3立方铲运机的研发
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[摘 要]铲运机是矿山重要的设备之一，铲运机的使用极大地提高了采矿效率，由于科技含量较高，由少数外国企业垄断，设备价格十分昂贵，维护维修费用昂贵，进货周期特别长，由于技术上受制于人，造成独立性不强，吨公里综合成本太高。为克服以上弊端，自主研发大承载力铲运机并进行生产应用，彻底降低设备采购成本和日常维护保养费用，降低设备综合成本和单位作业成本就具有较大的现实意义。随着智能设计和制造技术的发展，3立方铲运机要以绿色设计、人机工程理论为导向，以可靠性设计为中心，大量采用了计算机辅助设计、优化设计、有限元设计、仿真设计等先进设计方法，先设计动力系统，再设计前后机架、操作系统、电气系统、液压系统，最后设计大臂、铲斗等附属系统，力争整车结构合理、动力性能强、能耗低；在制造的过程中将使用CAPP、CAM等先进的制造方法，生产效率高，产品质量优秀。本文主要从以下几个方面探索3立方铲运机的研发：（1）完成铲运机前机架、后机架、摇摆架、举升臂、盖板等结构件的设计工作；（2）完成铲运机动力传动设计，采用经典的发动机――变矩器――变速箱――传动轴――车桥传动路线；（3）铲运机转向系统使用铰接结构，减少转弯半径，增加铲运机的灵活性；（4）设计出新型油缸，具有导线性高、可靠性高等特点，已经获得国家专利局专利授权；（5）研制出新型铲斗，该铲斗具有卸料机构，能够自动卸料，大大提高了铲运机的工作效率，并且降低了铲运机卸料高度，提高了铲运机在低矮巷道中的机动性和适应性，扩大的铲运机的使用范围，该项内容已经获得专利局授权；（6）完成铲运机液压系统和电气系统的设计工作，设计出转向、工作、翻斗、变速补油等一系列图纸设计工作；（7）生产出模型车，并进行了广泛的测试验证，不对优化改造，行车最终版车型，具有爬坡25度，时速19.2公里/小时，三档变速，液力动力传动，3立方承载量等性能，达到了国际领先水平。
[关键词]铲运机、研发
中图分类号：TD422.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0362-02
为提高3立方铲运机的研发效率和科学性，要特别重视各种现代设计方法的运用，要以绿色设计、人机工程理论为导向，以可靠性设计为中心，大量采用了计算机辅助设计、优化设计、有限元设计、仿真设计等先进设计方法，先设计动力系统，再设计前后机架、操作系统、电气系统、液压系统，最后设计大臂、铲斗等附属系统，力争整车结构合理、动力性能强、能耗低；在制造的过程中将使用CAPP、CAM等先进的制造方法，生产效率高，产品质量优秀。取得的创新性研究成果如下：
（一）铲运机前机架、后机架、摇摆架、举升臂等结构件的设计工作
在设计的过程中采用计算机辅助设计系统，首先建立各种零部件三维模型，然后进行仿真模拟，不断进行改进，调整结构件的形状、尺寸、外观，并且对零件进行装配，发现干涉点等部位，并且不断修正改进。
（二）完成铲运机动力系统设计
井下道路泥泞、坡度大、弯曲大，整车需要具有半坡重载启车、频繁变速甚至是带速变速，对传动系统要求较高，经综合研究使用液力传动系统，能够实现带速变速、自动调速、重载半坡启车，选用发动机―变矩器―变速箱液压传动设计。根据铲运机承重能力需要，计算出发动机功率需求数，合理选择发动机，结合井下作业恶劣环境，采用新型水冷4缸发动机，使用变矩器、变速箱联合传动的方式，变矩器、变速箱联合传动的方式，实现了液力无级变速，没有固定的传动比，根据实际情况自动调整力矩，变矩器使用液压传动油为介质，没有刚性连接，可以实现高速重载上下坡工况时不减速换挡，动力输出大，动力损失低，特别适合恶劣工作作业。
（三） 车辆转向系统设计
铲运机往往在低矮狭窄的巷道中作业，转弯半径往往较小，为提高铲运机灵活性，采用前后车架铰接的传动方式，该种方式具有安全可靠、机动灵活的特点，转弯半径只有传统方式的70%。
（四）新型高可靠性油缸
新型高可靠油缸的活塞杆包括互为一体的杆体段和螺纹连接段，杆体段的直径小于螺纹连接段，杆体段和螺纹连接段之间粗细过渡处具有一个环形台面，该环形台面靠在活塞体内端面上；沿活塞杆与活塞体螺纹连接面圆周均布地开设有若干个轴向螺纹孔，所述轴向螺纹孔中安装有内六角尖端紧定螺丝。确保了活塞杆与活塞体不产生相对运动，保证了活塞运行的稳定性，防止了机械事故发生。
创造性1：新型高可靠性油缸的活塞杆与活塞体具有防脱机构，包括通过螺纹互相连接的活塞杆（1）和活塞体（2），所述的活塞杆（1）包括互为一体的杆体段和螺纹连接段，杆体段的直径小于螺纹连接段，杆体段和螺纹连接段之间粗细过渡处具有一个环形台面，该环形台面靠在活塞体（2）的内端面上；其特征在于，沿活塞杆（1）与活塞体（2）螺纹连接面圆周均布地开设有若干个轴向螺纹孔（4），所述轴向螺纹孔（4）中安装有内六角尖端紧定螺丝（3）。
创造性2：所述活塞杆（1）与活塞体（2）的外端面平齐；所述轴向螺纹孔（4）的开口端位于活塞杆（1）与活塞体（2）的外端面并且内六角尖端紧定螺丝（3）的外端不超过活塞杆（1）与活塞体（2）的外端面。
（五）一种带卸料机构的铲斗
铲运机的铲斗是一种带卸料机构的铲斗，该铲斗具有卸料机构，能够自动卸料，大大提高了铲运机的工作效率，并且降低了铲运机卸料高度，提高了铲运机在低矮巷道中的机动性和适应性，扩大的铲运机的使用范围，该项内容已经获得专利局授权。
本发明的积极效果在于：当推板油缸伸展时推动上推板绕铲斗顶部铰接轴转动并推动物料，下推板在上推板的带动下也向前推动物料，上、下推板共同将物料从铲斗中推出，卸载高度低、卸载方便高效，特别适合用于地下矿山和其他低矮巷道进行矿石铲装运输的地下装载机。
如上图所示，本发明包括铲斗体1 和安装在铲斗体1 中的推板油缸3，还包括上端与铲斗体1 顶部相铰接的上推板2 以及外端搭落在铲斗体1 内底板上的下推板4，上推板2 下端与下推板4 内端相互铰接。推板油缸3 的缸筒后端与铲斗体1 后部相铰接，活塞前端与上推板2 相铰接。
本发明的工作原理是，当推板油缸3 伸展时推动上推板2 绕铲斗顶部的铰接轴转动并推动物料，下推板4 在上推板2 的带动下也向前推动物料，上推板2 和下推板4 共同将物料从铲斗体1 中推出。
（六）液压系统和电气系统设计
完成铲运机液压系统和电气系统的设计工作，液压系统包括转向液压系统、举升液压系统、变速补油系统、刹车液压系统、刹车冷却系统、远程制动释放系统、中央系统等。
（七）推广应用
生产出模型车，并进行了广泛的测试验证，不对优化改造，行车最终版车型，具有爬坡25度，时速19.6公里/小时，三档变速，液力动力传动，3立方承载量等性能，达到了国际领先水平。
3立方铲运机的研发，成功降低了设备采购成本，减少了日常维护保养费用，降低了设备综合成本和单位作业成本，取得的创新性成果对其他金属类矿山具有示范作用与推广价值；研究成果对于解决类似问题提供了科学依据和宝贵经验。示范作用与推广价值；研究成果对于解决类似问题提供了科学依据和宝贵经验。