安庆铜矿进口井下服务车技术改造

徐晓富

(铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿, 安徽安庆市 246131)

安庆铜矿进口井下服务车技术改造

徐晓富

(铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿, 安徽安庆市 246131)

对安庆铜矿进口服务车存在的问题进行了诊断,分析了进行技术改造的可行性和技术方案,更换了行走液压系统和控制系统,重新设计制造了制动器执行油缸,对液压管路系统进行了全面的整改,对车架、发动机、驱动桥进行了必要的修复和维护,改造后投入正常生产运行作业,使用效果良好,达到了预期目标,为安庆铜矿节约了约 200万元的设备投资。改造方案可供同类矿山企业参考借鉴。

井下服务车;高压柱塞泵;柱塞马达;技术改造

安庆铜矿于开采初起进口 2台瑞典 NOBEL公司生产的 PT61系列服务车,其中 1台为油车、1台为材料车。两台辅助车已正常使用十几年,为安庆铜矿的井下生产作业作出了较大的贡献。由于使用期限已超过设计使用年限,服务车已不能投入正常安全使用,必须进行全面的技术升级改造。

1 技术改造的可行性分析

西方国家生产的矿山机械的有效使用年限一般设计为 10 a,达到这一期限后设备即进入故障高发期,主要零部件因过度磨损或疲劳不能继续使用而导致整机报废。安庆铜矿进口的 2台 NOBEL公司生产的 PT61系列辅助车,已经使用 13 a,按正常情况已达到报废的期限。由于该车主要用于井下油料和其它辅助材料的运输,与铲运机、地下汽车相比,作业环境和条件较好,加之矿领导、矿机动部的严格管理,工区的科学使用和完善的维护保养,设备的实际状况还没有达到必须报废的程度。为确认改造的必要性和可行性,我们对设备进行了仔细勘察与全面诊断,设备状况如下。

(1)行走无力。其原因是因为行走油泵、油马达达到终结寿命,已严重磨损,内部泄漏严重,无法建立有效的系统工作压力所致。由于原设计选用的德国 Sauer公司生产的 20系列高压柱塞泵、马达属于淘汰产品,厂家已经停止生产,无法买到原厂配件更换。虽然找力施乐这样的专业公司对油泵、油马达进行过修复,但效果不理想,使用仅几个月就无法正常工作。

(2)制动系统失灵。该系列车辆靠变量柱塞油泵油马达组成的闭式系统在油泵不供油时使马达闭锁而实现工作制动。此外,系统从主油路的补油泵引出一路低压油驱动执行油缸,控制前后桥上的磨檫盘式制动器,实现停车 (手)制动。由于油泵油马达都已严重磨损,当油泵不供油时,闭式系统的主油路通过泵和马达的泄漏处连通,使马达仍然可以转动而不能正常闭锁实现制动;手制动系统也因制动油缸的密封失效泄漏以及供油泵过度磨损无法建立足够的压力而不能正常工作。

(3)前后驱动桥状况良好。该车驱动桥为井下车辆专用车桥,设计时充分考虑了各种冲击负荷的影响,有较高的强度安全系数,抗过负荷能力强,能适应井下恶劣的路面环境条件。但该型服务车主要在路面条件较好的斜坡道和主要运输巷道运输油料和其它辅助材料,其运行环境明显优于铲运机等设备的使用环境,冲击负荷小,过负荷情况较少。因此,虽然使用了十几年,其主要承载零部件状态良好,远未达到疲劳极限。此外,驱动桥的多片盘式制动器集成在驱动桥主传动的壳体内,为全封闭油冷型,外界杂质几乎不可能进入摩擦片间,加之该制动器主要用于停车制动和紧急制动,使用频率很低,经试验测试,制动器状态良好,只是驱动制动器的执行油缸因泄漏无力,导致手制动系统失效。

(4)车架及中央转向机构及系统状况较好。由于运行路面条件较好,过负荷情况少,车架和转向系统状态良好,没有开裂、脱焊等状态,主要铰接点磨损正常,个别处于较低位置的铰销孔磨损超过极限,但易于修复。

(5)柴油发动机状况尚可,可以修复使用。

(6)电路和部分控制系统老化失效,必须更换。

从设备状况看,除高压变量柱塞泵、柱塞马达,电气控制系统必须报废外,驱动桥、车架、转向系统、发动机等多数零部件均可继续使用或经修复后继续使用,完全具有改造的价值。

从软件方面考虑,安庆铜矿具有多年的使用管理和维修进口车辆、进口发动机的经验和维修人员队伍;合作承担改造任务的长沙矿山研究院拥有长期从事铲运机、地下汽车、地下辅助车辆研制的技术实力、丰富的经验和专业技术人员。矿、院合作,完全可以顺利完成上述车辆的技术改造。

因此,从设备本身的状况、改造的硬件、软件等方面综合分析认为:对安庆铜矿的进口油车、材料车进行技术改造是完全可行且具有明显经济效益的。

2 技术方案研究

2.1 原车特点

(1)行走速度较低。经计算、实测,原车最高行驶速度不足 8 km/h,导致运行效率低,从 -280中段出发经斜坡道重载爬到井口需要 1个多小时。

(2)采用双马达串联驱动,使系统压力提高。主回路最高压力达到 42 MPa。

(3)由于采用柴油发动机驱动,须用一个脚踏板控制油门,因此采用电磁阀控制车辆的前进、后退,另一个脚踏板控制油泵排量大小,即控制车速。

2.2 改造方案

改造的原则:尽可能利用原有零部件,以节约改造费用;重点改造液压行走系统和电器控制系统;适当提高车速;尽量维持原设计,保持原车操控方式,以防误操作。

根据改造原则和国内外可供元件情况,初步确定以下 3种液压系统方案。

(1)电磁阀控制。该方案设计由电磁阀控制车辆的前进、后退,但变量泵的排量不能实现无级调节。电磁阀置前进位,变量泵调到前进最大排量;电磁阀置后退位,变量泵则调到反向最大排量,变量泵的功能未能利用,等于使用定量泵。

(2)手动阀控制。在该方案中,变量泵的排量能实现无级调节,但车辆的前进、后退要由两个脚踏板控制,使整车脚踏板由 2个增加到 3个,不符合原车操作习惯和人机工程学的要求,有因误操作引起安全事故的可能性。

(3)电液伺服。该方案采用最新泵组控制技术,由手动电器开关 (SPDT)控制前进、后退。由一个电子脚踏板发出电流调节信号,通过电子控制装置控制变量泵上的比例电磁阀,实现油泵流量的无级调节,该方案控制线路见图1[1]。

图1 控制系统原理

系统液压原理见图2[2]。油泵选用 Sauer公司90系列高压柱塞泵,排量为 100 ml/r,最高工作压力达 46 MPa;马达选用 90系列定量马达,排量 75 ml/r,最高工作压力 46 MPa。泵、马达的安装联接尺寸与原机使用的 20系列相同,可以直接安装,只是外形尺寸不同。

该方案技术先进,符合目前国内外的发展趋势;油泵油马达的最高工作压力可以达到 46 MPa,高于原 42 MPa,完全满足车辆的要求;通过泵和马达的合理匹配,可使车速提高约 30%;操作控制方式与原机相同,一个手动开关控制方向,一个电子脚踏板控制车速 (油泵排量),另一个脚踏板控制发动机油门。

图2 行走液压系统原理

综上所述,最终确定采用电液伺服控制方案为该车技术改造的行走液压系统方案。

3 改造效果

按照确定的改造方案,更换了行走液压系统和控制系统,重新设计制造了制动器执行油缸,对液压管路系统进行了全面的整改,对车架、发动机、驱动桥进行了必要的修复和维护。全面完成组装、调试后,对车辆主要性能参数进行了测试,结果如下。

行走系统压力:38 MPa(设定值);

最高车速:10 km/h(原车速约 8 km/h);

装载质量:4000 kg;

工作制动:重载斜坡道运行,制动灵敏可靠;

手制动:可靠;

油温:正常,运行 2 h后约 60℃。

经测试检验合格后,即投入正常生产运行作业,使用效果良好,达到了预期目标,为安庆铜矿节约了约 200万元的设备投资。

[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] 黄伟健.NT30/NBB150型装药台车的改造 [J].采矿技术,2010,10(6):69-71.

2011-08-4)

徐晓富 (1968-),男,安徽潜山人,工程师,现主要从事矿山设备维护管理工作。