露天矿用平地机国产化关键技术发展及概况

孟庆轩

（徐州徐工筑路机械有限公司，江苏 徐州 221004）

随着平地机用途的扩展以及作业效率的优势，在露天矿场路面平整、碎石摊铺等工况近年来开始推广使用平地机。露天矿用平地机区别于传统的公路施工平地机，对作业效率和智能化操纵上提出更高的要求。矿山路面硬、作业面宽、作业量大，要求平地机性能优良、能进行不间断工作，结构件和关键零部件强度及可靠性高。

目前，国内外大型露天矿山的平地机基本被国外品牌垄断，如美国卡特彼勒、日本小松等。进口品牌平地机价格昂贵，后期使用的维修保养及零部件费用不菲，备件供应周期长，影响设备出勤率和矿区生产效率。

1 满足露天矿山设备出勤率要求

矿山设备需要不间断地工作，对设备可靠性进行量化考核，最具有代表性的考核参数为出勤率。常用的设备出勤率考核公式为：

式中K——出勤率；

T0——计划工作时间；

T1——计划性设备停机时间；

T2——非计划性设备停机时间。

1.1 降低计划性设备停机时间

计划性设备停机时间是用来进行设备的计划性维修，计划性维修包括设备正常的保养和全生命周期内的各种检修。对于设备的正常保养需要做到以下几点：①明确保养周期及保养内容，定期检修的零部件；②定期进行设备的油液取样；③保养方便快捷，易检易换；④延长保养、维修周期。

1.2 降低非计划性设备停机时间

非计划性设备停机时间主要指设备故障和计划内保养、维修超时。对于降低设备故障需要做到以下几点：①明确不需要定期保养、检修的非易损件及常见故障内容、检修、处理方法；②提高这些零部件的可靠性，降低故障反馈；③提升保养、维修便捷性；④避免检修难度大及关键件的重大故障；⑤备件储备充足。

结合目前矿山大多采用计划维修和事后维修相结合、辅以状态监测进行维修的管理模式，国产平地机在提升零部件可靠性和寿命的同时，还要具备健全完整的维修保养制度，包括日常检查、定期保养、按需维护、故障维修、总成互换维修及大修等，完善设备状态监测性能，如定期进行发动机油的理化、光谱、铁谱分析，得到油液粘度、金属元素含量及粒径大小等数据，以便发现油液污染、组件磨损，并对组件失效部位进行提前判断，以利于整机的高效、长时间运转。

2 国产矿用平地机关键技术

露天矿山的恶劣工况需要更大的牵引力，平地机动力的输出取决于动力传动系统以及整机的匹配，并结合工作装置的加载及液压系统的输出，实现路面的平整工作。

2.1 动力系统采用变功率发动机

采用发动机变功率控制，将多功率特性代替单一特性，发动机设有多个功率档，当负载工况不同时，可选择负荷率最为理想的特性曲线。采用变功率控制后，发动机处于理想工作负荷的时间更多，更易实现整机参数的合理匹配，从而有效降低耗油量，且不改变发动机工作转速范围，不影响工作速度。

2.2 传动方式可根据工况进行选择

为提高传动效率和作业精度，平地机可以根据工况的不同采用不同的传动方式：高速行走工况为纯机械传动以保持高传动效率；重载推土工况采用液力机械传动，实现无级变速，增加扭矩输出。该种液力变速箱不但提升了效率需求，还满足了节能需求。配合智能控制系统实现平地机作业过程自动换挡控制和恒速控制，有良好的工作稳定性和可靠性，可提高作业效率和精度。

2.3 液压系统负载敏感控制

负载敏感液压系统，配置柱塞泵+负载敏感多路阀，操作力小，迟滞小，实现发动机怠速和高转速时，油缸速度保持同步。同时液压系统压力损失低，消耗能量少。操纵多路阀时，工作装置各构件到位准确无误。

2.4 工作装置满足重载工况

工作装置是平地机的核心工作部件。在矿山实际使用时，滑落石块及半埋于地表的石块对平地机工作装置造成很大冲击，需要具有过载保护的蜗轮箱，当冲击力超过设定的蜗轮箱摩擦片上限时，蜗轮箱自动打滑，保护工作装置和整机系统不受过大冲击载荷，从而保护机器和人身的安全。大模数高耐磨回转齿圈，保证高强度恶劣工况下回转齿圈仍能长时间正常工作。热处理导轨可增加表面硬度满足矿山多尘多土工况。优化铲刀弧形参数，改善工作过程中铲掘及翻土情况。

2.5 智能化控制

1）发动机控制系统 发动机ECM接收、处理传感器信息，如发动机转速、小时数、水温等参数，通过ECM进行发动机配置设定、自诊断与故障代码显示，针对负载特点进行扭矩特性优化，根据环境因素进行自动补偿与调节，基于总线的远程通讯、数字仪表与电子监测，通过“刷新程序”实现产品升级。

2）变速箱控制系统 开发带有闭锁功能的液力变速箱，可根据液力变矩器涡轮转速和油门位置参数对锁止离合器电磁阀进行自动控制，实现闭锁和解锁两种传动方式的切换。还可通过变速箱控制器在机器上实现“自动挡”与“手动挡”的切换，通过检测发动机转速、车速等信息自动控制变速箱运行。

3）操纵控制系统 通过电控双手柄实现操纵系统的智能化，驾驶员可以通过对双手柄的操作向控制器发送指令，控制器分析处理指令控制铲刀动作、转向、换挡等操作。同时在操纵台上的显示器上显示出手柄各个动作的含义，机手可以直观地看出手柄动作所导致的油缸动作。双手柄操纵产生的诊断代码在存储在控制器内，可通过计算机诊断事件代码。电控双手柄操作，还可降低司机70%的操纵劳动强度。

4）智能操纵台 操纵台通过人机界面向机手实时显示设备运行状态，包括报警蜂鸣器、警报指示灯、仪表、液晶屏。通讯器监控所有系统数据，根据用户需要有多种语言设置，并可显示三级故障报警，第一级警告提醒操作者注意，第二级警告要求对设备进行检查或保养，第三级要求设备立即停机。司机可进行事件和诊断代码、系统运行状态、系统参数的查看，相关权限人员还可进行系统参数的更改与设定。

5）远程显示和控制系统 发动机、变速箱、机身ECM处理的信息，通过CAN总线通信传送给GPS，将设备运行信息传送到末端控制。通过GPS平台实时监视，出现故障时控制中心可收到故障报警信息，并保存历史记录，实现远程控制。

3 国产矿用平地机发展现状

目前徐工集团已形成从240hp到550hp的高中端产品并存的全系列化矿用平地机型谱，为国内唯一一家能够提供全系列矿用平地机的厂家。

徐工矿用平地机开发了电控双手柄操纵、增压驾驶室、手自一体操纵、铲刀浮动越障等新一代平地机智能化技术，使用户能够时刻享受到舒适的施工体验，同时突破了矿用重载工作装置、矿用驱动后桥等大型矿用平地机的关键零部件瓶颈，建立起具有自主知识产权的矿用平地机核心技术体系，可满足矿用重载复杂工况下平地机路面平整的多适应性、可靠性以及国内外露天矿场施工的安全、舒适性标准。

全系列的矿用平地机型谱，可满足不同吨位矿卡的路面平整需求，并可根据需要配置多个机型进行梯队作业，提升路面平整速度；快捷的售后维修支持、技术支持和备件支持，大大缩短了设备故障维修周期。而国产化的设备初期购置费用相比进口品牌要低，在投入运营后，服务、备件等综合运行成本更是低于进口品牌。同时，徐工提供了多元化的合作方式，如销售与租赁业务。

4 结 语

综上所述，矿用平地机的使用有助于矿山最大化生产效率、最小化生产成本。国产化平地机在技术发展和可靠性上要以满足露天矿山的使用要求为根本。徐工作为国内唯一一家可提供全系列矿用平地机的厂家，目前已形成完善的矿用平地机研发、生产、售后体系，成为矿用平地机国产化的领跑者。

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