露天矿大型电铲与液压铲的选择分析.pdf

第 6期 总 第 1 7 5期 2 0 1 2年 l 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG ＆ AUT MATI N N O ．6 De c ． 文章编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 2 0 6 - 0 1 9 5 0 2 露天矿大型电铲与液压铲的选择分析 张永 明 太原重型机械 集团有限公司 技 术中心，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 斗容在 2 0 m。以上的大型电铲、液压 铲均 为露天矿 山的主要采掘设备 ，其各有优缺 点。从电铲和 液压 铲的性能方面入手，全面地分 析 了它们 的使 用特 点和适应工况 ，便于矿 山用户在两种铲之 间进行选择。 关键词电铲；液压铲 ；露天矿 中 图 分 类 号 TD4 2 2 ． 2 文 献 标 识 码 B 0 引言 随着科技的不断发展 ， 近几年斗容在 2 0 m。以上 的电铲 主要 采用 电机 减速 机 驱 动 和 液 压 铲 主 要 采 用液压系统和液压缸驱动 已趋 于成熟化， 并在国内、 国外 的露 天矿 山得 到 广 泛 的使 用 。从 性 能 上说 ， 电铲 和液压铲 同为挖掘机的一种 ， 其各有 优点， 也各有不 足。因此 ， 在同等工况条件下或同等斗容能力下选择 哪类型的产品是值得探讨的问题 ， 本文从不 同的方 面 分析两种采掘设备的特点及适用工况 。 1 根据 物料情 况分 析 电铲和液压铲 同 为采 掘设 备 ， 一 般在 露 天煤 矿 、 铁 矿 、 有色金属矿用 于剥 离岩石或直 接采矿 。根据 矿山 的 物料松散情况 ， 可将采掘的难度分为以下 4类[ 1 ] 1 容易挖掘 松软、 容易流动的颗粒状物料， 包 括库存物料或被再次处理 的其他物料。 2 中度挖掘 从 自然工况 挖 掘 的物 料 ， 需要 一 些 爆 破 ， 或 可在 原挖掘 面直 接挖掘 ， 但需 要较 大 的挖掘 力 来完成装载 ， 如风化的沙岩、 泥岩。 3 较难 挖掘 需 要 爆 破 或 粉 碎 成 直 径 大 小不 超 过 1 m的物料 ， 爆破后 ， 在矿层 中物料是松散的， 但需 要较大的挖掘力来完成装载， 物料密度 中等 ， 有一定 的 磨 损性 ， 如 油沙 和一些 铁沉 积物 的物料 。 4 很难挖掘 要求爆破成高粉末 才可挖掘的物 料 ， 通 常有 高的耐 压强度 、 密 度和研 磨性 ， 如 铁矿石 。 电铲为 电机 减速 机 直 接驱 动 式 ， 在 结 构设 计 上 也 较多地考虑了强度和刚度， 特别是工作装置 ， 大部分为 刚性连接， 具有切削力大、 耐磨性高等优点 ， 对物料的 爆破情况要求比较低 ， 因此可用于 比重较大 的爆破不 好物 料 的挖掘[ 2 ] 。液压 铲为 液压泵 带 动液压 缸的方 式 驱动 ， 其整机设计重量轻 ， 动作灵活 ， 工作范围大， 并在 挖掘的正常轨迹上可 以实现平推 的功能 ， 较适 合物料 松散 、 工况 复 杂的挖掘 。 根据爆破情况分析， 对于爆破不好的物料 ， 电铲的 适应性更强 ， 而液压铲更适合爆破好的物料 ； 根据矿石 情况分析 ， 电铲更适合较难和很难的挖掘， 液压铲适合 轻度挖掘 ； 根据物料分 布情况分析， 对于分布规整、 层 次清晰的矿石， 适合电铲挖掘 ， 对于矿石分布为倾斜层 或 段高 较低 ， 需要选 择性 挖掘 ， 则液 压铲更 适合 。 两 种设 备挖掘 比较 见图 l 。 旦 ＼ ．| ＼ a 液压铲 b 电铲 图 1 两种设备挖掘比较 2 挖 掘和 卸载分 析 挖掘 和卸载 为采 掘 过 程关 键 的组 成过 程 ， 选 择 的 挖掘机与物料相互之间的适应性直接影 响采掘效率 。 电铲由于机构的限制 ， 一般为机械式正铲挖掘机， 其挖 掘曲线单一 ， 体积较大， 为重 型设 备。液压铲设计灵 活， 一般有正铲和反铲之分 ， 挖掘曲线较灵活 ， 机器本 身 也体 积轻 ， 各机构 动作 较 电铲灵 活口 3 。 2 ． 1 挖掘 周期 挖掘机的周期由挖掘 、 回转、 卸料、 返 回 4部分组 成 ， 其中回转时间较大程度地影响整个挖掘循环时间， 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 1 7 ；修 回日期 2 0 1 2 0 7 2 7 作者简介 张永明 1 9 8 0 一 ，男 ，山西太原人 ，工程 师，本科 ，主要从事矿山机械设备及焦炉机械设备的研究 与开发 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 6 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 2年 第 6期 回转的角度越小 ， 挖掘的循环时间越少 ， 相应地工作效 率较高， 较合理的回转角度为 7 O 。 。 对于电铲一般就是单一的挖掘 ， 挖掘周期与 回转 角度有直接关 系， 当固定回转角度时 ， 挖掘周期基本为 恒定值。液压铲本身较灵活， 对单一挖掘来说， 平均挖 掘周期较短 。另外， 液压铲可以进行选择性的挖掘 ， 挖 掘的起点可变 ， 这样会影响 回转角度和回转周期。 2 ． 2挖掘 深度 挖掘深度比较如图 2所示 ， 液压铲可以倾斜切入 水平地面 ， 并挖出一个斜坡 ， 进而达到更深 的挖掘， 有 利于开辟新的挖掘面和制作斜坡面。而电铲只能在推 压的作用下切向切入地面后 ， 以一定 的弧度向上提升 挖掘物料 ， 不能再次深入挖掘。因此在追求更深 的挖 掘时 ， 选择 液压 铲更好 。 a i 夜压铲 b 电铲 图 2 两种设备挖掘深度 比较 2 ． 3 满斗 系数 每一种挖掘机都有额定的斗容 ， 即可以挖掘的物 料的体积 ， 铲斗的形状直接影响铲斗的装满程度 ， 即满 斗系数。满斗系数 为 1时 ， 物料 装满程度等于斗容。 由于本身 技术 和规 范 的 因素 ， 液 压 铲 的铲 斗 在设 计 时 的斗容计算与电铲不同， 两种设备 的满斗比较见 图 3 。 液压铲斗容计算的堆高标准较大， 且为有效的斗容， 故 这种铲斗更适合挖掘中度挖掘的物料 ， 以便很好地形 成堆高 ， 使满斗系数接近 1 。而 电铲对堆高要求并不 高 ， 大部分容积在铲斗内部 ， 一般的挖掘均能达到斗容 要求 。因此对 于大 部 分挖 掘 来 说 ， 电铲 要 比液 压 铲更 容 易达 到满 斗要求 。 2 ． 4 物料 卸 载 物料卸载必然会对 卡车或其他设备产生冲击 ， 如 果冲击较大， 将会对运输设备提出更高 的要求。液压 铲 的卸 载方式 为液 压 驱 动式 ， 其 卸 载 口打 开 的大 小 可 以通 过 液压缸 的行 程控 制 ， 可以有 效地控 制物 料流 ， 对 运输设备 的冲击较小。而电铲卸载物料的过程一般不 可控制 ， 为一次性打开式 ， 对运输设备的冲击比较大。 一 一 一 7＼ ～ 一 ， a { 夜压铲 b 电铲 图 3两种设备满斗 比较 3矿 山条件 挖掘 机 的选择 还 与矿 山基 础条 件 和 配 置有 关 ， 矿 山采掘为较复杂的过程， 不仅要完成正常的挖掘工作， 还要完成很多辅助工作 ， 比如清理不能一次挖满铲斗 的边料、 水平清理地面的散料、 卡车的配置等。两种设 备具体比较如下 ①边料清理 液压铲能移动从卸载区 溢出的物料 ， 较适合清理地面 ； 电铲的边料清理能力则 较低； ②水平挖掘 液压铲可以水平清理 ， 但其挖掘力 较低 ， 不 适合较 硬 的水 平 挖掘 ； 电铲 的挖 掘 力较 大 ， 适 合水平挖掘 ； ③ 卡车的匹配 液压铲对卡车 的要求较 大， 电铲较小 ； ④卡车装载 液压铲卸载范围有限， 不容 易装满卡车 ； 电铲体积较大 ， 卸载范围大 ， 较容易装满 卡车 。 4总结 目前 国内大部 分 露 天矿 山均 采用 电铲 挖 掘 物料 ， 一 方 面 由于国 内大型 电铲技 术 成 熟 ， 备 件 供应 方 便快 捷 ， 各矿山的维护力量雄厚； 另一方面国内爆破技术有 限， 物料状态不是很理想 ， 较适合电铲工作。对于大型 液压铲来说 ， 国内发展较慢， 主传动液压元器件仍依靠 国外进 口， 矿山维护力量也较薄弱 ， 因此 目前不适合大 面积的使用， 但是由于液压铲购置成本较低， 特别适合 不规则物料层的挖掘 以及爆破较好的中等以下挖掘， 已逐步在国内露天矿山使用 ， 具有一定的推广前景。 参考文献 I- 1 ] 陈 国 山． 露 天 采 矿技 术 [ M] ． 北 京 冶 金 工 业 出 版 社 ， 2 0 08． E 2 ] 阎书文． 机械式挖掘机设 计E M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 1 991 ． [ 3 ] 车兆学． 露天煤矿半连续 开采工艺及应 用技术研究 [ M] ． 北京 中国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． S e l e c t i o n Ana l y s i s o f La r g e Ex c a v a t o r a nd Hy d r a u l i c S h o v e l i n M i ne s ZHANG Yo n g - mi ng Te c h n o l o g y Ce n t e r o f Ta i y u a n H e a v y I n d u s t r y Co ．，Lt d ．，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，China Ab s t r a c t Th e l a r g e e x c a v a t o r s a n d h y d r a u l i c s h o v e l s wi t h d i p p e r c a p a b i l i t y mo r e t h a n 2 0 r d a r e t h e ma i n mi n i n g e q u i p me n t s i n o p e n - p i t m i n e s ． Th i s a r t i c l e a n a l y z e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d wo r k i n g c o n d i t i o n s o f l a r g e e x c a v a t o r s a n d h y d r a u l i c s h o v e l s ，t o ma k e u s e r s s e l e c t t h e m e a s i l y ． Ke y wo r d s e x c a v a t or ；hy dr a ul i c s ho ve l ；op e n pi t mi ne s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m