矿用电铲开斗系统运行分析及改进研究

王耀国

（国能准能集团黑岱沟露天煤矿， 内蒙古 鄂尔多斯 010300）

引言

矿用电铲是煤矿开采中最主要的机械设备，也称为机械式挖掘机，其是由钢索滑轮、链条、齿轮等组成，主要任务是对露天矿山进行电铲，包括附着在露天矿山表面的矿物、爆破之后所有的岩石、砂石、覆土等。当电铲挖掘作业结束后，由于回转机构所提供的驱动力，就会使铲斗移动，使其移动到运输车辆的车头顶部，继而开斗系统会把铲斗的斗底打开，此时，由于重力对物料的作用，就会使物料下滑，并滑到下方的车斗中。所以，在电铲作业时，最关键的功能就是开斗系统，基于以上问题，针对电铲开斗系统进行改进优化并展开分析。

1 电铲开斗系统运行现状

电铲开斗系统中，头杆与鞍座的滑轮之上的钢丝绳会由于卷扬机来实施缠绕，并且卷扬机是由于开斗的直流电动机来进行驱动，不仅会拉动斗栓，而且对斗底进行解锁，使开斗功能得以实现。卸料结束之后，由于重力对斗底的作用，斗底实现自动闭锁功能，然后再进入到接下来的循环工作中，图1 为原开斗系统图。

图1 原开斗系统

开斗系统的优点是易调节、结构比较简单，但是在矿山开采中由于工作条件非常恶劣，其中物料与矿石特性较为复杂，导致在实施挖掘时斗栓被卡住，需要将电机的输出扭矩提高，同时造成在开斗瞬间冲击载荷较大，对钢丝绳的使用寿命有很大的影响。除此之外，钢丝绳会和斗底的杠杆一端进行连接，斗底所处的条件就是经常与矿石块进行撞击与摩擦，对绳头处磨损严重，甚至断裂，降低了钢丝绳的运行寿命。在有比较大的受力时，由于冲击载荷对钢丝绳的作用力，就会使钢丝绳在瞬间发生断裂，对操作人员与设备的安全造成威胁[1-2]。与此同时，在停止开斗时，直流电动机的扭矩与电流会由变阻器进行改变，使钢丝绳所具有的张紧力得到控制，可在这时，变阻器会让电能发热而产生损耗，导致能量被损失掉。所以，怎样确保能耗的下降、提高钢丝绳运行寿命、提高成功开斗的概率是急需解决的问题。

2 开斗系统改造及研发

经过把现场的实际工况和多次论证结合起来，以之前的开斗系统为基础，新型的电铲开斗系统被研发出来，直流电机与直流的调速器是新型的电铲开斗系统的动力系统，电机扭矩就被直流电控系统所准确控制，使准确控制钢丝绳所具有的张紧力得以实现，避免有突发状况出现在开斗中，给设备与人员的安全提供了保证。就机械传统系统而言，开斗力的放大是由杠杆结构所实现的，使系统所承受的力得以改善，金属链条会把斗底杠杆与杠杆机构连接起来，并对其拉力进行传递，就是当斗底板的杠杆的工况比较恶劣时，钢丝绳的运行寿命要低于链条[3-4]。旋转环与套环会把一级杠杆和钢丝绳连接起来，降低钢丝绳的折弯、扭转与磨损，其接头运行寿命得到延长。下页图2、图3 分别为新型开斗机械传动系统示意图。

图3 开斗机械传动系统示意图

从下页图2 中能够看出，在把开斗系统进行改造之后，其动力源为380 V 50 Hz 三相交流输入电源，直流电机所产生的磁场和电枢所需要的电源会由变流器来提供，继而在对输出电流进行控制，并且是经过对直流调速器的控制来实现的，然后在控制其扭矩，然后使在工况比较复杂时的小扭矩与大扭矩得以实现[5-6]。

从图3 中能够看出，机械传动中卷筒被减速机所驱动，使直流电机收、放钢丝绳。在钢丝绳从导向滑轮上绕过之后，旋转环绳夹套环在连接之后，在把钢丝绳和一级杠杆连接起来。金属链条会把斗底杠杆和一级杠杆连接起来。经过上面对连接结构的讲述，在开斗作业被开斗系统进行执行之后，经过对直流调速器来进行控制，来增大输出端此时的电流，增加直流电机的扭矩，使钢丝绳承受的力更大，并且有开斗力作用到钢丝绳中，在该力会被一级杠杆进行放大，然后该力会被斗底与链条进行又一次的放大，一直到拉出斗栓，打开与解锁都底板，进而使开斗作业的更加高效与可靠[7-8]。

因为直流变速器被使用，在开斗没有工作的情况时，能够对直流电机所具有输出扭矩进行控制，继而控制作用于钢丝绳中张紧力，使作业车辆不会由于钢丝绳下垂而产生危险，而且钢丝绳下垂是由于其本身的重力，能够很好地避免发生突发的开斗，使附近设备与人员更加安全。两级杠杆被使用时，使开斗上的钢丝绳中的力下降，使钢丝绳的期限延长；因为套环对钢丝绳进行了固定，把钢丝绳折成圆弧形，并且不会和套环有摩擦的消耗产生，钢丝绳运行寿命得到延长；旋转环被使用时，在开斗作业的过程中，旋转环会把钢丝绳所具有扭转载荷进行释放，延长钢丝绳的运行寿命[9-10]。

3 改造效果分析

2021 年年末，在某漏天矿对已优化改造的电铲进行了试验，通过一个季度的检验，经改造后的开斗系统，克服了物料黏结、坚硬等问题，通畅的开斗使钢丝绳使用寿命得到了延长，以下是新型电铲开斗系统所具有的优点：直流调速器的使用，能够对其直流电机所具有的输出扭矩进行控制，当工况是开斗时，开斗是有效的，当工况是非开斗时，能够确保钢丝绳始终是张紧的，不会发生突发开斗与下垂都，使设备与人员更加安全；两级杠杆结构使用时链条会对其进行连接，当开斗是有效的状况时，作用于钢丝绳的力会被二级杠杆所下降，把链条连接与钢丝绳的运行寿命延长；旋转环和套环结构会把钢丝绳进行连接，能够对钢丝绳在扭转、磨损与折弯时进行保护，使钢丝绳的运行寿命得到延长；在调节力矩时，不需要电阻，节约了电能。