡可能保證機構參數的合理性。為提高設計工作的有效性，聯用圖解法和計算法。ZWY-160/55型挖掘式裝載機反鏟式工作裝置由臂部件、鏟斗、液壓缸等組成，挖樁環節大小臂液壓缸與鏟斗液壓缸協同運動，設計人員根據預定挖樁半徑適當調整大小臂升降幅度及液壓缸伸縮量，視情況調整裝載機位置，確保挖樁深度、角度，以及液壓缸伸縮量達到規定標準。當挖裝作業結束后，將各部件歸到原始位置，為后續作業循環做準備。掘進巷道時，待首次爆破后移動挖樁儀器，待爆破結束后將儀器遷移，直到挖樁任務順利實現。

設計人員要想進一步提升挖裝機反鏟工作裝置工作性能，務必著眼于工況，據此合理調節挖裝力，確保工作液壓缸和整機的挖裝力分別達到理論層面要求。液壓缸挖裝力大小調整時，圍繞鏟斗、小臂的液壓缸進行理論挖裝力分析，通過公式代入得出挖裝力最大值。一般情況下，液壓缸理論挖裝力與標準化要求一致，務必滿足液壓缸閉鎖、整機穩定、地面附著等條件要求。除此之外，適當設計ZWY-160/55型挖掘式裝載機挖裝作業范圍，即根據使用要求科學設計挖裝深度、距離、寬度、高度。考慮到研發要求的特殊性，設計人員需要合理化設計特殊工況尺寸，確保挖裝作業任務高效、優質完成。

3.4 有限元分析及現場應用

ZWY-160/55型挖掘式裝載機總體設計結束后，通過有限元分析得知產品應力應變情況，根據分析結果適當調整反鏟裝置設計方案，全面提升裝載機作業效率。一般來說，構建有限元分析模型，通過實體模型直觀了解零部件、裝配體外觀及結構，經網格劃分專項添加載荷、約束等條件，并準確了解工況狀態和載荷情況，以便更好地滿足挖裝作業要求。待載荷、約束施加情況達到預期，通過啟動運行模塊來求解，與此同時，適當調整結構，通過提升局部結構強度來保證整機強度。于試點煤礦-285m水平3-1回風巷使用，ZWY-160/55型挖掘式裝載機具體作業內容包括：裝載煤礦、挖取矸石，經與輸送機、礦車協配，增加每次裝載量，在帶式輸送機協同配合下，大量且快速挖取矸石，經機身上的刮板運輸部落入帶式輸送機，再輸送至礦車中。其中，挖斗容量大、插入力度大，裝巖速度快，礦車利用率高。工作時間22天，總進尺190m。ZWY-160/55型挖掘式裝載機具有功能齊全性、操作靈活性特點，大大減輕了工人的勞動強度，提高了作業效率。

綜上所述，ZWY-160/55型挖掘式裝載機投用期間，基于全液壓驅動控制模式，實現安全化、靈活化運作，這既能減少輔助設備的應用，又能提高工作效率，從整體上提高作業有效性。放眼長遠，動態調整ZWY-160/55型挖掘式裝載機設計方案，能夠達到標準化掘進要求。

參考文獻

[1] 馬智強，張洪濤.基于遺傳算法挖掘式裝載機工作裝置優化[J].建設機械技術與管理，2020，33（06）：100-102.

[2] 歐雪琴，林洪靜.新型組合式挖掘裝載機挖掘模式工作裝置設計[J].木工機床，2019（04）：7-10，17.

[3] 周磊.挖掘式裝載機在巖巷鈍角巷道轉彎工藝方法的研究與應用[J].內蒙古煤炭經濟，2019（17）：55，57.

[4] 郭向勇.ZWY-120/55L挖掘裝載機的一運部設計研究[J].煤礦機械，2017，38（06）：7-8.