铲运机在我国的应用与发展

点击次数:   更新时间:2020-06-16 01:33     作者:AG电竞

  铲运机在我国的应用与发展_能源/化工_工程科技_专业资料。铲运机在我国的应用与发展

  (长沙矿山研究院 采矿设备公司, 湖南 长沙 410012) 摘 要 :铲运机是无轨采矿工艺的主体支撑设备。回顾 了我国铲运机应用与发 展的历程,分析了其应用与发展的现状及存在的问题,提 出了解决问题的应对 措施,展望了铲运机技术的未 朱发展 方向 关键词 :铲运机;技术现状 ;发展历程;应对措施;发展方向 中图分类号:TD42 文献标识码:A 文章编号:1005—2763(2006)S1—0089—04 Application and Development of LHDs in China S,L XianjiⅡH (Mining Equipment Co,Changsha Institute of Mining Research,Changsha, Hunan 410012,China) Abstract:LHDs,load — haul— dump equipment,are basic equipment for trackless mining technology.History of application and development of LHDs in China iS reviewed.state 一 0f—arts and existing problems of their application and development are analyzed, measures taken for problems to he solved are provided,and a trend of LHDs technology in future is presented, Key Words:LHD , State — of— arts, Development history , Countermeasures, Frends 1 应用与发展回顾 1970 年代,我国开始研究应用无轨采矿工艺技术,为与工艺酣套,1975 年首 次从波兰引进 LK 一 1 型 2 m 立方柴油铲运机 105 台在梅山铁矿等冶金矿山 试用。因其使用效果 良好,随后又进 口了芬兰的 TORO 一 100 型 1.3 m 立 方柴油铲运机、德国的 LF 一 4.1 型 2 m 立方柴油铲运机 、法 国的 CT 一 1500 型 0.83 m 立方 和 CT 一 6000 型 3.8 m 立方 柴油铲运机 、美 国 的 EHST 一 1 A 0.76 m 立方和 922E、922D 型 1.7 m 立方电动铲运机 和柴油铲运机。这进口铲运机在我同无轨采矿技术推广应用初期发挥了重要的支 撑作用。 由于进口设备价格昂贵,备件供应管理困难,使许多中小型矿山望而兴叹。为此 , 国内的有关研究院所于 l970 年代中期同步开展了国产铲运机的研究开发工作。 国内最先研发的铲运机为长沙矿…研究院与厦门工程机械厂和柳州 T 程机械厂 合作,以 ZIA0、ZIS0 型露天装 载 机 为基础 开发 的 DZIAO、 DZLS0 型 柴油铲运机。随后,马鞍山矿山研究 院与扬州冶金机械厂合作开发了 WJD1.5 型电动铲运机;长沙矿山研究院与沈阳冶金机械厂、嘉兴冶金机械厂、南昌通用 机械厂、衡阳冶金机械厂合作研制了 DCY 一 1 型 1 m 立方 、WJD 一 1.5 1.5 m 电动铲运机,CY 一 35 型 2 立方 m 、CY 一 1 型 1.3 m 立方、922D 1.7 m 立方 柴油铲运机;南昌矿山机械研究所与南昌通用机械厂合作开发了 WJD 1 一 0.76 型 0.76 m 立方。电动铲运机 ;北京矿冶研究总院与江西拖拉机厂 合作研制了 WJ 一 1 型 0.83 m 立方柴油铲运机等。到 1990 年代初期,国 内开发生产了斗容 0.4~2.5 m 立方的系列电动和柴油铲运机。除上述铲运 机生产厂商外,还有吉林冶金机械厂、太原重型机器厂、华山汽车修造厂和山尔 金岭铁矿机修厂等。 这一时期 ,研究开发关注 的重点是小型化和国产化率,其主要目的是适应老矿 山(小断面巷道)改造的要求和解决进口备件供应难题,然而,过分强调国产化率 却导致故障率高、整机性能差,虽然国产铲运机的品种型号不少 ,但真 TF 能 满足矿山要 求的很有限。为解决零部件可靠性问题,“八五”期间原有色总公 司 组织长沙矿山研究院 、北京矿冶研究总院和衡阳冶金机械厂对 922D 铲运机变 速箱、变矩器、驱动桥、湿式制动器 、液压系统 、遥控系统 6 大关键部件和 系统进行 国产化攻关,取得了一定的突破,但终因国内基础工业水平的限制, 动力换档变速箱和驱动桥差速器等制造难度大、专业性很强的关键部件未能实现 国产化。 在总结“七五”、“八五”攻 关的经验后,研究开发人员对前期工作进行 了深 刻 反思。从“九五”攻关起 ,铲运机攻关重点从强凋国产化率调整为注重整机性能 和可靠性,零部件配套注重质量和可靠性,和国际知名公司一样,走全球化采购 配套的道路。“九五”期间长沙矿山研究院与衡阳冶金机械厂以及广西高峰矿业公 司联合攻关研制的 CY 一 3.5G(CY 一 4)型 4 m 立方柴油铲运机就是按这一 新思路研究开发的第一型高性能铲运机,其变速箱 、变矩器 、驱动桥 、低污 染柴油机以及关键液压控制阀都采用国际知名品牌产品 ,应用 了变速箱电控操 作 和多盘湿式制动器液压松闸、弹簧制动等最新技术,整机性能达到同期国际 先进水平。自此,国内井下无轨采矿设备开发几乎都按这一模式进行,国产采矿 设备 的性能水平跨上一个新台阶。 在铲运机试用初期,由于使用管理经验不足,操作维修人员多为未经正规培训的 普通工人 ,初次面对主要由液压系统控制的铲运机 ,感觉无从下于 ,一切都 要从零开始摸索。因此,这一时期铲运机在我国矿山的使用效果佳,第一批铲运 机的使用寿命很短,国产铲运机使用不到一年就需要大修,进口设备使用寿命减 半。其主要表现为液压系统故障多,铰销因缺润滑脂而过度磨损,轮胎寿命短, 柴油发动机故障多。针对这…情况,原有色总公司于 1990 年组建“有色金属工 业总公司矿山机械化服务中心”,负责有色矿山铲运机和其它无轨采矿设备的技 术服务、技术培训、操作人员和维修人员的考核发证,同时组织本系统矿山人员 就管理、使用技术和经验进行交流,以提高矿山的管理、使用水平。到 1990 年代中后期,国内铲运机管理、使用水平明显提高,显著提高了进口铲运机的使 用效果和年限。 2 2 开发应用现状 经过近 30 年的研究攻关和管理使用经验的摸索与积累,目前国产铲运机已基本 能够满足我国矿山对 4 m 以下各规格型号铲运机的需求,使用管理能力和综合 技术水平基本达到上世纪末的国际水平。 2.1 生产制造能力 自 1990 年代末期开始,铲运机制造业进行了较大的调整,根据各自的技术能力、 专业特长和市场取向,不少 前期生产铲运机 的厂家退出了铲运机制造业。目前, 国内主要制造厂家为衡阳力达、南昌凯马、金川金格 、铜陵金湘和北京安期生 , 主要生产国内矿山需求量较大的斗容为 0.76,1.5,2,4 Ill。的柴油铲运 机和电动铲运机。总的生产能力基本达到 100 台/a 以上。由于变速箱 、变矩 器、关键液压件和部分发动机、驱动桥等采用进口件,整机的可靠性和综合性能 水平较高,完全能满足国内矿山要求。目前斗容 2 m 立方及其以下的铲运机几 乎不再进口,4 m 立方以下斗容的进口很少,只有 5~8113 的大型铲运机主 要依赖进口。 2.2 技术现状 我国的铲运机技术主要为在研究学习国外先进的整机技术和零部件技术的基础 上自主研究开发的整体技术 (衡阳力达的 922D、922E 型为美国引进技术和金 川金格的 LF 一 9.3 型为德国 GHH 技术 ),目前的技术水平相当于上世纪末 期的国际水平。 (1)发动机技术 。国产铲运机的柴油发动机基本都采用德国 Deutz 公司的两级 燃烧低污染风冷发动机,最新的计算机控制的水冷发动机由于外围系统复杂,控 制程序调整和故障处理困难而很少采用。 (2)变速箱技术。变速箱采用美国 Dana 公司的动力换档变速箱 ,控制方式以 液压控制为主,也有采用机械控制和电磁阀控制的,尚未采用微 电脑控制的自 动换档变速箱技术。 (3)制动技术。制动系统 日前主要以压力制动、弹簧松闸的全封闭多盘湿式制动 器(LCB)为主, 钳盘式制动器正在被逐渐淘汰,能实现工作制动和停 牟制动合 而为一 的新 型 弹簧制动、压力松闸(SAHR)全封闭多盘湿式制动器已经在部分机型上得到应 用。 (4)驱动桥。2 m 立方以下的铲运机驱动桥以国产桥为主,其差速锁只有牙嵌式 自由轮式(No Spin);3 -4 m 立方铲运机采用进口桥 ,差速锁以牙嵌式自由轮 式为主,少数采用有限防滑差速锁技术。 (5)液压系统。经过多年的研究摸索,各型铲运机的工作液压系统基本一致。转 向系统有转向器 和方向阀控制两种型式,但都没有采用国外常用的单路稳定分流阀(优先阀);除 3 引进美国 EIMCO 公司技术生产的 922D、922E、928D 型铲运机外,转向系 统均不采用储能元件和对杂质敏感的柱塞泵。分流、合流技术,先进的储能器充 压阀以及反向调节的脚踏制动阀得到了广泛应用。 (6)遥控技术 。我国铲运机的遥控技术完全为自主研发的,为视距 内遥控 ,井 下有效控制距离大于 100 m。控制指令主要采用调频模拟信号单个传送,尚未 采用无线数字信号传送技术;可控制的动作包括前进、后退 、左转 、右转 、 收斗 、翻斗 、升臂 、降臂 、全油门、 半油门、制动、大灯开关、启动、熄 火等 14~l6 个动作。 (7)漏电保护技术。电动铲运机漏电保护系统为国内自主开发的技术 ,分离线 监 测保护和在线监测保护两类。离线监测漏电保护系统在铲运机供电系统合闸前或 断电后,对其供用电系统进行绝缘检监测,在系统故障状态下,供电系统无法合 闸。在线监测漏电保护则是在铲运机通电状态下对漏电状态进行检测,一旦发现 异常则立即跳闸保护 。在线监测保护系统又分为全域(同一变压器供电的全部网 络)监测和局部 (铲运机供电总闸到铲运机之间)监测漏电保护系统,全域监测系 统易受其它用电器的影响。目前主要采用在线)电缆自动收放系统。电动铲运机电缆卷筒有立式卷筒和卧式卷筒两种主要型 式。 国外除 TAMROCK 公司生产的 TORO 系列电动铲运机采用卧式卷筒外, 其余基本上都采用立式卷筒 我国电动铲运机到目前为止都是采用立式卷筒,宽 立式卷筒配套排缆装置,窄型卷筒不带排缆装置。控制电缆卷筒自动收放电缆的 液压系统为自主研发技术,在卸荷节能和减少系统发热等方面优于美国技术。 (9)尾气静化技术。柴油铲运机的尾气处理一方面是选用低污染柴油机,另一方 面是对发动机尾气进行净化处理。我国尾气净化技术有铂金催化净化、三元催化 净化和水洗净化等。铂金和三元催化净化对 CO 净化效果非常,净化率达到 90% 以上;水洗对 NOx 和颗粒物的净化效果明显。对于采用二级燃烧室的 Deutz 低污染发动机 ,由于本身能有效抑制 NOx 的产生,一般只配铂金或三元催化 净化装置就能达到排放标准. 3 存在的问题 虽然我国铲运机的制造能力 、技术水平已能满足国内矿山的要求,但还存在影 响其以后健康发展的问题。 (1)制造厂多,生产规模小。前期生产厂有近 20 家,经调整后,目前我国还有 8~ 10 家铲运机生产厂,每年制造约 100 台套,最大的制造厂每年的销售量也只 有 20 台左右。厂家多而规模小,资金、研发力量、市场占有率分散,无法尽快 形成整体力量与国外大公司抗衡。 (2)型号多 ,品牌杂 ,标准化难。我国生产的铲运机斗容从 0.4~6 nl 多达 3O 多种规格型号 ,近 1O 个品牌。斗容规格过多,分布缺乏科学性;各厂家 相互保密,技术不统一,零部件缺乏通用性;难以形成全国统一的技术标准。 4 (3)遥控与手控未能实现统一设计和模块化设计 ,遥控铲运机改装 困难。 (4)管理水平参差不齐,少数矿山甚至缺乏对操作维修人员的必要技术与安全培 训。 (5)缺乏强制性的考核发证制度和安全环保条例。原有色总公司与国家其他部委 合并后,由原有色矿山机械化服务中心负责的培训与考核发证工作没有专门的部 门管理,使原来行之有效的考核与定期复审制度得不 到延续。此外 , 没有执 行强制性的排放标准,少数 矿山将露天用的车辆 经任何改造就直接用于井下作 业,严重污染井下作业环境。 4 应对措施与未来展望 4.1 应对措施 (1)统一技术标准。建议由行业协会或国家相关权威部门组织铲运机设计研究和 生产制造单位以及有代表性的用户,以攻关项日或其他专项形式,对当前国内外 相关技术进行研究,确定未来 5~1O 年内的技术发展方 向,统一技术标准 , 统一同一规格铲运机的整机性能指标,统一发动机 、变速箱 、变矩器和驱动桥 的参数 、型式甚至型号,统一液压系统原理和主要配件的型号,统一电器系统 , 提高零部件的通用性,以便降低铲运机的生产制造和运营成本。 (2)科学规划斗容系列。我国铲运机斗容基本上是按进 门铲运机 的斗容规格确 定 ,由于从多个国家进口,各国的斗容系列相互重叠,致使我国铲运机斗容系 列繁而乱,目前临近规格问在产能、适应巷道尺寸等方面没有明显差别。为使铲 运机的技术水平和制造质量不断提高,必须在满足 产能要求和巷道规格的前提 下 ,科学简化 斗容系列。根据目前矿山使用情况,建议采用:0.75,2,4, 6 m 系列或 0.5,1,2,4,6 131 系列。 (3)强制规范安全与排放 标准。制定 标准,强制要求电动铲运机必须安装漏电 保护系统,柴油铲 运机必须达标排放尾气,禁止不符合井下排放要求的露天柴油车辆进入井下作 业。 (4)坚持考核、审查制度。建议像管理汽车驾驶员一样 ,对井下无轨车辆 的操 作与维修人员实行强制性的统一考核发证 与定期复审制度。借鉴原有色总公司 的经验,组建由铲运机专业人员和安全管理人员组成的专门机构,负责安全、技 术培训和考核发证工作。 (5)联合重组。通过行业协调及宏观引导和市场机制的作用,加快铲运机研发、 制造业的联合重 组,集中人力资源、技术、装备、资金优势,打造具有国际竞争力的无轨采矿设 备制造企业,在确保国内市场占有率的基础上,进军国际采矿设备市场。 4.2 技术发展展望 5 (1)发动机。近几年内仍将以简单可靠的低污染风冷发动机为主,然后逐步研究 应用计算机控制 的电喷发动机。 (2)变速箱。将以电磁阀控制型式和液压控制型式的变速箱为主。汽车上广泛使 用的电脑控制的 自动换档变速箱很难在铲运机上普遍应用,因为在铲斗插入装载时,要求变速箱 承载的力矩最大,插入时速度和插入阻力在很短 的时问内发生急剧变化 ,将使 变速箱在档位间快速跳换,使变速箱离合器工作在承载能力差的不稳定 的过渡 状态 ,从而导致变速箱异常损害。 (3)制动系统。将由现在普遍使用的压力制动、弹簧松闸的制动器向系统简单、 安全可靠的压力松闸、弹簧制动的全封闭多盘湿式制动器方向发展 。储能器充 压阀和反向调节脚制动阀将得到普遍应用。 (4)遥控技术。手动和遥控铲运机将实现一体化设计,即在设计手动铲运机的同 时考虑遥控动作如何实现,预留与遥控系统快速联接的液压接口、电器和装配位 置。遥控液压执行机构和电器系统将按功能模块结构设计,只要将相应的遥控功 能模块装上,普通手控铲运机就成了标准的遥控铲运机。无线电接收发射系统将 由模拟系统发展为数字系统;为便于遥控操作,将发展 自动装载技术;集成有 视频技术的视距外遥控系统将在特殊场合得到一定的发展与应用,但智能矿山设 备因成本过高、必要性不足,在今后较长一段时问内还难以在我国发展应用。 (5)自诊断技术。随着传感器技术的进步和设备故障诊断技术的完善,集设备状 态信息采集、储存、分析、故障判断与报警的铲运机故障诊断系统将得到发展与 普遍应用。 (6)能源技术。近年来,随着新材料的开发,我国高效电池技术取得了突破性进 展,其能量密度已经达到普通铅酸电池的 5 倍以上,因此,研发电池驱动的小 斗容铲运机已成为可能。 参考文献: [1] 张栋林 ,等 地下铲运 SOL EM],北京 :冶金 T 业 …版社 ,2002. [2] 苏先建,关于铲运机液压系统设计中几个问题的探讨. 6


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