某礦用挖掘機的優化設計

蘇運動

（1.太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原030024；2.礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室，山西 太原030024）

由太原重工股份有限公司（以下簡稱我公司）自行研制開發的某礦用挖掘機應用于國內外各大礦山，打破了國外企業對露天礦大型礦用挖掘機的壟斷，某礦用挖掘機為主要出口機型之一，已銷售50多臺套，經過在國內外現場的十多年使用經驗，發現通風除塵系統、電氣控制系統、自動干油潤滑系統、開斗機構和提升機構等需要優化設計。

1 除塵系統的優化設計

某挖掘機通風除塵系統優化設計前為老式的葉片式惰性除塵器，由于除塵器本身的除塵效率較低（除塵效率≥60%），除塵效果不理想，導致機棚內部灰塵較大；另一方面，葉片式惰性除塵器中葉片的積灰也不易清理，更加降低了除塵效率。特別是機棚內的粉塵會致使電器元件不能正常工作。這不僅給工人增加了勞動強度，同時也影響設備的工作效率。

優化設計后通風除塵系統采用濾筒除塵器，當含粉塵的空氣通過濾筒時，對0.5μm以上顆粒的粉塵凈化率可達到99.99%。增壓風機將過濾后的干凈空氣吹往機棚，保證機棚內部的正壓，降低粉塵對機電設備造成的損害，同時降低機棚內機電設備的工作溫度，保證夏季高溫時電氣設備能在合理的溫度下運行。優化前后的除塵系統見圖1和圖2。

圖1 優化設計前的惰性除塵系統

圖2 優化設計后的濾筒除塵系統

2 電氣控制系統的優化設計

某礦用挖掘機電氣控制系統采用整流單元，公用直流母線變頻調速系統，它是我公司自主開發的新一代挖掘機交流變頻調速系統，其產品優秀的質量品質和為之開發的挖掘機專用系統軟件。使國產礦用挖掘機的電氣控制技術水平達到了當今國內領先水平。

優化設計前，交流變頻調速系統采用的是整流不回饋系統，挖掘機處于發電狀態時，多余能量通過制動電阻消耗，發熱能量直接通過空氣散發掉；系統特點是：卓越的變頻調速性能；運行可靠性高；能量不可回饋，相對耗能較高。

優化設計后，交流變頻調速系統采用可控硅整流，IGBT回饋單元的整流回饋系統，挖掘機處于發電狀態時，多余能量直接反饋給電網，節省能量。系統特點是：卓越的變頻調速性能；允許電網電壓波動范圍大+10%，-30%（1 min）；功率因素可達1，或進行無功補償（可調整）；無諧波分量，對電網無污染；無逆變失敗，運行可靠；能量可回饋、節電；代表目前最先進的變頻調速技術。

3 自動干油潤滑系統的優化設計

某挖掘機的自動干油集中潤滑，它可以自動控制定時、定量、多部位、分散、遠距離的對滾動，滑動部位和開式齒輪的潤滑，大大減少了零部件磨損，提高了生產率及設備使用壽命。

手工干油潤滑主要是針對干油集中潤滑系統不便于潤滑到的部位進行潤滑。優化設計前，某挖掘機起重臂鞍座上滑板和側滑板采用手動潤滑，勞動強度大，潤滑效果不理想。

優化設計后，起重臂鞍座上滑板和側滑板改為噴射潤滑，減輕了工人的勞動強度，保證了潤滑效果，延長了斗桿和起重臂的使用壽命。優化前后的起重臂鞍座潤滑見圖3和圖4。

圖1 優化設計前的起重臂鞍座潤滑

圖3 優化設計后的起重臂鞍座潤滑

4 斗機構的優化設計

開斗電動機通過一級開式漸開線直齒圓柱齒輪傳動帶動卷筒轉動。開斗鋼絲繩的一端與開斗卷筒間采用楔套式聯接，另一端通過安裝在起重臂、斗桿和鏟斗斗底裝置上的定滑輪組以及安裝在鏟斗斗底裝置上的動滑輪組與開斗杠桿相聯接。開斗機構主要由開斗電動機、開斗減速機、開斗卷筒、開斗鋼絲繩、安裝支架以及滑輪組等組成。開斗機構安裝在起重臂的平臺上。

優化設計前，開斗機構行程不夠，經常打不開斗底板；繃繩電流過大，斗底門閉合不了。

優化設計后，通過把開斗杠桿結構搖臂式結構，解決了開斗機構行程不夠，經常打不開斗底板的問題；繃緊鋼絲繩電流降低2 A，解決了斗底門閉合不了的問題。

5 提升減速箱的優化設計

提升減速箱由提升Ⅰ軸、提升Ⅱ軸、提升Ⅲ軸（右）、提升Ⅲ軸（左）、機構支座、齒輪箱蓋、聯接件等組成。機構支座、齒輪箱蓋組成提升減速；機構支座是提升機構傳動件的支承結構件，其為整體結構，通過螺栓安裝在中部平臺上。

電鏟經過三年的運行后，由于提升機構受力較大，提升卷筒頻繁正反轉，造成機構支座中央托架開裂，減速箱漏油。

針對提升減速箱中間軸承架易開裂部分進行了優化設計，解決了提升減速箱體開裂和漏油問題。

6 其他部分

露天礦開采工作是世界上公認的最危險的職業之一。作為主采設備之一的電動挖掘機的安全性毋庸置疑。隨著裝備制造業的發展，電動挖掘機也在朝著更加安全、更加可靠的方向發展。

某挖掘機在安全部分進行了如下優化設計：增加了高壓危險、觸碰旋轉部件、機器運行時登梯、在挖掘機上行走及登梯、蓄能釋放、安全出口等安全標示；增加了可以消除電鏟四周盲區，便于駕駛員判斷電鏟四周情況的盲區監控系統；監視駕駛員睡覺或玩手機等違規行為和駕駛室環境的司機疲勞駕駛系統；客戶端可在全球任何有網絡的地方對挖掘機進行實時監控，進行及時準確的狀態分析和故障診斷，為設備的使用保駕護航，提高產品的生產效率的遠程監控系統；遠程操作系統；增加滅火裝備；增加推壓和提升限位保護。

7 結語

優化設計后的某挖掘機采用最先進的技術，降低挖掘機的故障率，提高挖掘機的可動率，提高用戶對公司產品的認可度，優化設計后與世界頂尖挖掘機技術水平相當，使得某挖掘機的使用性能更能滿足用戶的需求，參與國際競爭，占領市場，為公司帶來更可觀的經濟效益，并為其他同類設備設計提供參考。