国内外轮斗挖掘机的研究状况及发展趋势.doc

国内外轮斗挖掘机的研究状况与发展趋势赵环帅(1.中国煤炭科工集团唐山研究院 河北 唐山063012；2.天地科技股份有限公司唐山分公司 河北 唐山063012；3.天地（唐山）矿业科技有限公司 河北 唐山063012)摘要：本文简述了轮斗挖掘机的工作原理与结构特点，总结了目前国内外轮斗挖掘机的研究状况，指出目前在轮斗挖掘机发展上存在的各种问题，最后阐述了轮斗挖掘机未来的发展趋势。关键字：轮斗挖掘机；露天采矿；研究状况；发展趋势The Research Status and Development Tendency on Bucket- Wheel Excavator both in Domestic and OverseasZHAO Huanshuai(1.Tangshan Institute, China Coal Technology & Engineering GroupCorp., Thangshan 063012, Hebei, China; 2. Tangshan Branch of Tiandi Science &Technology Co., Ltd.，Thangshan 063012, hebei, China;3 Tiandi(Tangshan) Mining Science &Technology Co., Ltd.，Thangshan 063012, hebei, China)Abstract: This paper described the working principle and structural features of bucket- wheel excavator .The article summarized the research status of bucket- wheel excavator in domestic and overseas, and also point out every problems existing and, At last the paper described development tendency of bucket- wheel excavator in the future.Key words： bucket- wheel excavator；open mining; research status；development tendency中图分类号： TD422 文献标识码：A0 引言轮斗挖掘机是在链斗挖掘机、单斗挖掘机和其它采掘设备的基础上逐步发展起来的，是目前连续化作业设备中比较理想的一种多斗挖掘设备，也是目前世界上最大成套挖掘设备之一。轮斗挖掘机具有连续化作业、生产能力大、效率高、适应复杂煤层选采、运输坡度大、操作简单、维修方便、易实现现代化的管理等诸多优点，特别适合于大型露天矿高效率地开采作业，目前主要应用在露天矿中剥离表土、挖掘有用矿物，倒堆作业、向车辆或运输带进行装载等，另外在混料堆置场、储料场、大型水利和土方工程中也逐渐得到日益广泛的应用。1 工作原理及结构特点1.1工作原理轮斗挖掘机在挖掘物料时机器不行走，主要依靠其前端的斗轮旋转与臂架回转构成的复合运动不断将物料切下并装入轮斗内，当铲斗随着轮斗转到一定高度时，物料由于重力作用落至受料输送带，再经料斗卸到卸料输送带上，装入汽车或输送机等运输工具，运往指定地点。若一层物料挖尽后机器移动或臂架降落，再进行下一层物料的挖掘，这样从顶部逐层向下挖掘，被挖下物料的厚度由机器前进距离或臂架伸缩量来控制，宽度由回转速度决定，一般而言，高度不超过斗轮直径的0.7倍。轮斗挖掘机的行走是辅助性的，作业是连续性的，铲斗只用于挖掘，物料的输送用带式输送机。1.2结构特点轮斗挖掘机主要由6个部分组成：行走系统、回转系统、工作系统、输送系统、电力驱动系统、液压系统，其主要特点为：（1）行走系统：目前大多数轮斗挖掘机采用履带式行走系统，少数采用步行式行走系统。从相关资料来看，中、小型轮斗挖掘机大多采用双履带，而大型轮斗挖掘机采用多履带（三履带或四履带），可以减少设备对地面的比压。（2）回转系统：由转台与回转驱动装置等组成，转台上有动力装置、驱动装置、控制设备和操纵室等，由于采用了回转支撑轴承，驱动装置可使转台绕垂直轴回转 360。（3）工作系统：由斗轮、臂架、变幅机构和驱动装置等组成。斗轮安装在臂架的前端，为一个均布若干个铲斗的旋转轮。臂架后端铰接在转台的门架上，通过钢丝绳或液压油缸使臂架转动，从而使斗轮在不同工作面上进行挖掘作业。臂架长度主要有两种：固定的与可伸缩的。斗轮驱动装置由电动机、安全联轴器和减速机等组成，布置在臂架前端的侧面，用于驱动斗轮旋转。（4）输送系统：由受料输送带、料斗和卸料输送带等组成。另外，连接桥式轮斗挖掘机则在连接桥上还装有转载输送带。（5）电力驱动系统：除部分小型轮斗挖掘机目前采用柴油发电机组外，其他轮斗挖掘机均采用了外电源变流机组。（6）液压系统：主要采用液压油缸驱动斗轮臂和卸料臂升降。2 国内外发展状况2.1国外发展状况 1-6早在19实际初叶，西欧就开始在褐煤露天矿中试用过连续挖掘设备，最初的形式是链斗挖掘机，后来陆续出现了单斗挖掘机和环轮挖掘机，而轮斗挖掘机是在结合各种挖掘机的优点基础上初步发展起来的。有关资料表明，轮斗挖掘机的研究于1913年在德国开始的，第一台1916年轨道式轮斗挖掘机正式在贝尔格维茨褐煤露天矿投入使用，进行剥离覆盖层的作业，该设备装有一个可回转的平台，把链斗挖掘机连续挖掘工作原理与机械单斗挖掘机灵活性结合一起。1919年前后，德国制造了第一台履带式轮斗挖掘机，并在其中部装有柴油发动机，该机只能挖取堆放的物料。1925年制造了第一台露天矿用轮斗挖掘机，该机用于采掘砂或煤层中间的夹层，卸料臂可在一定范围内回转，卸料臂的回转中心和轮斗的回转中心不重合，铲斗容量为0.075m3。1931年ATG公司生产了铲斗容量分别为0.06、0.09和0.15 m3的轮斗挖掘机。1937年在柏林电气公司所属的高勒帕矿，一台具有六条履带的斗轮挖掘机投入使用，该机是后来发展的巨型斗轮挖掘机中最早的一台。20世纪40年代末，由于轮斗挖掘机能够大量的连续挖掘，因此发展相应高效率的输送设备。改进了常用的列车运输方式。20世纪50年代，轮斗挖掘机在各国又有了新的发展。中、小型轮斗挖掘机获得了较快的发展。1956年德国首先研制成功日生产能力为10X104m的大型轮斗挖掘机；1975年，原联邦德国研制了20X104m日的轮斗挖掘机；1977年又开发了24 X104m日的巨型轮斗挖掘机，该机约为1300吨，这是当时80年代初世界上最大型号的轮斗挖掘机。目前共有5台在德国的哈姆巴赫褐煤露天矿使用，该机生产能力、外形尺寸和服务质量都是世界最大的。目前德国正在研制日产30 X104m日50 X104m日的轮斗挖掘机。近些年来，在一些国外工业发达国家，比如：德国、美国、俄罗斯、捷克、奥地利等，轮斗挖掘机发展迅速并得到普遍采用，这些国家所制造的轮斗挖掘机不仅有专用型，而且还有系列化的产品，目前其各种轮斗挖掘机产品在全世界近40个国家的露天煤矿中得到了广泛的应用。2.2国内发展状况6-18我国的轮斗挖掘机设计和制造业起步比较晚。目前，基本上还处在对国外的早期技术的消化吸收阶段，1960年和1972年曾从国外引进过几台轮斗挖掘机。在1976年，自行研制了WUD400/700型轮斗挖掘机，在云南省小龙潭煤矿小龙潭露天成功应用，为我国其他矿山使用连续开采工艺系统提供了宝贵的经验。在1975年曾经设计过型号为 WLD1300/(5-7)30的轮斗挖掘机。而我国使用轮斗挖掘机较早、经验比较成熟的云南省小龙潭露天煤矿，于1986年采用了我国自行研制的第一台WD520/(0.9)15中型轮斗挖掘机，机器的结构形式采用国外流行的履带行走式，但该机生产能力比较低，仅为525m3/h。 我国的内蒙古元宝山煤矿也成功地采用了轮斗挖掘机，所用机器的生产能力为600m3/h，是引进德国技术，由国内加工制造的。另外我国应用轮斗挖掘机比较多的还有大型取料场，如港口、电场、煤气厂等，秦皇岛港务局从德国引进了生产能力为6000t/h的轮斗挖掘机，长春发电设备厂自己设计生产专门用于大型料场取料的斗轮取料机，生产能力在600t/h到2400t/h不等。另外，有关资料表明，目前我国主要采用轮斗挖掘机的露天矿有： SRs1602.25.0/3.0 型斗轮挖掘机是中国与德国曼塔克拉夫公司联合研制的，目前在元宝山露天煤矿中得到应用；C3100ZG 型轮斗挖掘机黑岱沟露天煤矿从德国克虏伯公司引进的；K900型轮斗挖掘机在伊敏河矿区中应用；云南省小龙潭矿务局布沼坝矿在用的VABE550型斗轮挖掘机，是由奥地利与中国联合制造的紧凑型采掘设备，这些地方采用的轮斗挖掘机大多为中外联合研制。但从总体而言，我国轮斗挖掘机无论在技术上，还是在制造水平上，与国外先进国家相比，还存在一定差距，其机型的种类与生产的数量远不能满足我国目前与未来露天开采的需求。3 目前存在的问题(1) 轮斗挖掘机与其配套的辅助设备比较复杂，在使用上存在一定的局限性。(2) 设备单机较笨重，移动能力较低，灵活性差。(3) 挖掘力小，对于采掘物料的物理性能比较敏感，在岩块过大和过硬的岩层中，直接作业比较困难，一般不适于在硬岩中使用。(4) 轮斗挖掘机成套设备系统的初期投资大，准备时间长，在设计、选型时较为复杂。(5) 由于轮斗挖掘机组属于串联作业，若不能保证系统的稳定性和可靠性，连续采掘工艺系统就会丧失其优点，达不到预期的目标。(6) 轮斗挖掘机系专用设备，专用性强，工作装置一般不能更换。4 发展趋势(1) 研制生产率更高的巨型轮斗挖掘机由于世界各产煤国家的露天矿规模不断扩大、相应需要有大型采矿设备与之配套。轮斗挖掘机向大型化发展，不仅可以提高生产能力、增加工作面采宽和挖掘高度等开采参数，而且可以减小设备的配套数量及提高经济效益。德国在轮斗挖掘机的研制和开发方面一直走在世界前列，继研制日产量为24 X104m的型号之后，目前他们正在开发日产量约为30 X104m-50 X104m的巨型机,几乎每10年最大型号的轮斗挖掘机，日生产率增加10 X104m。(2) 标准化、系列化、通用化轮斗挖掘机结构庞大，设计和生产周期长，成本很高，随着产品数量和规格的增多以及维修问题的突出，迫切需要产品实行标准化、系列化和通用化，20世纪80年代以来，随着中、小型轮斗挖掘机产品数量、规格和型号的增多，一些国家的制造厂家推出了标准型，比如德国吕贝克公司的S系列、克虏伯公司的C系列、德国马克公司的HD系列、奥伦斯坦科佩尔公司的S和SH系列，对各类轮斗挖掘机实行标准化、系列化、通用化，可使产品制造过程简化，生产成本降低，有利于维护检修。(3) 提高自动化程度，实现自动控制 在大型轮斗挖掘机上，操作系统的自动化程度不断提高，如轮斗挖掘机的自动给进、自动灰白和自动变幅；及其的恒生产率，恒功率控制，提高安全保护，提高通讯能力以及挖掘过程的检测自动化等，从而降低操作者的劳动强度，改善劳动条件，提高生产率。(4) 研制切割力大的轮斗挖掘机, 提高单斗挖掘能力由于连续开采工艺在各国软岩露天矿应用成功并加以推广，因此需要能采挖坚硬物料的轮斗挖掘机。斗轮切割力是影响轮斗挖掘机挖掘生产能力的最主要方面，目前主要采用的方法是：通过提高机器的功率，采用高强度的斗齿，优化斗齿形状和斗唇形状以及研制“紧凑型”轮斗挖掘机等方式，提高轮斗挖掘机的切割力。德国的SCHRS-14/3-20型轮斗挖掘机最大切割力已达到270kg/cm，捷克的KU-800型轮斗挖掘机的切割力已达到了120 kg/cm。前苏联生产的轮斗挖掘机单位切割力达到206N/cm2。 (5) 根据不同露天矿，研究不同的轮斗挖掘机由于各国露天矿地理条件以及煤质、煤厚的差异性，所以对作为连续开采设备的轮斗挖掘机提出不同的要求，因此根据各露天煤矿开采实际和具体的矿山条件等因素，开发适合其特点的合理轮斗挖掘机也是未来的一个重要趋势。(6) 轮斗挖掘机结构的不断改进 目前随着轮斗挖掘机设计、制造水平及使用经验的不断提高，轮斗挖掘机的结构也得到了不断的改进与完善。比如：轮斗的结构从有格式发展到无格式；臂架从伸缩式发展到固定式；行走机构从轨道式发展到履带式；履带式从双履带发展到多履带。而每次的改进都极大推动了轮斗挖掘机技术的发展，所以今后回不断改进其结构，使之逐步的完善与优化也是未来轮斗挖掘机发展的一个重要发展趋势。(7) 不断加强轮斗挖掘机相关研究工作 在轮斗挖掘机的基础理论研究、总体结构设计、使用寿命延长、自动化程度提高，系统可靠度增强及采掘工艺完善等方面进行了深入的研究，随着科学技术的发展，各种新相关技术与先进的有限元分析软件将会在轮斗挖掘机得到不同程度的应用，必将极大提高其设计与分析水平。参考文献1 李晓豁.露天采矿机械M.北京：冶金工业出版社2010,127-153.2 梁辉. 对露天矿轮斗挖掘机连续工艺的基本认识及存在的问题和改进意见J. 内蒙古科技与经济.2004，(24):47-47.3 孙威. 紧凑型轮斗挖掘机对伊敏地区适用性的探讨J. 露天采煤技术.2002，(3):24-26.4 翟宏新. 露天煤矿开采工艺及设备的新进展 J. 矿山机械.2008 ,(19):129-130.5 王书杰，才庆祥，李树学. 严寒地区露天煤矿轮斗挖掘机应用研究 J. 采矿与安全工程学报.2006 ,(1):12-13.6 梁辉. 对露天矿轮斗挖掘机连续工艺的基本认识及存在的问题和改进意见 J. 内蒙古科技与济.2004,(24):45-47.7 王堂娃. VABE550型轮斗挖掘机在布沼坝露天矿的应用J. 露天采矿技术.2008 ,