WK-35電鏟分離上下盤新工藝探討

由于我礦各臺WK-35電鏟臨近大修周期，尤其是回轉大齒圈、上下環軌、輥輪、中央樞軸及其銅套出現不同程度的磨損，有的設備急需更換新配件。為進一步提高電鏟維修質量、減少維修時間、降低勞動強度、保證安全生產，對原工藝進行了技術改進。通過采用四點同步舉升系統使WK-35電鏟上下盤整體分離，從而完成更換回轉大齒圈、上下環軌、中央樞軸等維修任務，總體效果優良。

一、WK-35電鏟結構簡介及使用存在問題

（一）WK-35電鏟結構簡介

WK-35挖掘機，是適用于大型礦用機械正鏟式挖掘機。它可與載重量為172t～263t的礦用自卸汽車相配套，適用于年產量1500萬噸以上的大型露天礦山的巖石剝離和物料采裝作業。WK-35型大型礦用挖掘機的機械部分包括（見圖1）鏟斗、斗桿、起重臂與推壓機構、開斗機構、提升機構、回轉機構、回轉平臺、中央樞軸、輥盤、底架、行走機構、履帶裝置、壓氣操縱系統、潤滑系統及潤滑室、機棚及其通風除塵裝置、司機室及其空調、梯子、欄桿、走臺、配重、活地板、附件等主要部分。WK-35挖掘機推壓機構采用齒輪-齒條推壓方式，鏟斗采用焊接結構，斗體采用高強度鋼板與高錳鋼鑄造斗唇焊接而成。斗桿采用雙梁、變截面和變板厚組合式高強度斗桿，推壓齒條采用高錳鋼鑄造齒條。起重臂采用單梁箱形焊接結構，根腳與回轉平臺采用大跨距銷軸聯接。推壓機構采用硬齒面圓柱齒輪傳動，并配有力矩限制裝置。雙腳支架前壓桿和后拉桿采用板梁焊接結構?？嚴K裝置采用四根等長的死繃繩結構?；剞D平臺采用箱形焊接結構。電氣系統為“上位綜合監控系統+PLC+基礎變頻傳動”組成的三級控制系統。上位綜合監控系統檢測和顯示挖掘機的運行狀態，PLC實現整機運行的時序邏輯控制;變頻傳動驅動各機構協調動作，實現可控運行。

神華北電勝利能源有限公司是中國神華的控股子公司，于2003年成立，主要任務是開發、建設、經營勝利煤田西一號露天煤礦，建設成為現代化的大型煤電基地。目前，我礦1102# WK-35電鏟已運行26501小時，很多零部件使用時間到限，尤其是回轉大齒圈、上下環軌等磨損嚴重。通常情況下，更換回轉大齒圈、上下環軌時需要把上盤所有零部件全部解體拆除，然后再吊出上盤更換回轉大齒圈、上下環軌。該過程中除機械部件外，機棚內電器柜恢復安裝至少需要20天的電氣調試時間，整個維修過程至少需要15名維修人員，而且勞動強度非常大，需要用到吊車、叉車、工程車、高空車等大量的輔助設備作業，維修完畢用時將近60天。按照往常處理方式，我們對Wk-35電鏟的回轉大齒圈、上下環軌、中央樞軸總成件的更換往往安排在大修內完成，但是由于配件的使用壽命受工礦的作業環境、操作、日常維護等影響，往往在大修前各部配件會出現不同程度的損壞，從而導致設備長時間故障停機。當回轉上下環軌、輥輪組件、回轉大齒圈及中央樞軸總成中任何部件發生故障時，電鏟必須進行上下盤分離以更換損壞配件[1]。如果參照以往的工藝流程，需要對上盤進行完全解體后更換，這樣的維修方案勞動強度大、工期長、維修成本高。因此我們思考能否對上盤進行整體吊裝后進行檢修呢？而WK-35型電鏟總重量約1000多噸，上盤（不含鏟斗、斗桿）重量約460噸，其重量分布不均后容易造成重心偏后。WK-35型電鏟機棚總長15.20m，寬12.80m，上盤前部離地面高度約4.75m，后部配重離地面高度約2.7m，上下盤分開脫離至少要求頂升行程為1650mm。為此我們進行了工藝改進研發，關鍵技術是解決上下盤整體快捷安全的分離和安裝問題。

二、四點同步舉升系統原理及技術要求

（一）液壓系統組成及主要原理

系統配置兩套液壓泵站分別驅動前后部各2支油缸，通過電磁閥的換向實現升降動作。油缸的同步動作由帶有二位二通高頻球閥的控制閥組進行控制[2]?？刂崎y組同時配精密節流閥和定節流口，調節通過閥組的流量，提高同步精度?？刂崎y組采用模塊化設計，體積小、安裝方便，兩套泵站共用油箱，且互為冗余。電子控制系統基于閉環控制原理，采集載荷的位移和壓力信號傳輸至控制器，實現各控制點的精密的同步控制[3]。當一臺泵站故障時，可立即切換至單泵模式，完成頂升/下落任務。當某一控制點的誤差不能被控制器修復時，控制器將發出錯誤警報，同時切斷液壓油流，使油缸同時停止工作，直到該錯誤被修復，并得到操作者重新工作的指令后系統才能恢復正常工作，從而有效保證載荷頂升或下降過程的安全性與可靠性。作業中可多點同步頂升，也可單點動作，所有頂升點都安裝位移傳感器，實時監測各液壓油缸的位移和壓力。液壓油箱結構外形如圖2所示。

WK35電鏟維修液壓同步系統要滿足以下工況使用需求：固定場地施工，作業地面必須堅固，地面接觸比壓>1MPa，平面度偏差<20mm，采用枕木及50mm鋼板鋪墊[4]。

1.電鏟檢修載荷要求

頂升總質量要小于600噸（拆除A型架、斗桿、鏟斗、起重臂等），重量分布不均勻容易造成重心偏后。頂升點布置：將鏟斗及起重臂拆去后，停于堅固的地面上;四點頂升：后部直接頂升配重，前部通過延伸支架頂升，頂升高度超過1600mm。

2.由于回轉軸與軸套之間的配合間隙很小，頂升要求同步，同步精度為2mm

3.操作臺外置

采用PLC電氣控制系統1臺，具體要求如下：LCD觸摸屏的人機界面;實時顯示包括位移和液壓工作壓力的頂升操作狀態;壓力檢測功能可防止在頂升時油缸或位移傳感器失效引起不希望發生的事情;除可以在主控制臺操作外，也可以通過HBC無線控制器進行遠程操作;最佳環境操作溫度為10℃～30℃。

4.前延伸支架

延伸支架端部頂升中心點距離大臂銷軸中心2540mm，支架頂升面與地面凈空高度2700mm，頂升油缸裝置基架底板內側距離履帶輪外緣300mm間隙，便于履帶輪出進。延伸支架做預傾角，消解頂升引起的支架變形，保證頂升接觸面盡量水平。前延伸支架技術要求如下：具備足夠強度/剛度，頂升過程中不會出現明顯變形;延伸支架下耳板與電鏟本體下翼緣板可靠焊接;延伸支架端部有足夠支頂和支護位置;兩側支架剛性連接，增加頂升中的穩定性[5]。

5.前頂升油缸（含機械支護）

頂升油缸及機械支護裝置技術特性如下。頂升油缸采用高壓雙作用油缸：承載能力400T，行程1850mm;工作壓力70MPa，本體2330mm（含機械支撐）;頂升油缸及機械支護裝置一體化設計，設分級爬梯，便于施工;基架/支護之間設導向，采用螺栓固定;戶外使用時間長，油缸及支護需做表面處理[6]。

6.后部頂升油缸（含機械支撐）

2330mm高/1400mm長/1400mm寬，后部頂升油缸技術特性如下：頂升油缸采用高壓雙作用油缸，承載能力400T，行程1850mm;工作壓力70MPa，本體2330mm（含支撐）。此外，頂升油缸及機械支撐裝置要實現一體化設計。

7.頂升狀態

電鏟停于堅固的地面，旋轉至垂直方向，配重部下布置后頂升油缸及機械支護;鏟斗、大臂以及必要拆除的部件完全拆去，安裝前延伸支架，布置前頂升油缸;四點同步頂升，實時監測頂升位移及各油缸壓力;四點隨動支護，保證頂升的施工安全和頂升后的安全支護;系統配置液壓鎖緊;采用足夠強度的前部延伸支架，提高頂升的安全可靠。同步頂升系統主要技術參數如表1所示。

三、WK-35分離上下盤技術方案

WK-35分離上下盤具體技術方案如下。

（一）電鏟停放在平整堅固的作業場地，上車旋轉（90°）至垂直方向

調整機械支撐位置，將機械支撐放在后部配重的中間，并加入枕木或木板將支撐與后配重地面塞實，防止拆卸大臂后，電鏟后部整體下沉，前部上翹。拆除斗桿、大臂，在行走履帶兩側鋪50mm鋼板，鋼板距履帶300mm后期方便移出下盤。

（二）上盤后部（配重箱側）由2臺400t高行程液壓油缸進行舉升，兩液壓油缸對稱布置于上盤配重箱下部

（三）上盤前部（在大臂跟腳銷處安裝前延伸支架） 也由2臺400t高行程液壓油缸進行舉升，兩液壓油缸對稱布置于前延伸支架下部，同時在前部回轉立軸部位用2個枕木墩進行同步保險

頂升及支護裝置布置如圖3所示。

預舉升后檢查位移傳感器、各液壓油缸等同步舉升系統正常工作后，開始舉升并密切關注同步舉升系統的控制單元界面，實時監控各液壓缸的位移和壓力值，同時用塞尺測量中央樞軸與上盤銅套間的間隙予以驗證，必要時隨時切換到手動模式調整控制液壓缸的行程，實現緩慢舉升。

（五）在達到預估負載80%時，檢查支撐點工裝有無結構變形、有無焊縫開裂，檢查地面是否有局部沉降，檢查全部支撐位置的箱梁、基座不能有開裂變形傾斜

如無任何以上情況發生，則保持現有狀態15分鐘。如15分鐘后以上均無任何變化，則將負載增加至100%再次檢查無任何變化，確保安全后平穩緩慢進行舉升。

（六）舉升至下盤中央樞軸完全脫離上盤銅套至一定高度后（500mm），下盤履帶裝置走出，以留出一定的檢修空間

（七）舉升結束

上盤前部（前延伸支架側）用2個機械支撐進行最終支撐，上盤后部（配重箱側）用機械支撐和枕木墩進行支撐，并用千斤頂進行卸載。檢修結束后，上盤的吊裝程序參照上述反序進行。上下盤分離和回落需維修人員8名，共用時2個白班。同步舉升完下車走出實景圖如圖4所示。

我礦多臺WK35的大齒圈都出現了不同成度的磨損，尤其是1108#急需更換中央樞軸。經過上述檢修方案的實施可以看出，在應用了四點同步舉升系統后，舉升和落裝到位的迅捷性既能保證了檢修安全，又降低了勞動強度并且極大地縮短了檢修時間，顯著降低了維修成本;人機界面的精確控制為檢修順利進行提供了可靠保障，特別是保證了上下盤分離瞬間的安全性，能更安全、可靠、省時省力、保質保量的完成分離上下盤的維修項目，相關技術在進一步驗證的基礎上可以大范圍應用。

參考文獻：

[1]杜素云.淺談連續箱梁彎橋同步頂升糾扭設計與實踐研究[J].應用能源技術，2011（1）：8-10.

[2]竇海斌.兩非對稱液壓缸同步舉升系統的自適應跟蹤控制[J].液壓與氣動，2017（12）：82-89.

[3]皮海.WK-35電鏟下盤分離變頻驅動控制裝置的應用[J].銅業工程，2018（3）：101-104.

[4]張偉.淺析WK-35電鏟減速箱故障及預防措施[J].機電信息，2022（2）：32-34.

[5]丁瑞元.斗齒檢測系統在露天煤礦WK-35采煤電鏟上的應用[J].煤炭工程，2020（6）：107-110.

[6]黃樂天.WK-35電鏟卷筒大齒輪更換工藝優化[J].技術與市場，2018（11）：40-41.

作者簡介：張雪兵（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：WK-35電鏟的維護、保養、總成件的維修與設備故障診斷等。