徐曉富

(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司安慶銅礦, 安徽安慶市 246131)

安慶銅礦進(jìn)口井下服務(wù)車技術(shù)改造

徐曉富

(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司安慶銅礦, 安徽安慶市 246131)

對安慶銅礦進(jìn)口服務(wù)車存在的問題進(jìn)行了診斷,分析了進(jìn)行技術(shù)改造的可行性和技術(shù)方案,更換了行走液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng),重新設(shè)計制造了制動器執(zhí)行油缸,對液壓管路系統(tǒng)進(jìn)行了全面的整改,對車架、發(fā)動機(jī)、驅(qū)動橋進(jìn)行了必要的修復(fù)和維護(hù),改造后投入正常生產(chǎn)運行作業(yè),使用效果良好,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),為安慶銅礦節(jié)約了約 200萬元的設(shè)備投資。改造方案可供同類礦山企業(yè)參考借鑒。

井下服務(wù)車;高壓柱塞泵;柱塞馬達(dá);技術(shù)改造

安慶銅礦于開采初起進(jìn)口 2臺瑞典 NOBEL公司生產(chǎn)的 PT61系列服務(wù)車,其中 1臺為油車、1臺為材料車。兩臺輔助車已正常使用十幾年,為安慶銅礦的井下生產(chǎn)作業(yè)作出了較大的貢獻(xiàn)。由于使用期限已超過設(shè)計使用年限,服務(wù)車已不能投入正常安全使用,必須進(jìn)行全面的技術(shù)升級改造。

1 技術(shù)改造的可行性分析

西方國家生產(chǎn)的礦山機(jī)械的有效使用年限一般設(shè)計為 10 a,達(dá)到這一期限后設(shè)備即進(jìn)入故障高發(fā)期,主要零部件因過度磨損或疲勞不能繼續(xù)使用而導(dǎo)致整機(jī)報廢。安慶銅礦進(jìn)口的 2臺 NOBEL公司生產(chǎn)的 PT61系列輔助車,已經(jīng)使用 13 a,按正常情況已達(dá)到報廢的期限。由于該車主要用于井下油料和其它輔助材料的運輸,與鏟運機(jī)、地下汽車相比,作業(yè)環(huán)境和條件較好,加之礦領(lǐng)導(dǎo)、礦機(jī)動部的嚴(yán)格管理,工區(qū)的科學(xué)使用和完善的維護(hù)保養(yǎng),設(shè)備的實際狀況還沒有達(dá)到必須報廢的程度。為確認(rèn)改造的必要性和可行性,我們對設(shè)備進(jìn)行了仔細(xì)勘察與全面診斷,設(shè)備狀況如下。

(1)行走無力。其原因是因為行走油泵、油馬達(dá)達(dá)到終結(jié)壽命,已嚴(yán)重磨損,內(nèi)部泄漏嚴(yán)重,無法建立有效的系統(tǒng)工作壓力所致。由于原設(shè)計選用的德國 Sauer公司生產(chǎn)的 20系列高壓柱塞泵、馬達(dá)屬于淘汰產(chǎn)品,廠家已經(jīng)停止生產(chǎn),無法買到原廠配件更換。雖然找力施樂這樣的專業(yè)公司對油泵、油馬達(dá)進(jìn)行過修復(fù),但效果不理想,使用僅幾個月就無法正常工作。

(2)制動系統(tǒng)失靈。該系列車輛靠變量柱塞油泵油馬達(dá)組成的閉式系統(tǒng)在油泵不供油時使馬達(dá)閉鎖而實現(xiàn)工作制動。此外,系統(tǒng)從主油路的補(bǔ)油泵引出一路低壓油驅(qū)動執(zhí)行油缸,控制前后橋上的磨檫盤式制動器,實現(xiàn)停車 (手)制動。由于油泵油馬達(dá)都已嚴(yán)重磨損,當(dāng)油泵不供油時,閉式系統(tǒng)的主油路通過泵和馬達(dá)的泄漏處連通,使馬達(dá)仍然可以轉(zhuǎn)動而不能正常閉鎖實現(xiàn)制動;手制動系統(tǒng)也因制動油缸的密封失效泄漏以及供油泵過度磨損無法建立足夠的壓力而不能正常工作。

(3)前后驅(qū)動橋狀況良好。該車驅(qū)動橋為井下車輛專用車橋,設(shè)計時充分考慮了各種沖擊負(fù)荷的影響,有較高的強(qiáng)度安全系數(shù),抗過負(fù)荷能力強(qiáng),能適應(yīng)井下惡劣的路面環(huán)境條件。但該型服務(wù)車主要在路面條件較好的斜坡道和主要運輸巷道運輸油料和其它輔助材料,其運行環(huán)境明顯優(yōu)于鏟運機(jī)等設(shè)備的使用環(huán)境,沖擊負(fù)荷小,過負(fù)荷情況較少。因此,雖然使用了十幾年,其主要承載零部件狀態(tài)良好,遠(yuǎn)未達(dá)到疲勞極限。此外,驅(qū)動橋的多片盤式制動器集成在驅(qū)動橋主傳動的殼體內(nèi),為全封閉油冷型,外界雜質(zhì)幾乎不可能進(jìn)入摩擦片間,加之該制動器主要用于停車制動和緊急制動,使用頻率很低,經(jīng)試驗測試,制動器狀態(tài)良好,只是驅(qū)動制動器的執(zhí)行油缸因泄漏無力,導(dǎo)致手制動系統(tǒng)失效。

(4)車架及中央轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)狀況較好。由于運行路面條件較好,過負(fù)荷情況少,車架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)狀態(tài)良好,沒有開裂、脫焊等狀態(tài),主要鉸接點磨損正常,個別處于較低位置的鉸銷孔磨損超過極限,但易于修復(fù)。

(5)柴油發(fā)動機(jī)狀況尚可,可以修復(fù)使用。

(6)電路和部分控制系統(tǒng)老化失效,必須更換。

從設(shè)備狀況看,除高壓變量柱塞泵、柱塞馬達(dá),電氣控制系統(tǒng)必須報廢外,驅(qū)動橋、車架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)等多數(shù)零部件均可繼續(xù)使用或經(jīng)修復(fù)后繼續(xù)使用,完全具有改造的價值。

從軟件方面考慮,安慶銅礦具有多年的使用管理和維修進(jìn)口車輛、進(jìn)口發(fā)動機(jī)的經(jīng)驗和維修人員隊伍;合作承擔(dān)改造任務(wù)的長沙礦山研究院擁有長期從事鏟運機(jī)、地下汽車、地下輔助車輛研制的技術(shù)實力、豐富的經(jīng)驗和專業(yè)技術(shù)人員。礦、院合作,完全可以順利完成上述車輛的技術(shù)改造。

因此,從設(shè)備本身的狀況、改造的硬件、軟件等方面綜合分析認(rèn)為:對安慶銅礦的進(jìn)口油車、材料車進(jìn)行技術(shù)改造是完全可行且具有明顯經(jīng)濟(jì)效益的。

2 技術(shù)方案研究

2.1 原車特點

(1)行走速度較低。經(jīng)計算、實測,原車最高行駛速度不足 8 km/h,導(dǎo)致運行效率低,從 -280中段出發(fā)經(jīng)斜坡道重載爬到井口需要 1個多小時。

(2)采用雙馬達(dá)串聯(lián)驅(qū)動,使系統(tǒng)壓力提高。主回路最高壓力達(dá)到 42 MPa。

(3)由于采用柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動,須用一個腳踏板控制油門,因此采用電磁閥控制車輛的前進(jìn)、后退,另一個腳踏板控制油泵排量大小,即控制車速。

2.2 改造方案

改造的原則:盡可能利用原有零部件,以節(jié)約改造費用;重點改造液壓行走系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng);適當(dāng)提高車速;盡量維持原設(shè)計,保持原車操控方式,以防誤操作。

根據(jù)改造原則和國內(nèi)外可供元件情況,初步確定以下 3種液壓系統(tǒng)方案。

(1)電磁閥控制。該方案設(shè)計由電磁閥控制車輛的前進(jìn)、后退,但變量泵的排量不能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。電磁閥置前進(jìn)位,變量泵調(diào)到前進(jìn)最大排量;電磁閥置后退位,變量泵則調(diào)到反向最大排量,變量泵的功能未能利用,等于使用定量泵。

(2)手動閥控制。在該方案中,變量泵的排量能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),但車輛的前進(jìn)、后退要由兩個腳踏板控制,使整車腳踏板由 2個增加到 3個,不符合原車操作習(xí)慣和人機(jī)工程學(xué)的要求,有因誤操作引起安全事故的可能性。

(3)電液伺服。該方案采用最新泵組控制技術(shù),由手動電器開關(guān) (SPDT)控制前進(jìn)、后退。由一個電子腳踏板發(fā)出電流調(diào)節(jié)信號,通過電子控制裝置控制變量泵上的比例電磁閥,實現(xiàn)油泵流量的無級調(diào)節(jié),該方案控制線路見圖1[1]。

圖1 控制系統(tǒng)原理

系統(tǒng)液壓原理見圖2[2]。油泵選用 Sauer公司90系列高壓柱塞泵,排量為 100 ml/r,最高工作壓力達(dá) 46 MPa;馬達(dá)選用 90系列定量馬達(dá),排量 75 ml/r,最高工作壓力 46 MPa。泵、馬達(dá)的安裝聯(lián)接尺寸與原機(jī)使用的 20系列相同,可以直接安裝,只是外形尺寸不同。

該方案技術(shù)先進(jìn),符合目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢;油泵油馬達(dá)的最高工作壓力可以達(dá)到 46 MPa,高于原 42 MPa,完全滿足車輛的要求;通過泵和馬達(dá)的合理匹配,可使車速提高約 30%;操作控制方式與原機(jī)相同,一個手動開關(guān)控制方向,一個電子腳踏板控制車速 (油泵排量),另一個腳踏板控制發(fā)動機(jī)油門。

圖2 行走液壓系統(tǒng)原理

綜上所述,最終確定采用電液伺服控制方案為該車技術(shù)改造的行走液壓系統(tǒng)方案。

3 改造效果

按照確定的改造方案,更換了行走液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng),重新設(shè)計制造了制動器執(zhí)行油缸,對液壓管路系統(tǒng)進(jìn)行了全面的整改,對車架、發(fā)動機(jī)、驅(qū)動橋進(jìn)行了必要的修復(fù)和維護(hù)。全面完成組裝、調(diào)試后,對車輛主要性能參數(shù)進(jìn)行了測試,結(jié)果如下。

行走系統(tǒng)壓力:38 MPa(設(shè)定值);

最高車速:10 km/h(原車速約 8 km/h);

裝載質(zhì)量:4000 kg;

工作制動:重載斜坡道運行,制動靈敏可靠;

手制動:可靠;

油溫:正常,運行 2 h后約 60℃。

經(jīng)測試檢驗合格后,即投入正常生產(chǎn)運行作業(yè),使用效果良好,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),為安慶銅礦節(jié)約了約 200萬元的設(shè)備投資。

[1] Sauer-Danfoss.Technical Information KEP Electronic Foot Pedal[R].Naumunstar Germany:Sauer-Danfoss Inc.Jan 2009.

[2] Sauer-Danfoss.Technical Information Series 90 Axial Piston Pumps[R].Naumunstar Germany:Sauer-Danfoss Inc.Aug 2008.

[3] 黃偉健.NT30/NBB150型裝藥臺車的改造 [J].采礦技術(shù),2010,10(6):69-71.

2011-08-4)

徐曉富 (1968-),男,安徽潛山人,工程師,現(xiàn)主要從事礦山設(shè)備維護(hù)管理工作。