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  正铲式小型挖掘机的发展与进步

  矿用小型挖掘机是露天矿山单斗-汽车开采工艺系统和半连续开采工艺系统中必不可少的关键设备之一。 随着国内外露天采矿业的生产规模日趋扩大,采矿工艺和设备技术水平日益提高,配 套 装 备(钻 机、矿用自卸卡车及移动式破碎站)的更新换代,露天采矿企业为了进一步提高企业的经济效益, 提高劳动生产率,降低生产成本,急需采用更大规格的矿用小型挖掘机逐步取代小规格的挖掘设备,露天采装设备(小型挖掘机)向大型化发展已经是不可逆转的大趋势。 几乎所有的露天矿山在新建、 改建和扩建中均选择了性能 更 加 完 善、技术水平更先进、可 靠 性 更 好、生 产 效率 更 高、更易于维护和保养、设 备 消 耗 更 低、使 用 寿命更长、价格功能比更优的大规格矿用小型挖掘机,并要求斗容量在20~55 m3之间。

  1 国外水平

  目前国外矿用小型挖掘机的斗容量一般在16~75m3 之间,主要有三种代表性的机型,其中两种为美国产品,铲斗推压方式为齿轮齿条推压、整机驱动采用可控硅供电和直流电动机系统和铲斗推压方式为钢丝绳推压、 整机驱动系统采用先进的交流变频及其控制系统,另外一种为俄罗斯产品,也采用齿轮齿条推压,但由于设计理念的不同,很少在俄罗斯以外的国家得到推广。
正铲式小型挖掘机的发展与进步
  1) 齿轮齿条推压

  采用齿轮齿条式推压方式的矿用小型挖掘机,一般其斗杆为方形双斗杆,起重臂为箱型变截面结构。 此种设备的挖掘力大,满斗系数高,挖掘稳定性好,工作适用性强,工作效率高,设备可靠性高,易于维护和保养, 易损件使用寿命长。 并在电机和一级减速轴之间采用皮带传动, 具备一定的缓冲效应。 一般适用于挖掘较软的物料,也可用于挖掘较硬物料。

  2) 钢丝绳推压

  钢绳推压方式, 一般斗杆采用圆形截面的高强度免扭结构,此结构抗冲击性能好,钢丝绳可以有效地缓解挖掘时带来的冲击, 对设备的主要结构件和传动件的保护好,提高了主要结构件、传动件和基础件的使用寿命,整机使用寿命长,维护方便,故障率低,设备出动率高,运行成本低。 但是,其设备的挖掘力较小,满斗系数较低,挖掘稳定性较差,工作适用性较差,工作效率较低。 一般挖掘较软的物料, 不用于挖掘较硬的物料。

  3) 可控硅供电和直流电动机系统,在部分国外小型挖掘机上和国内大部分产品上都采用此控制系统, 比最初的发电机组系统节电。 并需要大容量的动态无功功率补偿装置,以补偿对电网的污染并解决可控硅直流调速功率因素低的问题,且其中的动态无功补偿装置为特殊设计。使用中,直流电动机故障率高。 随着科技的发展,此系统有逐步被取代的趋势。

  4) 交流变频及其控制系统, 目前矿用小型挖掘机上最先进的调速 系统,采 用 逆 变 器、变 流 器等特殊设计, 其效率高,并且节电,比一般系统节约10%~20%的电能。系统功率因素可高达1,对电网无谐波污染,有效地保护电网, 使其不受小型挖掘机挖掘时的电流干扰。 由于技术成熟,交流电动机可靠性高,故障率低,设备出动率高,但设备制作成本较高。 目前此系统基本代表先进的小型挖掘机调速系统,其它系统均有被替代的趋势。
正铲式小型挖掘机的发展与进步
  2 国内水平

  国内 2003 年以前从事矿用正铲式小型挖掘机生产制造的企业主要为合作型企业, 国内自己设计的只有斗容为 10 m3矿用小型挖掘机,但从 2003 起,我国自主开发了 20 m3斗容的小型挖掘机以后, 在很短的时间内扩展到55 m3小型挖掘机的系列小型挖掘机,并在机械机构上和电气控制方面与国外公司抗衡, 达到了一个先进的技术水平。

  国内自主知识产权的系列产品均采用刚性齿轮齿条推压方式,推压机构采用两级硬齿面直齿驱动方式,有利于传递挖掘力,更好地挖掘硬度高、松散密度大的物料,克服爆破不好的底部工作面。同时优化了提升和挖掘速度,提高了满斗系数、等强度设计的双斗杆,采用整体变截面结构、整体焊接齿条,可使齿条获得更好的粘合条件,有效提高齿条的使用寿命。对斗容为10 m3以上机型在回转和行走传动系统中采用先进的行星减速机传动,其工作效率高、运行稳定、寿命长。电气系统采用上位机管理监控,PLC (可编程控制器)现场总线分布式控制,AFE(有功补偿)整流/回馈变频调速三级控制系统。 系统的特点:对电网无扰动;允许电压波动范围宽(-30%,<1min);功率因数可调或进行无功补偿;自适应提升——挖掘控制软件;友好的人机界面,实现故障自诊断和运行状态显示;物料称重、电能计量等管理软件,可实现矿山设备数据化管理;优化的挖掘特性曲线,高效率,低能耗。 它是太原重工与西门子(美国公司)联合开发的新一代小型挖掘机交流变频调速系统,西门子(美国公司)具有丰富的小型挖掘机变频调速系统设计经验, 其优秀的质量品质和为之开发的小型挖掘机专用系统软件。 使国产矿用小型挖掘机的电气控制技术水平达到了当今国际领先水平。

  3 发展趋势

  通过以上比较分析可以看出, 国内外矿用小型挖掘机目前均朝着设备大型化的方向发展, 力求进一步提高小型挖掘机的整机性能, 铲斗容量和工作尺寸都尽可能的加大,以提高小型挖掘机的采装效率,提高单机产量,降低生产成本;设备机械、电气和润滑部分的可靠性和设备完好率,降低设备的维护、保养、更换时间和维修成本。
正铲式小型挖掘机的发展与进步
  变频调速传动是现代电气传动的主要发展方向之一。 它在实现生产过程自动化,提高产品质量,方便维修及节能等方面,都有着其它调速方式难以蓖美之处。因此变频调速得以风靡世界。 近年来, 国内外许多企业先后生产或引进变频调速装置并开发应用, 取得了良好经济效益。

  行星减速机传动是另一个发展趋势, 代表着小型挖掘机传动系统的一次革新, 其传动链简单, 减速机体积小,运行稳定,维护量小。

  另外,选用优质的原材料和合理的制造工艺,强化产品质量的过程控制,以提高易损件的使用寿命,提高主要传动件和基础结构件的寿命周期。 选用优质的外购配套件; 改善机电设备和操作, 维护人员的工作环境,提供安全舒适的人性化设计;充分利用现代科学技术,尤其是电子信息产业的成熟技术,进一步提高设备的可操控性;实现计算机辅助操作,自动报警,数字仿真监控,远程故障诊断等功能,进一步减少由于人为因素对设备本身和生产过程所造成的不利影响等均为矿用小型挖掘机的发展方向。


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