浅议地下铲运机的技术前沿.pdf

浅议地下铲运机的技术前沿 张海青1， 高 云2， 孙泽光1 （1. 邯邢矿山局北洺河铁矿， 河北 邯郸市 056300； 2. 长沙矿山研究院 ， 湖南 长沙 410012） 摘 要 从地下铲运机工作机构、 智能化技术、 发动机技术和绿色技术改造等方面， 分析介 绍了地下铲运机的技术前沿。 关键词地下铲运机； 工作机构； 智能化； 发动机； 绿色技术 1 地下铲运机变幅工作机构 传统的地下铲运机其工作机构有两种 一种是 转斗油缸直接与铲斗相联接或是通过摇臂 - 连杆与 铲斗连接 （见图 1） 。铲运机以单独铲取法铲取作业 时， 在一定插入深度上转斗油缸活塞杆缩回， 铲斗围 绕工作机构上的支点回转运动， 铲斗斗尖在矿岩堆 中划过一道圆弧。而在联合铲取法中， 在转斗铲取 的同时， 不断提升工作机构大臂， 因此， 铲斗斗尖在 矿岩堆中将划过更大面积， 铲取的矿岩量显然比前 者多。 图 1 铲运机铲取工作机构与作业方式 从结构上看， 在地下铲运机铲取矿岩时， 转斗油 缸活塞杆推出， 摇臂围绕其中部支点顺时针转动， 从 而拉动连杆和铲斗完成回转运动。从上述两种类型 的铲取方法看， 首先必须充分利用转斗油缸的推力 才能获得足够大的铲取力， 其次， 在铲取过程中必须 使铲斗斗尖在矿岩堆中划过尽量大的面积， 从而以 足够大的铲取力去获得足够多的铲取量。地下铲运 机的功率与铲斗容积、 铲斗插入力、 插入深度间存在 必然的内在联系， 采用增大功率、 附着重量、 传动速 比等措施， 以求增大铲斗插入深度， 获取更多铲取 量， 不是一个好的技术措施。因此， 地下铲运机变幅 工作机构的设计已经提到议事日程。变幅工作机构 必需满足3 个要求 （1）在地下铲运机功率不变条件下， 以转斗油 缸推力去实现转斗运动； （2）变幅工作机构在保持铲斗获得铲运机传动 系统的分流功率的条件下， 能产生较大的铲斗插入 力和插入深度； （3）变幅工作机构结构必须使铲斗斗尖在矿岩 堆中划过更大的面积。 有多种方法多种机构原理能实现工作机构的变 幅动作， 使地下铲运机铲斗斗尖按照设计的轨迹进 行运动， 从而在保有地下铲运机原功率的前提下增 大斗容， 提高地下铲运机的生产能力。 2 地下铲运机的智能化 2. 1 动力传动系统的智能化 电子控制模块 （ECM） 系统可以根据外负荷的 变化对柴油机运转参数进行自动控制。该装置设有 柴油机的速度/ 时间传感器、 喷射压力传感器、 燃油 压力传感器、 机油压力传感器、 机油温度传感器、 进 气温度传感器、 冷却液传感器等， 可以对柴油机运转 情况进行实时监控与显示。例如， 当机油压力过低 时， EMS 显示屏将闪亮示警并发出示警信号， 提醒 操作司机立即停机检查相关系统。 2. 2 智能化的控制技术 ISSN 1671 -2900 CN 43 -1347/ TD 采矿技术 第 5 卷 第 4 期 Mining Technology，Vol. 5， No. 4 2005 年 12 月 Dec. 2005 目前， 国内外市场上已经有若干商品化的多种 智能化控制元件产品， 例如电液控制泵和电液控制 比例阀、 微机控制的压力阀和流量阀等， 这些元件可 根据外部设计指令去进行压力与流量的控制调节。 智能控制系统可使工作臂 - 铲斗按设计指定的 轨迹运动， 同时考虑铲取时铲斗与岩石的相互作用 因素， 在铲斗接触岩石时， 智能位置控制系统就能根 据铲取阻力的变化自动调节工作油缸和转斗油缸的 压力， 以产生足够大的铲取力克服铲取阻力， 同时自 动控制流量和油缸运动规律， 使铲斗斗尖沿设计曲 线划过矿岩堆。 变量泵则按照负载的要求进行流量供给 （负荷 敏感控制） ， 从而达到智能化作业和节能的双重目 的。常规的地下铲运机采用定量泵供油系统， 它的 溢流损失和卸荷损失会使工作效率大幅度降低， 工 作装置液压系统效率一般仅 60， 而转向液压系统 的效率更不足 50。 柴油机与液压系统的联合智能控制， 使地下铲 运机液压系统在不同负荷下能充分利用柴油机的功 率， 而在地下铲运机处于运输状态时， 又能使柴油机 在低能耗下运转。 3 无污染型地下铲运机 柴油地下铲运机对环境的主要污染来自于两个 方面 一方面是柴油机噪声污染， 它主要源于柴油机 运转时的机械噪声和尾气噪声； 另一方面是柴油机 尾气污染。由于柴油机尾气中含有 NOx、 CO、 CH 和 碳烟 （含有致癌物质苯芭芘） 等有害排放物质， 严重 污染了井下空气， 诱使井下作业人员的呼吸道发生 病变。无污染型地下铲运机主要从减少噪声和净化 尾气着手。 （1）降低柴油机的机械噪声最根本的措施是改 进柴油机设计和提高制造精度， 同时在地下铲运机 整机设计时考虑设置隔音、 吸音装置。柴油机尾气 噪声可以采用尾气净化箱降低 80 ～85。 （2）国内地下铲运机的柴油机尾气净化技术已 经有 20 多年的发展历史， 但目前国内若干生产厂家 的地下铲运机仅装有含铂氧化催化箱， 由于此类净 化装置存在局限性， 使用一段时间后催化剂易被 “毒化” ， 柴油机尾气中的 CO 和黑烟照样污染井下 环境。 （3）长沙矿山研究院机械厂开发的柴油动力机 机内机外净化技术， 有效地解决了尾气噪声污染和 尾气排放污染。该技术对发动机、 变矩器、 变速箱、 驱动桥进行了优化设计与匹配， 有效地利用了水冷 式电喷柴油机的能源， 控制了尾气排放。配套的外 净化箱将氧化催化箱和净化箱结合为一体， 既充分 利用了尾气的能量， 又消除了 CO、 黑烟和醛类的污 染， 同时减少了尾气噪声 85。 （4）铲运机的绿色技术改造还有 针对地下环 境易使柴油中混入杂质或水质的问题， 开发油水分 离功能强的燃油滤清器； 针对柴油机 “高温” 、“富 氧” 和 “高温持续” 易产生 NOx， 非均质燃烧易产生 碳烟微粒等问题， 在柴油机设计时须使混合气的过 量空气系数保持在 0. 6 ～0. 9 之间， 空气过多则 NOx 将增加， 空气过少， 碳烟微粒增加、 CO 值增加； 当柴 油机尾气的排放背压达到 16 ～20 kPa 时， 发动机性 能变差， 在设计柴油机尾气机外净化装置时也必需 予以重视。此外， 地下铲运机的工作环境温度、 润滑 油的质量、 使用维护技术措施等因素对柴油机尾气 排放质量也有可能造成严重影响。 （收稿日期 2005 -04 -15 ） 金属矿山 2006 年征订启事 金属矿山（ISSN1001 -1250） / （CN34 -1055/ TD， 月刊） 创刊于 1966 年， 原隶属于国家冶金工业局， 现由中钢集团马鞍山矿山研究 院和中国金属学会联合主办， 是向国内外发行的矿山科技领域内综合性行业科技期刊。 金属矿山 杂志是全国矿业工程类中文核心期刊， 是美国 Ei 数据库、 中国期刊网、中国学术期刊 （光盘版） 、 万方数据 - 数字化期 刊群收录期刊， 是中国学术期刊综合评价数据库来源期刊、 中国科学引文数据库来源期刊。多次荣获国家级、 省部级科技期刊奖。 金属矿山 杂志发行主要面向矿山企业单位、 研究设计院所、 高等院校、 设备生产厂家以及各大城市， 高校的图书馆， 并报送到国家 相关部委； 是金属矿山系统的广大科技工作者、 广大矿山企事业的策划管理者、 高等科研院校的工程设计研究人员理想的选择。 金属矿山 杂志为大16 开本， 每月15 日出版， 国内邮发代号26 -139，国外发行代号 M5561。全国各地邮局均有发行， 也可以直接通过 杂志社订阅， 国内定价 10.00 元， 国外定价 8 美元。 联系电话/ 传真 0555 -2404668 2404666 2404656ADD（243004） 安徽省马鞍山市湖北路 9 号 金属矿山 杂志社 URLhttp / / www. jsks. net. cn E - mai jsksbjb163. com 34 张海青， 等 浅议地下铲运机的技术前沿