P&H2800XPB电铲铲斗斗唇护套研制与应用

＊胡芳周 武义忠 何志远

（中煤平朔集团有限公司 山西 036000）

P&H2800XPB挖掘机是用于采矿作业的新型大型采矿机械，它可与220吨至363吨的自卸卡车配合使用，适用于年产量超过2000万吨的大型露天矿的岩石剥离、提取和材料装载作业。

为了满足国内外露天矿山开采装备大型化的发展潮流，在过去几十年间，该项目汇集了大型矿用挖掘机在制造和设计方面的成功和失败经验，并对现有的矿用挖掘机系列进行了开发。借鉴国内外最先进的开发和生产技术，采用最先进的技术手段、方法、标准、材料处理方法和工艺流程，结合成熟的PLC控制技术和先进的交流变频驱动技术。

开发出一种新型大型电机驱动矿用挖掘机。这是一种大型齿轮齿条式挖掘机，大大提高了产品的技术水平和可靠性，具有较高的性价比，可满足国内外露天矿用户的需求。

矿用机械挖掘机有五个主要驱动机构—提升、推压、回转、行走和铲斗，通过使这五个主要驱动机构相互配合，挖掘机可以进行目标切割（推动）、铲斗装载（提升）、转运（回转）、卸载（铲斗运作）、深挖（移动）和其他操作。它们工作的时候，相互协调配合，可实现的挖掘目标有：大幅提高工作效率、大幅扩展挖掘机的工作范围、大容量铲斗、降低易损件及主要结构件的故障率、延迟使用寿命、提升维护便携性。矿用挖掘机的电气部件主要有：电源、高压开关柜、高压集电器、主辅变压器、避雷系统、变频控制电机、变频控制器、限位照明等装置构成。矿用挖掘机的机械部件主要有：铲斗、提升臂、开闭机构、回转机构、提升机构、润滑系统等装置和其他关键部件。

本文提供了集中和手动润滑的干油润滑方法，飞溅润滑和稀油油池润滑这两种方法在减速箱内齿轮中采用。气路系统配有空气干燥装置，以确保在寒冷天气下正常运行。在机舱的左侧和右侧，配有互锁开关和登机梯，方便操作员进出。除了安装在驾驶室后部配重箱内的高压柜、主变压器、辅助变压器和辅助柜外，其他的精密电气控制柜都安装在了右侧行走平台的中央，并配有特殊散热风机和单独的隔间，用于保护装置和散热。

1.P&H2800XPB电铲铲斗情况

本文使用的挖掘机铲斗型号为P&H2800XPB，标准容量为35.2m3，带有焊接耐磨钢板。铲斗斗体可接受现场维修，如焊接操作规范，焊接后可实现优良的斗体性能。一般铲斗大都配有八个铲斗防护装置及整体斗齿，防护装置组成部件主要有：斗唇角、侧护套、斗唇中央护套、耐磨钢防护设备等部件组成。斗齿的组成部件主要有：楔子、斗齿、销轴或“C”型卡板。这些部件通过连接机构相互协作和依存。铲斗斗唇跟斗齿的装配精度越高越有利于降低铲斗的维修成本，如果斗齿与斗唇装配过程中过盈值过高则容易降低斗齿的束缚力进而产生松动现象，这样就极易损坏斗齿与斗唇的接触面，致使斗齿超前实效。挖岩铲斗斗齿的材料、结构及规格外形的合理选择，保证了铲斗的高强度、高耐磨、长使用寿命，满足特殊工作环境的要求。铲斗的工作环境及所挖材料的坚硬程度决定了铲斗的工作寿命。比如，同样的斗齿可以用在铜矿石上几个星期，而用在铁矿石上却只有8个小时。

图1 斗齿组件

铲斗的前唇及侧唇在使用过程中非常容易磨损，因此在设计中为了提升更换维护的便携性将斗唇侧护套分成了上中下三部分组成，斗唇护套的连接机构有“销轴-插销式”和“C”型卡板组成。在使用中如果斗唇防磨套磨损量超过允许值时就必须更换，在更换斗唇防磨套的同时也需要将护套连接、锁紧装置（包括楔子、“C”型卡板等）一起更换。

2.改造原因

针对日常维修和监测P&H2800XPB电铲铲斗系统中斗唇运行，得出由于电铲工作期间斗唇部件需要承载极强的工作冲击力，电铲日复一日的高强度工作，设备运转导致大牙和护套部件出现不同程度的疲劳磨损，在挖运物料过程中，会造成护套尖端受力，上部受力时牙销起到较好的衔接作用；而下部受力时没有牙销的衔接作用，会造成护套向上变形，进而形成护套的掉落。运行时间一长，则生产现场必须进行更换，频繁性更换造成人力成本的增加，相应地增加了安全风险；而目前原厂件价格明显偏高，导致设备维修成本增加，还会出现，先期计划的订单，无法按期发货的情况，备件的非正常到货严重制约了现场生产，且维修生产成本较高。

在挖掘过程中，只有斗体的底部、两侧中下部分会受到磨损，上部基本不会受到磨损。按此特点设计护套的尺寸，延伸护套下端，使其与上端平齐，在挖运物料过程中，护套尖端受力，使得上部和下部受力时牙销能够发挥较好的衔接作用，以此来充分发挥护套销的衔接作用，防止护套会向上变形。通过对同类型产品（大牙）的使用情况应用的跟踪，提出对斗唇护套进行技术改造，将极大减少更换大牙和护套的数量，工作量和维修成本将大大降低[1]。

3.改造技术方案

目前，国内同行业同类型大型挖掘机设备中，还没有使用该项试制的护套。平朔公司建矿以来，电铲铲斗大修都是使用进口或国产耐磨板，耐磨性相对较差，而且不适合坑下的作业环境，使用周期短，维修成本增加；为此，安家岭电铲车间群策群力、集思广议，通过试制改造后的护套，工作量将大大降低，这保证了电动挖掘机设备的正常维护工期，间接提高了电动挖掘机的经济效益。

(1)改造的思路

针对上述问题，露天设备维修中心安家岭电铲车间，经过比对同类型电铲设备的大牙部件，发现电铲铲斗部件改造后的护套装置配合也很合理，承冲击性稳定，运行效果良好。通过对同类型产品大牙的牙销安装和使用情况应用的跟踪，发现大牙销的衔接作用较强；同理，提出对斗唇护套进行技术改造，将极大减少更换护套的数量，工作量和维修成本将大大降低。本次改进的特点：第一，延伸护套下端，使其与上端平齐，以此来充分发挥护套销的衔接作用；第二，延伸的下端将对斗唇下部有良好的防护作用。斗唇装置改造后效果如图2所示。

图2 斗唇装置系统组成

图3 系统整体效果图

(2)设计主要参数

此方法改进后，对铲斗下部有防护作用；通过卡板、直销固定中部护套，护套安装后更加牢固，护套错位机率下降，降低护套脱落机率，有效保护铲斗，延长使用时间。

(3)配件组成及工作流程

配件组成：楔子、“C”型卡板和支撑件。设计护套的尺寸，延伸护套下端，使其与上端平齐，在挖运物料过程中，护套尖端受力，使得上部和下部受力时牙销能够发挥较好的衔接作用，以此来充分发挥护套销的衔接作用，防止护套会向上变形[2]。

表1 斗唇装置系统配件组成

4.改造后达到的效果

P&H2800XPB电铲逐步使用试制的护套部件，试制部件投入后设备稳定运行，电铲铲斗斗唇配合合理，在此基础上极大地降低设备维修成本。试制的护套部件能达到预期的性能参数，能有效地服务设备正常周期。本研究完成后，将有效避免电铲设备因护套和大牙的待件停工和整体更换斗唇现象的发生。

跟踪车间全年坑下电铲更换护套的更换记录显示（半年，7台铲），原来安装护套数量为49件，半年共更换147个护套，费用总计43.37万元；而更换一个护套所需的时间约为15分钟，共计时间为2205分钟（在此期间所形成的人工费约为0.28万元）。以上费用合计为58.11万元。

而后期换成试制的护套部件，不需要频繁更换，将极大缩短维修时间，保障维修安全；试制的护套（每台铲安装7个护套）平均价为5000元/个，共计3.5万元，平均每半年更换1次，共需投入24.5万元。这样设备保守估计能多创造33.61万元，这样下来每年多创造预计67.22万元经济效益，且能大大降低人力成本，减少安全风险。因此，试制的护套部件能有效节约维修成本，优化设备经济效益。

5.结论

矿用挖掘机是露天矿产采矿中使用最多的一种挖掘机，其斗齿在采矿过程中与矿物等物料直接接触，在巨大的冲击载荷下，斗齿经常出现磨损、断裂、脱落等失效现象。出现故障的斗齿，连同矿石和其他物料一同进入了破碎机，将导致破碎机的失效，造成巨大的经济损失。针对这一问题，因其恶劣的作业环境和作业条件，选择适当的监控设备，按照系统的工作要求，对整个测试系统的进行了总体设计。目前，车间经过与相关车间和厂家进行研讨，已经掌握了其优化、改造的技术基础，具备改造的基础条件，可以针对性地推广使用，目前车间对P&H2800XPB电铲所有设备进行装配试制的护套部件。

试制的护套部件运行稳定、结构合理、耐用性强，减少了维修成本和采购的不确定性，能保证现场电铲铲斗组装如期完成，且现场很少需要更换护套，进而相应地减少了大牙和斗唇的磨损；且护套的使用周期约3000小时；同类型设备极具推广价值。通过试制改造后的护套，工作量将大大降低，这确保了电动挖掘机设备的正常维护工期，间接提高了电动挖掘机的经济效益。