ZWY-160/55 型挖掘式装载机总体设计07分析

白云鹏

摘 要：煤矿井下掘进任务量逐年增多的同时，掘进式装载机多功能设计要求日益提高。文章以ZWY-160/55型挖掘式装载机为例，先介绍产品性能及参数，然后深入分析产品总体设计要点，旨在为相关设计人员提供新的思路，全面优化ZWY-160/55型挖掘式装载机的质量。

关键词：ZWY-160/55型;挖掘式装载机;总体设计

近年来，煤炭资源市场需求呈递增趋势，为更好地满足煤炭市场供应量，务必科学设计高效作业、安全生产的掘进装载设备，从整体上提高煤炭企业综合效益。随着ZWY-160/55型挖掘式装载机应用率的提高，相关设计人员结合工况需求，科学化改进总体设计方案，确保ZWY-160/55型挖掘式装载机作业任务高效完成，并全面提升机械化水平。

1 挖掘式装载机基本介绍

20世纪90年代，我国将挖桩机研制工作提上日程，随着矿山巷道掘进、铁道隧道施工等工程项目的增多，掘进式装载机应用率相应提高，一定程度上满足了机械化装岩、装载出矸等需求[1]。现今，挖掘式装载机与液压钻车配套设备联用，可以加快机械化作业步伐，顺利完成掘进任务[2]。挖掘式装载机一般由反铲部件、机架、液压系统、刮板运输机、履带部件、电气系统等组成，各部件功能各异，并且部件间紧密联系、协同配合，确保整机效能最大化发挥。从适用性角度分析挖掘式装载机，中小型巷道施工，且块度小于等于50cm松散岩石的工况具有适用性。由于工况条件不同，所以挖掘式装载机型号多样化研制，对于产品设计者来说，应及时抓住新时期新产品设计机会，总结产品总体设计经验，推动机械行业稳健发展。

2 ZWY-160/55型挖掘式装载机性能及参数

2.1 性能

ZWY-160/55型挖掘式装载机是新时代装载设备的一种，其具有广泛使用性、功能多样性，能够大大提高工作效率，将人力资源从高危、高难度工作中解脱出来[3]。煤矿井下煤岩爆破环节应用ZWY-160/55型挖掘式装载机，凭借便捷操作、稳定装载、高效爆破等优势得到应用主体的认可。当ZWY-160/55型挖掘式装载机投用后，要求工作人员合理布设巷道，并充分准备运输车辆、皮带以及相关设备，达到事半功倍的效果。

2.2 参数

参照相关机械行业标准确定ZWY-160/55型挖掘式装载机技术参数，结合实际应用需求以及行业发展趋势，适当优化性能参数。这既能保证计算准确性，又能真正提升设备性能。其主要技术参数总结为：装载能力为160m3/h、整机质量14 000±5%kg、挖掘宽度达到5 000mm、挖掘高度到达3 500mm、挖掘深度到达760mm、主电机功率55kw、额定工作压力23MPa。外形尺寸：长8 360mm×宽2 150mm×高2 150mm。

3 ZWY-160/55型挖掘式装载机总体设计要点

3.1 整体设计方案

ZWY-160/55型挖掘式装载机过程式设计的前提条件，即以整体设计方案为主线，结合产品市场需求探索创新式设计切入点，确保新型产品持续供应。整体设计阶段，考虑产品功能实用性，设计人员凭借已有设计经验，探索设计理论与设计实践结合路径，从而优化整体方案设计效果，尽可能减少ZWY-160/55型挖掘式装载机试验失误。具体设计目标分解如下：

目标一，功能性设计。基于整机布置方案，逐项梳理各部件相对位置，并预估整体挖掘式装卸机重心点，编制相应报告及说明书。具体而言，执行机构、附件、液压系统、电气系统布置图参照相关技术要求详细制定，使其达到装配、检修、维护等要求。目标二，各部件、各系统精细化设计。事先掌握部件及系统运行要求，并客观分析其原理，通过图纸形式表达。与此同时，审核显性、隐性部位尺寸，视情况修正，使得装载机安装任务又好又快完成。目标三，核算整机重量。整机重量确定后，部件重量随之得知，据此试验装载机稳定性。

3.2 液压系统设计方案

当前，ZWY-160/55型挖掘式装载机循环作业需求逐渐提高，为更好地满足作业需要，应全面掌握全液压驱动控制原理，并细致分析各类元件布置要求，从而拓展设计思路，逐渐提升液压系统性能，使其达到安全性、可靠性、高效率、便捷性运行要求[4]。一般来说，设计步骤包括工况及负荷确定→确定技术参数→制定系统方案→绘制系统运行原理图纸→计算→元件选择→压力损失验算→技术文件编制。实际设计中，设计人员兼顾各环节的联系性，必要时调整设计步骤。其中，工况分析环节是基础环节，设计人员根据工况条件调整设计方案。正常来讲，最大负荷工况分析是系统设计的重要依据，实际上，即反铲工作装置负荷最大值情况下，得知液压缸独立运动、复合运动情况。参数确定時，围绕系统运行压力、系统流量两项重要因素进行确定，结合ZWY-160/55型挖掘式装载机工况载荷值，液压系统压力为23Mpa。流量确定时，事先计算执行单元工作流量，据此确定总流量。

工作介质为抗磨液压油，基于液压泵完成机械能向液压能的转换，最后转到机械能，使ZWY-160/55型挖掘式装载机功能动作相应发出。工作原理总结：由三联轴向恒功率变量柱塞泵（K3V-112DT）向ZWY-160/55型挖掘式装载机供油，其中第一联、第二联将高压油向四联、五联液控换向阀输送，从油液角度来看，先后经过主回油口、水冷散热器、油箱。装置连接期间，单片阀进出油口与执行液压元件进出油口相连;手动式先导阀分别与驱动油缸单阀片进出油口和回转油缸单阀片进出油口连接。第三联负责输出低压油，油液途径设备与前两联油液途径设备基本相同，在自封式吸油过滤器、自封式磁性回油过滤器辅助下，大大提高油液利用率，避免油液外泄。基于上述原理分析总结全液压系统运行特点，第一，整机稳定性，三联轴向恒功率变量柱塞泵稳定提供源源不断的动力;第二，可操作性，在液压先导控制技术辅助下高效完成生产任务;第三，节能性，第三联先导泵支持先导系统油液、水冷系统油液的同步供应，实现节能目的;第四，可靠性，双向液压锁充当闭锁元件，一定程度上保证了运输环节部件的稳固性，即便装载机投用阶段存在振动，仍能保证产品的可靠性。

3.3 主要装置设计方案

围绕挖掘作业中反铲式工作装置精细化设计，设计人员以煤矿工况为出发点，结合煤岩获取、整合需求，通过制定设计方案，保证该装置的操作灵活性和摆动便捷性。实际设计中，全面考虑影响因素，如挖装力、工况实际、整机作业范围、工作效率及性能等因素，尽可能保证机构参数的合理性。为提高设计工作的有效性，联用图解法和计算法。ZWY-160/55型挖掘式装载机反铲式工作装置由臂部件、鏟斗、液压缸等组成，挖桩环节大小臂液压缸与铲斗液压缸协同运动，设计人员根据预定挖桩半径适当调整大小臂升降幅度及液压缸伸缩量，视情况调整装载机位置，确保挖桩深度、角度，以及液压缸伸缩量达到规定标准。当挖装作业结束后，将各部件归到原始位置，为后续作业循环做准备。掘进巷道时，待首次爆破后移动挖桩仪器，待爆破结束后将仪器迁移，直到挖桩任务顺利实现。

设计人员要想进一步提升挖装机反铲工作装置工作性能，务必着眼于工况，据此合理调节挖装力，确保工作液压缸和整机的挖装力分别达到理论层面要求。液压缸挖装力大小调整时，围绕铲斗、小臂的液压缸进行理论挖装力分析，通过公式代入得出挖装力最大值。一般情况下，液压缸理论挖装力与标准化要求一致，务必满足液压缸闭锁、整机稳定、地面附着等条件要求。除此之外，适当设计ZWY-160/55型挖掘式装载机挖装作业范围，即根据使用要求科学设计挖装深度、距离、宽度、高度。考虑到研发要求的特殊性，设计人员需要合理化设计特殊工况尺寸，确保挖装作业任务高效、优质完成。

3.4 有限元分析及现场应用

ZWY-160/55型挖掘式装载机总体设计结束后，通过有限元分析得知产品应力应变情况，根据分析结果适当调整反铲装置设计方案，全面提升装载机作业效率。一般来说，构建有限元分析模型，通过实体模型直观了解零部件、装配体外观及结构，经网格划分专项添加载荷、约束等条件，并准确了解工况状态和载荷情况，以便更好地满足挖装作业要求。待载荷、约束施加情况达到预期，通过启动运行模块来求解，与此同时，适当调整结构，通过提升局部结构强度来保证整机强度。于试点煤矿-285m水平3-1回风巷使用，ZWY-160/55型挖掘式装载机具体作业内容包括：装载煤矿、挖取矸石，经与输送机、矿车协配，增加每次装载量，在带式输送机协同配合下，大量且快速挖取矸石，经机身上的刮板运输部落入带式输送机，再输送至矿车中。其中，挖斗容量大、插入力度大，装岩速度快，矿车利用率高。工作时间22天，总进尺190m。ZWY-160/55型挖掘式装载机具有功能齐全性、操作灵活性特点，大大减轻了工人的劳动强度，提高了作业效率。

综上所述，ZWY-160/55型挖掘式装载机投用期间，基于全液压驱动控制模式，实现安全化、灵活化运作，这既能减少辅助设备的应用，又能提高工作效率，从整体上提高作业有效性。放眼长远，动态调整ZWY-160/55型挖掘式装载机设计方案，能够达到标准化掘进要求。

参考文献

[1] 马智强，张洪涛.基于遗传算法挖掘式装载机工作装置优化[J].建设机械技术与管理，2020，33（06）：100-102.

[2] 欧雪琴，林洪静.新型组合式挖掘装载机挖掘模式工作装置设计[J].木工机床，2019（04）：7-10，17.

[3] 周磊.挖掘式装载机在岩巷钝角巷道转弯工艺方法的研究与应用[J].内蒙古煤炭经济，2019（17）：55，57.

[4] 郭向勇.ZWY-120/55L挖掘装载机的一运部设计研究[J].煤矿机械，2017，38（06）：7-8.