进入21世纪，抚顺矿业集团各矿煤炭资源逐渐枯竭，产量逐年下降，矿业集团所属的矿山机械制造厂，不得不面对企业转型与业务结构调整，而长期对电动挖掘机的维护和保养，特别是已有了4 m3电动挖掘机技术基础，企业在电铲的技术上与研发方面已有了进一步发展的可能。 根据市场针对12 m3电动挖掘机的需求量及未来相关配套设备的发展趋势，集团公司认真分析国内市场形势和集团自身的经济与技术实力，认为有必要进行更大型号电动挖掘机的设计与开发、FWK-12 型矿用机械正铲式挖掘机（12m3电动挖掘机）就是在这样的背景下开始立项并投放技术研发。 机械制造厂通过对市场现有产品的综合分析，最终所设计的产品将广泛应用成熟技术，尽可能地融合国内外同类产品的优点，其使用环境及工作条件为：主要挖掘物料为经爆破的油母页岩或其他矿物；挖掘的物料容重为2.2～2.4 t/m3，设备的挖掘高度为8～12 m；产品适用的配套运输车辆为100 t铁路自翻车，车高3.5 m或100 t矿用自卸车，车高4.7 m。可以说，该产品一旦研制成功，将会极大缓解国内市场对此型号的产品需求，同时也让国内用户在此级别产品上有了更多的选择。
在东露天矿使用的FWK-12型电铲 一、总体结构方案 目前市场上电铲的工作装置有两大类型：单斗杆钢丝绳柔性推压式，优点是产品结构简单，作业装置重量轻，作业时对斗杆冲击小，缺点是在使用中易损，配件更换频繁；双斗杆齿条推压式，优点是可靠、寿命长，缺点是作业装置重量大。 抚顺机械制造厂的挖掘机采用了第二种结构，即挺杆式动臂双梁斗杆齿条推压式结构。 （1）铲斗:与100 t矿用自卸车联合作业时，使用10 m3标准斗或扁斗。与100 t铁路自翻车联合作业时，采用10 m3扁斗或12 m3扁斗，保证安全作业。标准斗和扁斗均采用整斗齿。 （2）斗臂: 采用变断面双梁门式结构；板材采用15 MnV。齿条采用调质合金钢锻造后加工齿型。通过走访用户对斗杆内部采用了加强结构，防止使用中产生裂纹。斗杆总长9 m，断面尺寸：650×300 mm。 （3）起重臂：用挺杆式大跨距根角，凹鼓形座窝，两侧短拉杆弹性拉手；头部滑轮座用压盖式；主要板材用 15 MnV材质。总长（天轮中心～臂根支撑中心）13 m，箱式结构。应用户要求用4根独立绷绳及平衡装置组成的动臂固定幅角机构。 （4）推压机构：采用齿条推压，三级齿轮传动，中间轴、轴端用气囊式力矩限制器；推压齿轮采用高强度合金钢锻造，材质为35CrMo；渐开线花键，保证互换性；鞍座采用单面箱形焊接结构，材质用15MnV；推压轴材质为35CrMnMo-34 CrNiMo。总速比29.83。 （5）开斗机构：5.5 kW电机驱动，通过一级齿轮减速传动带动开斗卷筒。 （6）三角支架：主件由断面450×450 mm、长6543 mm方形撑杆，两根断面为80×220 mm拉杆组成，材质为Q345E。 提升机构 由双电机拖动、二级减速，总速比62.13，一级为一对斜齿轮啮合，二级为两对斜齿轮传动，被动齿轮分别固定在两个卷筒上。提升卷筒分别在减速机两边，卷筒支架和减速机壳体焊接成一整体，用螺栓连接在转台上。双电机扭矩分别通过两个弹性联轴器传递给减速器输入轴的两端。在两个联轴器上均装有制动器 ，通过控制两位三通电磁换向阀来实现制动或制动缓解。 提升机构的密封:采用浮动式密封结构，其优点是结构体积小、重量轻、密封稳定可靠，安装、维修方便；运行安全可靠，有良好的自润滑功能，对轴的磨损很小；热稳定性强，高温下（耐高温可达400℃左右）也能保持较好的间隙，保证密封油膜的形成；随着密封件的磨耗能自动调整间隙，保证可靠密封。 回转机构 （1）减速器有两种结构形式可选，一种是三箱铸件；另一种是两箱结构件。经过深入讨论分析，认为三箱铸件结构更方便保证机加工精度和装配维修。 （2）为提高大扭矩传动的安全性能，立轴两端采用渐开线花键与齿轮连接； （3）为适应冬季低气温工作条件，油箱内设加热器。 回转辊盘设计 (1)进口设备的滚盘结构布局合理，通过了解现场使用的意见，市场广泛认可的是P&H公司生产的挖掘机的结构形式。我们通过计算确定了滚盘尺寸。并且能够与用户现使用的完全可以互换的原则进行结构设计。按照辊轮在环轨上作纯滚动运转要求及平台与底架梁之间的空间关系设计辊轮和环轨的结构和锥度，在理论计算上作到辊轮与环轨之间无滑动摩擦、减轻辊轮和环轨的快速磨损。 (2)滚轮固定架采用刚度高的单圈铸件内固定结构。固定圈不易变形，保证辊轮的正确位置。便于观察辊轮的运行状态及日常维护。 行走装置 (1)行走装置的设计，根据集团东、西露天矿的使用经验和作业面条件，确定采用双履带多支点小支重轮的结构形式的设计方案。多支点小轮支承方式与少支点大轮结构方式相比，可以有效减小设备对地面的比压，设备的运行阻力小，运行平稳，转动灵活，更适用于中软地面。 (2)履带架采用结构件的形式，材料完全采用60 kg级的高强度钢板焊接。此方案结构简单，机加工量能相对减少。适合我厂生产能力的要求。 驾驶室、机棚 (1)驾驶室采用前倾式外形，视野宽广瞭望方便，有利安全生产。并采用隔热密封结构和两级除尘净化，配备冷暖空调，改善司机的工作环境。 (2)机棚设计时综合考虑了防尘、防雨、通风散热等作业条件。空间和平面布置更加合理、方便日常维护和检修。机棚整体采用封闭式结构，配空气滤尘装置。吸入式轴流风机使机棚内形成6 mm水柱正压，防止挖掘作业产生的粉尘进入机棚。气流由后向前流通，可增强机组的散热效果。 润滑装置 采用干、稀油两套润滑系统。由泵站集中润滑方式。包括稀油泵站和干油泵站。 稀油润滑两套装置：上部润滑，负责平台上部传动机构的润滑，提升机构、回转机构、起重臂上的推压机构完全由上部润滑装置完成；下部润滑，行走机构传动件润滑。 干油（油脂）润滑装置：采用德国贝克公司的双线并联干油润滑系统。其工作原理：F-Super3润滑泵通过三位四通电磁阀向双线系统供油，润滑周期可通过PA-TRONIC控制器进行时间设置。当润滑周期开始时，同时控制器计时，电磁阀S1启动的同时启动泵，润滑脂进入主线AI，主线AII通过R1或R2泄压，R1或R2与油箱相连。在设定的监控时间内，当主线AI和AII间的压差达到4 MPa时，压差开关向控制器发送信号，电磁阀S1关闭，S2启动，泵连续运转，润滑脂进入主线AII， AI通过R1或R2泄压。在设定的监控时间内，当AI和AII管路间的压差达到40 bar时，压差开关向控制器发送信号，电磁阀S2关闭，同时泵停止运转。当达到控制器设定的周期时间时，润滑周期重新开始。在设定的每个周期时间内，主线I一侧和主线II一侧的各润滑点分别获得一次润滑过程。 该系统在国内首次用于电动挖掘机上，双线润滑系统具有供油量大、效率高、工作可靠等优点。并带有监控装置，对难已观察的注油点进行监控。该系统由双线润滑泵、压差开关、控制器、换向阀、分配器等附件组成。该系统主要特点是两条油路通过换向阀依次供油，当某一条油路发生故障时不影响整个润滑系统的正常工作。还可根据润滑点的多少增减分配器数量，各润滑点的油量可根据需要任意调整。 动力系统 国内市场电动挖掘机动力系统配置主要有三大类型： 1.电动-发电机组-多电机直流拖动系统； 2.全数字电控可控硅整流供电，多电机直流拖动系统； 3.交流变频拖动系统，是现代电力拖动的发展方向。 需要说明的室第一种和每二种技术在国内已经很成熟但技术较落后。抚顺矿机综合比较之后，设计方案最终确定采用交流变频拖动系统。其优点为：技术先进，与世界先进水平接轨；与机组系统比较，能量转换效率高；交流电机比直流电机可靠性高，故障率低。可降低维修成本，提高工作效率；可采用PLC-人机界面监控系统，故障自诊断。 二、技术创新 FWK-12型电动挖掘机是在充分吸纳集团公司西露天矿多年使用挖掘机的宝贵经验、消化和吸收国内外同类挖掘机基础上，进行独立研制开发的新型挖掘机。该挖掘机无论外形、内部结构、电气控制、人性化设计都得到了进一步的提升，提高了产品的可靠性。该机全机重465 t，最大长度25.6 m，宽8.89 m，高13.7 m.共有专用件1 858件（种）。其中铸钢件148件，毛坯总重181 t；铸铁件50件，毛坯总重84 t；锻件350件，毛坯总重50 t；焊接件占专用零件总数的30%；机械加工件670件；热处理件的重量为125.7 t；热处理件占总机中的25%左右。 履带行走装置针对软地面设计的小支重轮，多支点的结构形式，属国内率先开发，增加了设备的行走通过能力。滚盘机构的设计是参照国外同类挖掘机自主研发的新型结构。合理的辊盘机构，运转平稳，免维护。具有自主知识产权。该结构已申请国家专利。 国内外同类挖掘机的推压齿轮与齿条都是由合金钢铸造成型，由于铸造产品缺陷，难以达到设计要求和使用要求。对产品强度产生很大的影响，给用户易损件更换带来困难。抚矿采用锻件机加工的模式取代了传统的老式结构，在设计结构、热处理、机加工及焊接工艺上做了突破性的改进，使齿轮与齿条的强度大大增强，使用寿命得到提高，已申请国家专利。 提升滚筒密封的结构设计、提升机构的密封已成为难以解决的老大难问题，所有的密封材料都无法解决。其结构尺寸大，加工制造、装配困难。成型的密封件满足不了使用要求。漏油问题一直困扰矿山用户。抚矿通过和合作厂联合，开发出新型的密封结构，大大缓解了用户对密封件的使用要求。 电气控制系统设计采用先进的多传动带回馈交流变频调速技术，提高了电能利用率和电气系统可靠性。电控采用了交流变频调速技术，具有自动故障诊断、运行状态显示、自动计量等功能。高效、节能、运行可靠。 主要结构件采用了高强度的焊接结构钢等新材料，大大提高了整机的可靠性和零件使用寿命。集中润滑系统采用稀油和干油两套集中润滑系统，实现了自动、定时润滑，保证了润滑质量。在减少了故障率和维护工时的同时，还降低了工人的劳动强度，提高了电铲的利用率。 样机完成后，在厂区内进行了系统地检测与试验，各项性能及技术参数均达到了设计要求。样机经运行后，由辽宁省科技厅组织有关专家对该样机进行了科学技术成果鉴定和辽宁省新产品（新技术）鉴定。鉴定委员会成员一致认为：抚顺矿业集团机械制造厂生产的FWK-12型正铲式电动挖掘机达到了国内领先水平。 |
