1、地 下 鏟 運 機 第一章：國內外地下鏟運機的現狀和發展趨勢“地下鏟運機”一詞系參考英文“LHD unit"(Load-haul-dump unit)，即裝運卸設備演繹而來。地下鏟運機是以柴油機或以拖曳電纜供電的電動機為原動機、液壓或液力-機械傳動、鉸接式車架、輪胎行走、前端前卸式鏟斗的裝載、運輸和卸載設備。主要用于地下礦山和隧道工程。地下鏟運機機身低矮、駕駛室橫向布置、采用光面或半光面地下礦用耐切割工程輪胎且裝有柴油機尾氣凈化裝置。按動力源來分，可分為以柴油機為動力的內燃鏟運機和以電動機為動力的電動鏟運機。 按斗容來分，大致可分為： 小型鏟運機：斗容1.5m3及以下的鏟運機； 中型

2、鏟運機：斗容24m3的鏟運機； 大型鏟運機：斗容4m3以上的鏟運機。 此外，原中國有色金屬工業總公司所屬的衡陽有色冶金機械總廠和金川有色金屬公司第二機械廠生產的地下鏟運機型號采用了“CY”系列或“JCY”系列命名方法。 為簡便起見，以下所使用的“鏟運機”一詞，均指“地下鏟運機”。一、 20世紀60 -70年代：地下鏟運機發展和推廣的年代 進入20世紀70年代，國外地下鏟運機技術已漸趨成熟，形成了系列化產品。當時的鏟運機幾乎都是柴油機驅動的內燃鏟運機，為此，需采用低污染柴油機并在機上設置柴油機尾氣凈化裝置，采用貴金屬催化凈化器（和/或）水洗滌箱，還需增設通風設施，加大地下通風量來稀釋柴油機尾氣，

3、并將其排出坑外，以便為礦山提供合乎衛生標準的作業條件，從而使礦山通風費用幾乎成倍增加。如果用電動鏟運機取代所用的全部內燃鏟運機，則所需通風量可減少一半以上。 廣泛的試驗和實踐表明，電動鏟運機具有低污染；低熱量（熱量不到同級內燃鏟運機的30%），低噪聲；維修量很小；功率損失小等優點。缺點是：拖曳電纜限制了機器的機動性能和活動范圍，也限制了運行速度，在運距較長，或礦點分散，或者在各采場或各分層頻繁進行調動的地方使用，其技術性能和經濟效果還不如內燃鏟運機。此外，電動鏟運機還需要增加電纜，卷纜裝置及供電設施的設備投資；電纜易于磨損和損壞，需定期更換，并需加強檢查和保護。 二、 20世紀8090年代：地

4、下鏟運機迅速發展和技術進步的年代 80年代，由于世界礦業不景氣，礦山機械產品的市場競爭更趨激烈。許多采礦與工程設備制造公司進行了兼并或聯合，優化資源組合，以增強市場競爭力。如美國瓦格納( Wagner)公司并人瑞典阿特拉斯.柯普柯(Atlas Copco)公司，成為后者的子公司；法國塞柯瑪(Secoma)公司并入艾姆科(Eimco)公司；隨后艾姆科公司又與賈維斯·克拉克(larvis CLark)公司合并，在加拿大組成EJC公司。到90年代，法國采礦設備(E.M.)公司、加拿大EJC公司相繼并人芬蘭湯姆洛克(Tamrock)公司；隨后湯姆洛克公司又與瑞典山特維克（Sandvik）公司

5、合并，組成山特維克·湯姆洛克公司；以生產工程車輛傳動部件著稱的美國克拉克-赫斯（CLark Hurth）公司并人美國德納(DANA)公司，成為德納公司斯佩塞(Spieer)非公路車輛零部件集團的一部分，C1ark Hurth的品牌已由DANA Spieer品牌取代。 90年代以來，國外采礦界已逐漸不再強調鏟運機向大型化發展的問題，而是把更多注意力集中到設備性能的改善、提高可靠性和現代化的問題上來。(1)動力機出現了重大的變革。地下鏟運機一直采用德國道依茨（Deutz）公司的FL912/913/413w系列風冷渦流燃燒室式柴油機。80年代中期，美國底特律(Detroit)柴油機公司推出

6、了柴油機電子控制系統( DDEC)，接受來自司機和傳感器傳遞的各種電子信號（柴油機壓力、溫度、轉速等），精確控制燃油噴油量和噴油時間，指示故障的位置，進行故障診斷，從而可使發動機的燃油消耗減少3%-5%，并縮短加速時間，改善冷啟動性能，改善廢氣排放，使發動機的使用壽命大大延長。同時，還有一些知名的柴油機公司，諸如道依茨、卡特皮勒、康明斯等公司也相繼推出了不同型式的電子控制式水冷柴油機。如道依茨( Deutz)公司開發的1012、1013、1015系列水冷柴油機，功率65400kW，額定轉速2100 - 2500rmin，提供電子控制和渦輪增壓。 (4)多用化、組合化。為了滿足不同礦山和不同作業

7、的需要，各鏟運機制造廠家在提供標準配置的機型外，還按不同的礦石物理機械性質和作業條件提供各種可選件。如根據礦石密度配備不同斗容和斗形的鏟斗；根據卸載方式配置標準的前卸式鏟斗外，還可提供推卸式鏟斗、側卸式鏟斗和高舉升型鏟斗；根據作業環境，配置風冷柴油機或水冷柴油機；根據作業條件，配置帶安全頂棚的通用駕駛室或全封閉空凋駕駛室，手動操縱或遙控操縱鏟運機；有的機型還可根據用戶的要求，在較短時間內將柴油動力設備更換成電動設備，或將電動設備更換成柴油動力設備。 (5)變速箱采用電/液換擋和電子控制技術。液力機械傳動式鏟運機主要采用美國克拉克(Clark)公司的定軸式動力換擋變速箱，這種簡單可靠的變速箱除了

8、發展“可調式”技術解決啟動、換擋時的機械沖擊問題外，還推出了電液換擋和電子控制技術，如LH514和LH514E。 (6)驅動橋采用防滑差速器、全封閉濕式多盤制動器和光面耐切割輪胎。國外鏟運機大多數采用克拉克公可的行星剛性驅動橋。80年代以來，鏟運機驅動橋內廣泛采用自鎖式防滑差速器( NO-SPIN)。這種差速器能隨路面條件的變化自動分配傳動力矩，從而提高了機器的通過性，防止車輪打滑現象，減少輪胎磨損。一般，中小型鏟運機的前橋采用防滑差速器，后橋采用標準差速器；大中型鏟運機的前橋采用標準差速器，后橋采用防滑差速器。近幾年來，出現了一種“有限打滑差速器”，這種差速器除了具有防滑差速器的優點外，還可

9、消除自鎖式防滑差速器接合時的振動負荷，能直接將打滑的扭矩加到牽引力大的一側車輪上，使它獲得更好的牽引效果。它與防滑差速器的不同之處是：當一個車輪打滑時，它的另一個車輪只能利用整個車橋的大部分附著力，而防滑差速器的另一個車輪卻可百分之百地利用整個車橋的附著力，特別是在鏟掘作業時前橋負荷最大，這樣大的負荷若讓單個車輪的傳動元件承受可能很困難，甚至承受不了。因此，近幾年有的大中型鏟運機前橋采用“有限打滑差速器”，后橋采用防滑差速器。 國外鏟運機工作制動從80年代就開始采用全封閉濕式多盤制動器，90年代以來得到普遍應用。這種制動器是全封閉式的，可防止泥沙、污物的浸入，采用油冷和多盤制動結構，圓盤間隙不

10、用調整且允許滑轉傳遞扭矩，特別適用于重車下長坡制動工況。它制動穩定、性能良好、簡化維護保養，使用壽命長。這種制動器分為液壓制動、無壓松閘式(LCB)液壓制動器和彈簧制動、液壓松閘式(SAHR)彈簧制動器兩種類型。有一種新型液壓制動器稱為行星液冷制動器(PLCB)，它裝在輪邊減速器內，維修時不需要拆卸輪胎、輪輞與行星輪轂。彈簧制動器是一種新型安全型制動器，若制動油管破裂或油壓下降到一定值時立即制動，且停車、緊急與工作制動三者合一，只需采用單回路制動，因而大大簡化了制動系統。國外鏟運機普遍采用光面或塊狀深花紋礦用耐切割工程輪胎，這種輪胎承載能力大，接地比壓較小，耐磨、抗刺扎能力強，使用壽命長。 (

11、7)液壓系統不斷完善提高。 1)大中型鏟運機液壓系統工作壓力有提高的趨勢。工作系統壓力由14MPa提高至1621MPa；轉向系統壓力由1012MPa提高至1621MPa。如TORO301D和安期生ACY-3L型鏟運機工作壓力為2lMPa，轉向壓力為21MPa等。 2)液壓系統動力元件仍以高壓齒輪泵占統治地位，但有的大中型鏟運機制動轉向系統采用柱塞式壓力補償變量泵，以充分利用發動機功率，并減少系統發熱量。 3)大中型鏟運機工作裝置系統幾乎全都采用先導控制，有的轉向系統也采用先導控制，以減輕司機的勞動強度，簡化管路布置。 4)液壓回路中廣泛采用集成塊，以減少泄漏，簡化管路，便于維修，最大限度提高能

12、量效率。 5)采用世界名牌廠家的優質液壓元件，提高液壓系統的可靠性。Rexruth公司的控制閥，Parker公司的密封件和蓄能器，Mico公司的制動閥等。 6)提高液壓油的清潔度和過濾精度。如E.M.公司的集中式過濾油箱(FIM)，過濾能力大，過濾精度高，減少了背壓損失，降低了油溫，提高了濾芯使用壽命，避免了油泵的氣穴現象和外來污染。 (8)注重環保和安全。由于地下作業條件和環境十分惡劣，因此現代鏟運機特別重視人機工程學的設計。使操作系統適應人的生理、心理特點，符合人體功能的要求，取得人機的協調、操作迅速準確和理想的視覺效果，以形成舒適安全的工作環境，減輕操作疲勞，提高工作效率，維護人身健康。

13、為此，現代鏟運機采取如下措施： 1)液壓系統普遍采用先導控制，使操作輕便。 2)采用電/液換擋或電子自動換擋，減輕司機操作疲勞。 3)駕駛室更趨寬敞、舒適，操作手柄、按鈕及儀表盤布置符合人機工程學要求，儀表顯示和聲光報警完善、齊全，安全頂棚采用落石撞擊保險結構。 4)大型鏟運機按人機工程學設計駕駛室，具有密封、防塵、隔音、減振、防傾翻、防落石撞擊和空調的功能，司機座椅舒適、可調。使用更為安全、高效。(9)發展遙控鏟運機（視距遙控）。為了在環境惡劣和危險地區作業，國外從70年代中期就開始發展鏟運機的視距遙控。操作人員位于作業區內的危險范圍外，直接觀察和用遙控設備控制鏟運機。各主要廠家都生產了不同

14、遙控系統的這種遙控鏟運機，在礦山取得了良好的效果。在山東黃金的新城金礦有應用。 (10)重視和發展自動化技術。隨著社會對環境越來越嚴格的要求和電子信息技術的迅速發展，鏟運機自動化技術的發展引起了人們更大的興趣和關注。1991年，澳大利亞芒特艾薩礦業公司在希爾頓礦開發出一種稱為Telelader的遙控鏟運機，其遙控系統是在其前后設置2臺攝像機，但未設任何導向裝置，該鏟運機已在礦山生產中使用，隧道無線電(Tunnel Radio)公司為鏟運機遙控自動化項目研制的TRAylll系統軟件，該系統可對來自和去往移動機械的信息提供位置顯示、報告和電子郵件通信等功能。該系統已丁1999年在瑞典LKAB公司基

15、魯納鐵礦的2臺TOR0 2500E型鏟運機上做了12個月的試驗，獲得了零故障和l00%裝載率的成績。其導航系統是利用位于鏟運機上的激光掃描器測量巷道側壁上反射帶條的角度實現的。加拿大國際鎳公司正在追求一種稱之為“遙控采礦”(Telemining)的全新的采礦工藝，它是“利用現代的新技術，包括地下通迅、定位、信息處理、監測和控制系統，去操作采礦設備和系統”這種系統正在該公司薩德伯里的礦山中使用。遙控作業的鏟運機上前后安裝2臺攝像機操作控制站里裝有4臺電視屏幕、控制機器及鏟斗動作的腳踏板和操縱桿。機上控制設備通過視頻系統跟蹤一串懸掛在頂板上的燈，引導鏟運機行進。在這臺設備行駛時，操作人員可控制第2

16、臺設備裝卸。用這種方式1名操作人員可同時操作3臺鏟運機。山特維克·湯姆洛克公司與國際鎳公司等幾家公司合作，已經啟動了一個革命性的礦山自動化計劃(MAP)，這使得以在危險地區的機器自主方式工作為特征的機器人（自動化）采礦展示出現實可能性。該公司研制成功的機器人（自動化）式的新型TOR0 1250型鏟運機正在國際鎳公司所屬礦山進行生產試驗。三、進入21世紀：地下鏟運機進入成熟發展階段 目前，已進入21世紀，國外地下鏟運機在經歷了將近40年的發展和技術進步之后，已經進人成熟發展階段。在經歷了激烈競爭和兼并、聯合等變動之后，目前世界鏟運機主要生產廠家有： (1)山特維克·湯姆洛克(

17、Sandvik Tamrock)公司 該公司擁有TORO、EJC和EM.三家世界著名鏟運機公司的實力，生產斗容0.5l0m3、載重量100025000kg整個系列的內燃和電動鏟運機，其銷售量占世界鏟運機市場份額的50%。該公司研制的機器人（自動化）式的新型鏟運機在國際鎳公司所屬礦山的生產試驗已經取得成功，并進人商業化階段。 (2)阿特拉斯·科普柯·瓦格納(Atlas Copc Wagner)公司 該公司是制造出世界上第一臺稱之為“地下鏟運機”的著名鏟運機生產廠家，生產S和EST系列、斗容0.769.7m3、載重量1361-17500kg的內燃和電動鏟運機，其產品在中國的市場

18、占有率較大，在世界鏟運機市場也舉足輕重。該公司1996年推出了新一代ST 1000型內燃鏟運機，目前已更新到第二代ST 1010型。 (3)G，HH公司 G.H.H公司也是世界上著名的鏟運機生產廠家，生產LF系列、斗容1.58.5m3、載重量350017000kg的內燃和電動鏟運機，7080年代，其LF-4.1型等產品在中國占有較大的市場份額，其地下鏟運機技術對中國有較大的影響。第二章 五礦邯邢礦業公司鏟運機使用情況一、安徽開發礦業3立方柴油鏟運機 ACY-3L 北京安期生技術有限公司6立方柴油鏟運機 LH514 山特維克6立方電動鏟運機 LH514E 山特維克二、中冶建設公司3立方柴油鏟運機

19、 ACY-3L 北京安期生技術有限公司三、北洺河鐵礦 2立方柴油鏟運機 WJ-2C 南昌凱馬公司3立方柴油鏟運機 CY-3 中鋼衡重公司4立方柴油鏟運機 CY-4 中鋼衡重公司4立方電動鏟運機 TORO 400E 山特維克四、西石門鐵礦2立方柴油鏟運機 ACY-2 北京安期生技術有限公司2立方柴油鏟運機 CY-2 中鋼衡重公司第三章 鏟運機基本知識一、原動機:1、柴油機：（油鏟）（1）主要參數：額定轉速/額定功率/額定扭矩；（2）構造：電氣系統/潤滑系統/進、排氣系統/燃油系統/冷卻系統等；（3）控制方式：機械式/電控式；（4）冷卻方式：風冷/水冷；通風與冷卻液；2、電動機：（電鏟） 交流電壓

20、380V、550V或1000V三相電動機；二、動力傳動系統：三種方式1、液力-機械傳動：發動機（電動機）-變矩器-變速箱-傳動軸-前、后橋差速器-四輪終傳動； 2、液壓-機械傳動：發動機（電動機）-液壓泵液壓馬達機械分動箱-傳動軸-前、后橋差速器-四輪終傳動；3、液壓傳動：發動機（電動機）-液壓泵四輪液壓馬達終傳動；三、制動系統：1、行車制動：采用全封閉液壓制動、彈簧釋放的濕式多盤制動器；小型設備為轂式剎車；2、停車制動：停車制動作用在前橋上，制動形式為彈簧制動，液壓釋放 3、緊急制動：電-液閥；四、液壓系統： 組成：泵（齒輪、柱塞、葉片）液壓閥（滑閥）液壓油缸（液壓馬達）-輔助裝置（管路、濾

21、芯、冷卻器、油箱等）； 故障：清潔/溫度； 參數：壓力/額定壓力/流量； 1、工作系統：泵（雙聯）-雙聯滑閥大臂油缸和翻斗油缸；2、轉向系統：泵（雙聯）-滑閥（轉閥）-轉向油缸；鉸接式轉向；3、制動系統：泵（雙聯）-控制閥制動器；4、電纜卷筒系統：泵控制閥液壓馬達；五、電氣系統： 直流單線制，電壓24V；1、電源電路: 電瓶/電源開關/發電機；2、啟動電路：啟動馬達/鑰匙開關；3、儀表電路：壓力表/溫度表/電壓表/計時表/轉速表/報警裝置等；4、燈光電路：前、后燈光照明；5、動力電路：電動機/電纜卷筒/電纜等；6、發動機/變速箱控制電路；第四章 鏟運機工作裝置一、鏟運機工作裝置的總體結構工作裝

22、置是地下鏟運機鏟裝物料的裝置，它的結構和性能直接影響整機的工作尺寸和性能參數。因此，工作裝置的合理性直接影響地下鏟運機的生產效率、工作負荷、動力與運動特性、不同工況下的挖掘效果、工作循環時間(包括鏟取、舉升、卸料和鏟斗返回到原位的時間)、外形尺寸和發動機功率等，不同類型的工作裝置其組成是不同的。圖1-2所示的工作裝置為Z型反轉六桿機構，由鏟斗、動臂、連桿、搖臂、轉斗油缸和舉升油缸組成。 圖2-1鏟運機工作裝置簡圖 1-前車架;2-轉斗油缸;3-搖臂;3-連桿;4-鏟斗 5-動臂;7-舉升油缸(兩個)整個工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉斗油缸鉸接，用以裝卸物料，動臂與車架及與動臂油缸

23、鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉和動臂的升降采用液壓操縱。二、鏟運機工作裝置工作原理及工作過程地下鏟運機是一種裝運卸一體化的自行式設備，它的工作過程均可以反映在工作裝置上，而工作裝置的各種工況由舉升油缸和轉斗油缸的長度共同決定，它的工作過程由五種工況組成：1、插入工況：動臂下放，鏟斗放置于地面，斗尖觸地，斗底與地面呈3º50°傾角，開動地下鏟運機，鏟斗借助機器的牽引力插入料堆。2、鏟裝工況：鏟斗插入料堆后，轉動鏟斗鏟取物料，待鏟斗口翻至近似水平為止。3、舉升工況：收斗后，利用舉升油缸使動臂轉動到適當的卸載位置。4、卸載工況：在卸載點，利用轉斗油缸使鏟斗翻轉，向溜井料倉或運輸車

24、輛卸載，鏟斗物料卸凈后下放動臂，使鏟斗恢復至運輸位置。5、自動放平工況：鏟斗在最高舉升位置45卸載后，保持轉斗油缸長度不變，將動臂放至鏟掘位置時，斗底與地平面的后角為30º50º。觀看鏟運機工作裝置動畫第5章 鏟運機的傳動系統一、傳動系統圖1. 后橋 2.變矩器 3.主傳動軸 4.變速箱 5. 過橋軸承 6.前橋2、 傳動系統的由來（一）車輛行駛的要求:1、正常行駛的速度范圍：610倍；2、牽引力變化范圍：1015倍；3、能夠倒駛；4、能夠切斷動力；5、能迅速制動；6、能夠修正或改變方向；（二）動力裝置性能的不足：1、轉速變化范圍不廣，最大轉速約為可用的最低轉速的1.52.

25、75倍。2、轉矩變化范圍狹窄。3、不能雙向旋轉（倒轉）。4、低速下不能輸出功率,即不能帶負荷啟動。3、 地下鏟運機傳動方案地下鏟運機通常采用液力機械傳動系統，對于地下鏟運機：斗容在1m³以上采用液力機械傳動系統；斗容在1m³以下采用靜液壓傳動系統或液力機械傳動系統。（一） 液力機械傳動系統其優點是：能充分利用動力機的功率，并在一定范圍內自動適應外界阻力的變化，進行無級調速。在外界阻力突然增大時，可避免動力機過載及機件損壞。操作平穩，工作可靠。其缺點是：傳動效率較低，結構復雜，制造和維修成本高。（二）液力機械傳動系統典型的傳動路線如圖：（三）靜液壓傳動系統1、 高速方案是采用

26、高速液壓馬達和機械傳動，即液壓機械傳動系統；2、 低速方案是采用輪邊低速大扭矩液壓馬達傳動，即全液壓傳動系統。四、 變矩器（一）變矩器的作用柴油機的扭矩適應性系數小，不能滿足地下車輛經常過載與載荷頻繁變化的要求。為了解決這個問題，在柴油機后面加上液力變矩器。加變矩器后同機械傳動相比具有的優缺點：1、優點： 使車輛具有自動適應性；提高車輛的使用壽命；提高車輛的通過性能；提高車輛的舒適性；簡化車輛的操作。 2、缺點：與一般機械傳動相比，成本高，變矩器本身的效率低，維修制造成本高。（二）變矩器的參數測試1、變矩器的壓力正常值為1.691.96Mpa,變矩器壓力偏差不能超過0.04Mpa。2、最高油溫

27、不允許超過121。正常工作油溫在82.293.3。3、最高油溫的測試方法：掛三檔、踩剎車、車不動，發動機的轉速控制在1500rpm,運轉25分鐘，變矩器油溫不超過121。五、變速箱（一）變速箱的作用1、改變動力機與主驅動輪間傳動比，從而改變車輛的牽引力和行駛速度，以適應車輛在作業與行駛工況中的需要。2、使車輛倒退行駛。3、當變速箱空檔時，動力機傳給驅動輪的動力被切斷，以便動力機啟動；或者在動力機運轉的情況下，可以使車輛在較長的時間內停車。起分動箱的作用，如車輛為全驅動時，動力機的動力經變速箱分別傳給前橋和后橋。4、變速變扭（嚴禁空檔下坡）（二）變速箱分類：按齒輪結構：行星齒輪傳動；定軸齒輪傳動1、行星齒輪傳動優點：結構簡單；加工、裝配精度易保證，造價低。缺點： 尺寸、重量大。主要應用在汽車上。2、定軸齒輪傳動優點：結構緊湊；多點嚙合、傳遞功率大；便于系列化。缺點：結構復雜，造價高；加工、裝配精度要求高。主要應用在工程機械上。六、 驅動橋（一）驅動橋的作用：驅動橋作為底盤傳動系的主要組成部分，其主要功用是：增大由發動機傳來的扭矩；將扭矩分配給左、右驅動輪，并使兩邊車