小松PC1250SP-7 反铲挖掘机铲斗防溢板设计加装

李国政

（云南磷化集团有限公司昆阳磷矿分公司，云南昆明 650600）

0 引言

作业人员在操作小松PC1250SP-7 反铲挖掘机作业中发现：挖掘机与矿用卡车的车铲比不匹配，在装载松散料时，卡特773E 矿用卡车装4 铲可装满，小松HD325-6 矿用卡车装3 铲可装满；但在装一般黑页岩时，卡特773E 矿用卡车需装4.5 铲，而小松HD325-6 矿用卡车需装3.5 铲，这样挖掘机随时都存在半铲装车的情况，以至使挖掘机不能正常地进行满负荷运行，作业效率下降，柴油单位消耗上升。

1 项目提出

基于小松PC1250SP-7 反铲挖掘机与小松HD325-6、卡特773E 矿用卡车在开挖黑页岩时存在车铲比不匹配，即在要求车辆满载的情况下存在半铲而影响挖掘机作业效率的情况，操作人员、技术人员提出以下解决措施：在铲斗上两侧加装防溢板，提高铲斗堆装容量，提高挖掘机作业效率。

2 项目可行性分析

挖掘机铲斗容量是挖掘机的重要工作参数之一，挖掘机铲斗的大小直接关系到挖掘机的作业效率和性能：配备太大的铲斗相当于“小马拉大车”，长期作业会对挖掘机的大小臂以及液压系统造成损害；而配备太小的铲斗，则相当于“大马拉小车”，使挖掘机发挥不出真正的水平。所以，各型挖掘机都会有一个与之相适应的“铲斗容量范围”，规定了挖掘机应该配备多大的铲斗。

2.1 挖掘机铲斗的容量定义

国际通行的挖掘机铲斗符合PCSA3 标准和SAE 标准J-296，铲斗以它们的平装容量和堆装容量来测定（图1）。

图1 挖掘机铲斗容量

（1）平装容量：容量实际上是包容在铲斗侧板和前后包围板之内，并没有考虑任何材料由防溢板或铲斗斗齿所支承或装运。

（2）堆装容量：在标定面之下的铲斗内的容量加上标定面之上的堆装材料容量，其静止角为1∶1，并没有考虑任何材料由防溢板或铲斗斗齿所支承或装运。

欧洲工程设备委员会（CECE）规定在测定铲斗堆装有效负载时，括平平面之上的材料的静止角按2∶1 计。

2.2 小松PC1250SP-7 反铲挖掘机铲斗容量验证

目前昆阳磷矿配备4 台小松PC1250SP-7 反铲挖掘机，自编号分别为14#、17#、18#、19#，通过查阅相关产品资料，此型号挖掘机工作重量109.5 t，飞轮功率485 kW，额定铲斗容量6.7 m3。一般而言，挖掘机出厂时的实际铲斗容量是低于机器设计最大铲斗容量的，即留有一定余量，以满足各种比重矿石、岩石的装载。对昆阳磷矿的小松PC1250SP-7 反铲挖掘机所配备的铲斗容量进行实测计算验证（图2），计算标准为GB/T 21942—2008《土方机械 装载机和正铲挖掘机的铲斗 容量标定》。

依据测量数据计算铲斗的堆装容积VR：

式中 VS——平装容量，m3

VT——堆尖容量，m3

首先，计算平装容量VS：

式中 A——扩平平面以下的铲斗内部横截面积，m2

W——铲斗内侧宽度，m

计算侧面积A（图2）。侧面积A 近似为△ABE 和梯形BCDE面积之和：

图2 小松PC1250SP-7 反铲挖掘机铲斗尺寸测量

已知，铲斗内侧宽度W=2.16 m，则铲斗的平装容量VS近似计算为：

根据标准提供的公式，计算铲斗的堆尖容积VT：

式中 d——铲斗中部截面内切削刃口与背板上缘之间的距离，m

则VT=（22×2.26÷8）-（23÷24）=0.75 m3。

求得堆装容积VR=VS+VT=4.6+0.75=5.35 m3。

通过实测计算小松PC1250SP 反铲挖掘机所配备的铲斗堆装容量为5.35 m3，而额定容量为6.7 m3，还有1.35 m3的余量可以利用。因此，可以通过在铲斗两侧加装尺寸适合的防溢板，来提高铲斗堆装容积，达到与运输车辆相匹配来提高挖掘机作业效率的目的。

3 项目实施方案

3.1 防溢板制作

材料：高锰钢板2 块，厚40 mm。尺寸：长×宽=1500 mm×600 mm。

3.2 改进工艺

取下原铲斗侧板上的护板，在防溢板上打孔，打孔位置与铲斗侧板螺栓孔相符。使用螺栓将防溢板固定在铲斗侧板外侧，并在防溢板和铲斗侧板内外结合处进行焊接加固。

3.3 改进要求

防溢板安装要将铲斗堆装容量从5.35 m3提升至6 m3，即增加约0.65 m3。通过加装防溢板来提高铲斗的标定面，即提高堆尖容量（图3）。可以计算出：0.65÷（2×2.16）=0.15 m。

加高0.15 m 是以铲斗侧板两侧全长，并利用斗齿防溢来实现增加0.65 m3的。但实际改进中，两侧板全长加防溢板，防溢板容易变形且挖掘阻力增加，故采取侧板中部加装防溢板并设倒角，防溢板高度从0.15 m 增加至0.3 m，以提高堆积高度来增加堆装容积（图4）。

图4 铲斗防溢板加装方案

4 项目实施效果

改进后对铲斗结构性能无不良影响和破坏。通过加装防溢板，替代了原来的侧刀片，而防溢板厚度40 mm，侧刀片厚度则为90 mm，开挖作业过程中铲斗挖掘阻力有所减小。

对铲斗改进前后挖掘机作业效率进行比较，改进前装卡特773E矿用卡车200 车，每车装4.5 铲（5 个装车动作）车辆达到满载，需完成1000 个装车动作；改进后每车可只装4 铲（4 个装车动作），完成1000 个装车动作则可以装载250 车。装小松HD325-6 矿用卡车，改进前每车装3.5 铲，改进后每车装3 铲；改进前1000 个装车动作可以装250 车，改进后1000 个装车动作则可以装333 车。改进后与改进前相比，挖掘机装车效率提高了25%以上，柴油单位消耗下降3%左右。