大型進(jìn)口礦用挖掘機(jī)鏟斗及其附屬件國產(chǎn)化改造

摘要：鏟斗是挖掘機(jī)的工作裝置，直接接觸巖石與礦石，作業(yè)過程中不斷受到反復(fù)的摩擦與沖擊。挖掘機(jī)型號的不同，鏟斗的結(jié)構(gòu)、尺寸也不同，同時(shí)需要周轉(zhuǎn)鏟斗及其附屬件的數(shù)量和種類也較多。采購原廠鏟斗及其附屬件，外協(xié)制作維修鏟斗，費(fèi)用高、庫存大，且外委維修周期長。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就上述問題提供了一套簡便易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。

關(guān)鍵詞：互換性;國產(chǎn)化; 修復(fù);工藝優(yōu)化

0" "前言

我單位現(xiàn)有進(jìn)口大型礦用液壓挖掘機(jī)23臺，主要用于鐵礦山的剝巖、下礦和選礦的鏟裝作業(yè)，其工礦惡劣，作業(yè)強(qiáng)度大。挖掘機(jī)型號的不同，鏟斗的結(jié)構(gòu)、尺寸也不同，同時(shí)需要周轉(zhuǎn)鏟斗及其附屬件的數(shù)量和種類也較多。采購原廠鏟斗及其附屬件，外協(xié)制作維修鏟斗，費(fèi)用高、庫存大，且外委維修周期長。針對這一問題，我們結(jié)合單位自身加工能力，總結(jié)出一套簡便易行的鏟斗制作維修方案，同時(shí)對鏟斗的附屬件進(jìn)行了國產(chǎn)化改造，達(dá)到了各型號挖掘機(jī)鏟斗附屬件通用互換的目的，大大降低了庫存和采購成本，同時(shí)也大大提高了維修效率[1]。

1" "鏟斗失效修復(fù)方案及工藝優(yōu)化

1.1" "耳板修復(fù)方案、工藝優(yōu)化

斗耳套磨損失圓或斷裂是耳板主要失效形式。斗耳套磨損失圓如果不能及時(shí)修復(fù)，鏟裝作業(yè)過程中銷軸在孔內(nèi)反復(fù)沖擊，會(huì)加劇該銷軸和與其相連H型架的磨損。在反復(fù)沖擊作用下，還會(huì)造成鏟斗缸活塞桿彎曲，甚至活塞桿頭部斷裂。

原修復(fù)方案如下：對磨損的斗耳套氣焊切割，對斗耳套基孔補(bǔ)焊，再用鏜孔機(jī)鏜修至原尺寸。更換新斗耳套、焊裝擋套，使用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整墊片調(diào)整H型架、耳板和小臂等各部位的裝配間隙。為了延長其使用壽命，決定采取以下工藝優(yōu)化方案。

采用高強(qiáng)合金圓鋼制作帶有法蘭盤的襯套，取代原有襯套和擋套組件。在自制的法蘭盤襯套內(nèi)側(cè)加工出網(wǎng)狀存油槽，提高潤滑效果。將法蘭盤襯套鑲嵌至斗耳套基孔中，定位校正焊接即可。加工制作的法蘭盤襯套如圖1所示。

多數(shù)反鏟挖掘機(jī)鏟斗背板由2塊鋼板焊接成型，以此結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行自制，形狀不易控制，焊縫質(zhì)量不易保證，修復(fù)后強(qiáng)度效果差強(qiáng)人意，制作也有一定難度。鑒于此，在開裂不嚴(yán)重的情況下，對開裂處打45°～60°“V”型坡口，出渣打磨，采用分段、對稱、倒推法施焊修復(fù)即可。割取適度大小的鋼板，利用自制的鋼板冷態(tài)折彎機(jī)，折彎壓制背板。

我單位沒有折彎機(jī)，于是我們采用報(bào)廢Φ120mm液壓缸活塞桿、剩余鋼板邊角料和廢舊鋼管，自制了鋼板冷態(tài)折彎工具，配合100t液壓壓力機(jī)，即可對鋼板進(jìn)行一定角度的冷態(tài)彎折。該方法簡便易行，作業(yè)效率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。自制鋼板冷態(tài)折彎工具如圖2所示。壓取弧形背板的安裝效果如圖3所示。

1.2" "斗耳孔斷裂修復(fù)方案

斗耳孔斷裂的情況較少，一旦發(fā)生斷裂就需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，否則的話就會(huì)帶來比較嚴(yán)重的后果。修復(fù)方案有2種：一是制作新的耳板，整體進(jìn)行更換。該方案切割、制作和焊接工作量較大，校正也有一定難度，耗費(fèi)時(shí)間也較長。原耳板整體報(bào)廢，浪費(fèi)較多。二是將報(bào)廢耳孔連同周邊變形部位一起切割下來，采用同等厚度的Q345B鋼板，制作出切割部位的形狀。

焊接時(shí)采用雙邊“V”型坡口，交替對稱與原耳板焊接，消除焊接應(yīng)力后，再選取適當(dāng)厚度的Q345B鋼板對焊口兩側(cè)進(jìn)行加固焊接。之后采用“三點(diǎn)法”確定好耳孔中心，鏜孔修復(fù)即可。為了增加強(qiáng)度，可以在耳板駝峰處使用廢舊騎馬螺栓或其他強(qiáng)度較好的廢舊材料，進(jìn)行加固焊接。

1.3" "邊板磨損修復(fù)方案和工藝優(yōu)化

邊板在挖掘機(jī)鏟裝作業(yè)過程中，頻繁反復(fù)受到巖石和礦石的摩擦與沖擊，由于防護(hù)板防護(hù)范圍有限，加之防護(hù)板也會(huì)出現(xiàn)磨損過度和意外掉落的情況，所以邊板是鏟斗磨損較快的部位。

具體修復(fù)方案如下：對邊緣磨損嚴(yán)重、厚度不滿足使用要求的，更換整體邊板。護(hù)板選用國產(chǎn)備件替代進(jìn)口產(chǎn)品，以降低成本，并縮短供貨周期。或使用90t級礦車報(bào)廢變速箱主軸替代護(hù)板，其不但耐磨效果好，而且防護(hù)范圍也擴(kuò)大了。對新焊接邊板兩側(cè)，選用耐磨性能好的廢舊材料，焊接上做耐磨防護(hù)。一般選用90t級礦車報(bào)廢的鋼板彈簧、CM351型鉆機(jī)的廢舊鉆桿，將其切割成大小、形狀合適的耐磨防護(hù)材料。對邊板僅邊緣磨損成凹陷型、護(hù)板失效的情況，進(jìn)行修補(bǔ)和改進(jìn)防護(hù)。使用Q345B鋼板，將其切割成型，采用雙面打坡口焊接。護(hù)板和側(cè)面防磨方案同方案1。

1.4" "圓弧形底板磨損修復(fù)方案和工藝優(yōu)化

底板與巖石直接接觸，是鏟斗受磨損最嚴(yán)重的部位，日常修補(bǔ)較多，底板整體換修作業(yè)量較大。原廠鏟斗均為整體圓弧形，上部、圓弧處和底部的內(nèi)外側(cè)不同部位，分別附有耐磨材料。日常修補(bǔ)主要是處理局部意外損傷和局部耐磨材料失效。

底板整體換修方案是定制弧形底板替換原有破損的底板。我單位沒有相應(yīng)的設(shè)備，弧形底板需要外委壓制，由于壓制數(shù)量少，價(jià)格相對較高，供貨周期也不能及時(shí)保證，性價(jià)比較低。

底板整體換修工藝優(yōu)化措施如下：使用Q345B鋼板，將其切割成長條狀，長度與鏟斗寬度相同，寬度400mm（4～4.5m3鏟斗），拼成弧形進(jìn)行焊接，制作成拼接弧形底板。選用90t級礦車報(bào)廢的鋼板彈簧、CM351鉆機(jī)的廢舊鉆桿，將其切割成大小、形狀合適的耐磨防護(hù)材料。整個(gè)拼接弧形底板主材就地取材，耐磨材料廢舊利用，方便快捷。使用過程中發(fā)生局部磨損，修復(fù)也十分方便，整個(gè)鏟斗弧形底板性價(jià)比很高。半自動(dòng)切割機(jī)切割尺寸相同長方形底板如圖4所示。

2" "各類型鏟斗易損件互換實(shí)踐

我單位4m3以上大型進(jìn)口挖掘機(jī)有4種型號，分別是沃爾沃700BLC型、利勃海爾966型、卡特374D/F型和凱斯800型。斗齒、斗齒銷、斗母、刃板、側(cè)刃和耐磨防護(hù)板，均為鏟斗易損部件。原廠件價(jià)格較高、采購周期長，若各型號分別采購儲存，則庫存量較大。鑒于上述問題，在對鏟斗易損件統(tǒng)一型號基礎(chǔ)上進(jìn)行了國產(chǎn)化改造，使各類型鏟斗易損件可通用互換，大大降低了庫存量和采購成本，并縮短了采購周期。

由于幾種類型鏟斗局部結(jié)構(gòu)尺寸有所區(qū)別，統(tǒng)一易損件型號時(shí)需做局部改造。綜合各類型鏟斗的特點(diǎn)，取長補(bǔ)短，優(yōu)化斗齒固定方式，將原來的順銷固定改為橫銷固定，避免斗齒意外脫落的問題。

邊板防護(hù)板采用國產(chǎn)件替代，或改用90t級礦車報(bào)廢變速箱主軸替代護(hù)板，其不但耐磨效果好，且防護(hù)范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大。鏟斗內(nèi)外及兩側(cè)耐磨板，選用90t級礦車報(bào)廢的鋼板彈簧、CM351鉆機(jī)的廢舊鉆桿，將其切割成合適的大小形狀作為耐磨防護(hù)材料，達(dá)到就地取材、降低成本的良好效果。用國產(chǎn)件統(tǒng)一型號后易損件，性能與使用周期與原廠件接近，使用狀況良好，且貨源充足。

3" "鏟斗自主加工制作

我單位挖掘機(jī)經(jīng)常24h連續(xù)作業(yè)，一般鏟斗使用周期大約7個(gè)月。為了保證作業(yè)效率，需要有備用鏟斗。采購原產(chǎn)鏟斗成本較高，外委加工制作，制作周期長，價(jià)格也比較高，性價(jià)比低。通過不斷摸索和實(shí)踐，我單位總結(jié)出一套簡便易行的鏟斗制作方法。

3.1" "材料選擇及性能分析

原廠鏟斗Q550D低合金高強(qiáng)度鋼，受現(xiàn)場使用條件和附屬部件及局部結(jié)構(gòu)壽命的影響，強(qiáng)度優(yōu)勢未得到充分發(fā)揮。綜合考慮性能、價(jià)格和供貨周期，選擇Q345B高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼作為制作鏟斗的主材。

由《Q345B厚鋼板對接接頭顯微組織分析及力學(xué)性能測試》可知，Q345B鋼板焊接接頭成形良好，缺陷較少。埋弧焊焊縫呈現(xiàn)出粗大的柱狀晶，為先共析鐵素體和針狀鐵素體。氣體保護(hù)焊焊縫為先共析鐵素體和針狀珠光體，埋弧焊層間組織晶粒較均勻，為片狀珠光體及鐵素體。試樣均未出現(xiàn)裂紋。

焊接接頭各區(qū)域的顯微組織包含母材、焊縫金屬和焊道層間組織。其中，母材為細(xì)小塊狀分布的珠光體及鐵素組織，晶粒細(xì)小;埋弧焊焊縫區(qū)域則是粗大的柱狀晶狀體組織，為先共析鐵素體和針狀鐵素體;焊道夾層組織為塊狀分布的片狀珠光體及鐵素體組織，晶粒較小，但大于母材原組織。總體來看，采用該工藝得到的焊接接頭力學(xué)性能良好，能夠滿足技術(shù)要求，為此決定選擇Q345B鋼材為主材。

3.2" "主要設(shè)備、工機(jī)具和輔助材料

主要機(jī)具包括二氧化碳?xì)怏w焊機(jī)、鏜孔機(jī)、車床、角磨機(jī)、內(nèi)角磨機(jī)、鋼板尺等。輔助材料包括ER50-6型Φ1.2mm焊絲、二氧化碳?xì)怏w、白板紙。

3.3" "制作工藝

鏟斗主體結(jié)構(gòu)分為6部分，分別是斗耳板、背板、底板、邊板、墻板、齒座板。用白板紙比照原有耳板形狀做樣板，切割出一對斗耳板。利用自制工具壓取成型背板。切割4～5塊寬度為400mm鋼板，長度等同于鏟斗寬度，切出雙面“V”型坡口。邊板制作依原樣切割。劃線切割圓弧側(cè)板，焊接區(qū)域“V”型坡口，以制成墻板。劃線切割齒座板，一側(cè)邊緣切割，以制成齒座板。

整體拼接順序如下：首先將兩側(cè)邊板焊裝在齒座板上，之后將墻板焊裝在邊板上。用事先切割好的款400mm的鋼板，沿墻板弧形拼裝焊接成底板，完成鏟斗主題框架。最后劃線找正，依次焊接背板和斗耳。

具體操作要點(diǎn)如下：采用三點(diǎn)焊法進(jìn)行固定，防焊接過程變形。保證兩側(cè)墻板平行，各處間距相等，采用4根等距無縫鋼管等距支撐。電焊作業(yè)前對工件進(jìn)行充分預(yù)熱，冬季不宜室外焊接，焊接后視情采用適當(dāng)方法去應(yīng)力。坡口深度10mm左右，采用三層焊，對側(cè)或從一側(cè)采用退焊法，每完成一層及時(shí)清理。將焊縫余高值控制在0～3mm，要求焊縫平整、圓滑過渡，無裂紋、焊瘤、氣孔及夾渣現(xiàn)象。兩側(cè)耳板以掛耳板中心線為基準(zhǔn)，將平行度控制在0.5mm以內(nèi)。斗耳孔軸線以掛耳板中心垂直線為基準(zhǔn)，兩個(gè)孔同時(shí)找正鏜孔，確保同軸度。

3.4" "附屬件制備

斗齒坐和護(hù)板選擇國產(chǎn)替代。自制法蘭盤襯套，替代襯套加墊片的組件，即可滿足使用性能。

3.5" "提高耐磨性的處理方法

廢舊利用為主，采取廢舊CM351型潛孔鉆機(jī)鉆桿，將其破開用于兩側(cè)墻板內(nèi)外側(cè)焊、磨防護(hù)。選用90t級礦車報(bào)廢的鋼板彈簧、CM351型潛孔鉆機(jī)廢舊鉆桿，將其切割成合適的大小形狀，焊裝底板耐磨裝置。其優(yōu)點(diǎn)有二點(diǎn)：一是可節(jié)省耐磨材料采購費(fèi)用，二是合理布置耐磨材料，可起到良好的防護(hù)效果。

4" "結(jié)語

挖掘機(jī)型號的不同，鏟斗的結(jié)構(gòu)、尺寸也不同，同時(shí)需要周轉(zhuǎn)鏟斗及其附屬件的數(shù)量和種類也較多。采購原廠鏟斗及其附屬件，外協(xié)制作維修鏟斗，費(fèi)用高、庫存大，且外委維修周期長。針對這一問題，我們結(jié)合單位自身加工能力，總結(jié)出一套簡便易行的鏟斗制作維修方案，同時(shí)對鏟斗的附屬件進(jìn)行了國產(chǎn)化改造，達(dá)到了各型號挖掘機(jī)鏟斗附屬件通用互換的目的。

將自制鏟斗先后應(yīng)用于沃爾沃700BLC、卡特374D/F、凱斯 800、利勃海爾 966等型號挖掘機(jī)上，斗容保持不變，裝載能力完全與原廠鏟斗相同。廢舊利用的耐磨材料，防護(hù)效果良好，拼接的底板修補(bǔ)更換十分方便，使用周期整體與原廠基本相同。整個(gè)鏟斗制作費(fèi)用較原廠和外委加工分別降低52.27%和15.13%。由于修補(bǔ)方便，更換作業(yè)周期短，使挖掘機(jī)作業(yè)效率平均提高了12%左右。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬瑞永，郭中華，張志洋.挖掘機(jī)鏟斗開裂原因分析及改進(jìn)方法.[J]工程機(jī)械與維修，2019（5）： 89-90.