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WK-35型挖掘机的研制


第25卷第6期(总第118期)
V01.25 No.6(SUM No.I 18)
MECHANICAL

机械管理开发
MANAGEMENT AND DEVELOPMENT

2010年12月
De(?.2010

WK一35型挖掘机的研制
张永明,刘吉亮
(太

原重型机械集团有限公司技术中心,山西太原030024)

【摘要】文章介绍了标准斗容为35 m3的大型机械正铲式挖掘机(此机型为我国最新研制的、具有自主知识产权)。 适用于各种大型露天矿山的采掘设备,整机采用PLC智能控制系统和交流变频调速控制电机;并介绍了此机型的技 术特点、性能参数、传动系统的结构形式等。 【关键词l挖掘机;传动系统;矿山设备

【中图分类号】TU621
0引

【文献标识码】A

【文章编号】1003—773X(2010)06—0058—03 表2电气技术参数
序号
l 2 3




根据目前国内外露天矿山对采装设备的需求,我 国自行研制成功WK一35大型矿用机械正铲式挖掘机11I, 此型挖掘机可与载重量为172—263 t的矿用自卸汽车 配套使用,适用于年产量1 000万t级以上的大型露天 矿山。该产品汇集国内生产矿用挖掘机的经验,吸收 国外先进设计和工艺制造技术,采用当代交流变频调 速系统和数字控制技术,产品达到当代国际先进水平。 1整机性能 WK一35型挖掘机,采用单梁起重臂、双梁斗杆、齿 轮齿条式推压方式,电气系统采用PLC控制、交流变频

参数铝称 输入电传 应承受的最i1、短路容量 丰变压器 辅助变慷器 提升电动机额定功率(690 V) 椎』长电动机额定J』J率(690 V) 凹转电动机额定功率(690 V) 行走电动机额定功率(690 V) 开斗电动机功率

数值
6 000 20 2()00 250 2x850 500 2x450 2x500 15

单位


MVA kVA kVA kW kW kW kW kW

5 6 7 8 9

表3主要工作尺寸
代号


参数名称 标准斗容(物料松散容重为1.8t/in 4) 斗容范同 最大挖掘(卸载)高度时的卸载半径 最大卸载半径 最大挖掘高度 最人挖掘深度 最大挖掘半径 水平清道半径 最大卸载高度(斗底开启时) 最大挖掘(卸载)半径时的卸载高度(斗底 开启时)

数值
35 25~54 18.40 20.90 16.20
1.75

单位
m m3 m m m m
nl

调速的控制方式,整机性能可靠、适应性强、生产效率
高、易于维护。主要包含:提升机构、推压机构、回转机 构、行走机构、开斗机构五大传动系统;包含:铲斗、斗 杆、起季臂、回转平台、底架梁、履带架、配重箱等七大 主体结构件。 电气系统采用上位机管理监控、PLC现场总成分 布式、AFE整流回馈变频调速三级控制系统。系统具 有:对电网无扰动;允许电压波动范围宽;功率因数可

2 3


5 6


24.00 15.80 9.40 5.25

8 9

ffl



调或进行无功补偿;自适应提—挖控制软件;友好的人
机界面,实现故障自诊断和运行状态显示;物料称重、 电能计量等管理软件,可实现矿山设备数据化管理;优 化的挖掘机特性曲线,效率高、耗能低。 整机性能技术参数见表l,电气技术参数见表2, 主要工作尺寸见表3,整机布局见图l。
表1整机性能技术参数
序号


lO



2 3 4


参数名称 最大推压力 推胍速度 最人提升力 提升速度 同转力矩 【n|转速度 履带最大牵引力 ii止速度 挖掘循环周期(90。同转角) 最人爬坡角度 理论乍产率

数值
850 0.58~0.65


单位
kN m/s kN m/s N-m r/rain kN km/h


150

0.82一1.60 3 510 598 2.69 4 520 O.76—1.08 30 12


图1

挖掘机的整机布局图




2传动系统
2.‘l




推压机构 推压机构主要用于驱动斗杆伸出或回缩,原理图

10 ll

(o) m3,h

200

见图2,位置见图3。

收稿日期:2010—07-07

作者简介:张永明(1980-),男,山西太原人,工程师,本科,主要从事矿山机械设备及焦炉机械设备的研究。
?58?

万方数据

第25卷第6期(总第118期)

张永明,等:WK一35型挖掘机的研制

2010年12月

图4提升机构原理图

图2推压机构传动原理图

图5回转平台布局图

2.3回转机构 原理图见图6,位置示意见图5。
图3推压机构位置图

斗杆的推压和回抽由一台电机驱动,通过“V”形抗 冲击联组动力皮带,将动力传递给一台硬街面圆柱齿 轮减速机,减速机又将动力最终传递到推压小齿轮(z 5)和斗杆齿条上。推压电动机为卧式电动机,其轴装 有推压机构的输入皮带轮,通过联组皮带与推压机构 的皮带轮连接。联组皮带配备有涨紧用的压力调节液 压泵装置,以保证皮带组的恒定涨紧力,起到限制推压 机构承受最大动负荷的作用n】。二级传动减速机的输 入轴为双轴伸结构,其一端装着输入轴的皮带轮,另一 端连接着盘式制动器的内轮毂。中问轴由大齿轮、小 齿轮轴、轴承、端盖、密封罔等组成。中间轴的一端装 有推压限位编码器装置,用以防止斗杆的过度伸出和 回缩,起到有效保护推压装置的作用,推压限位可在司 机室编程控制。 2.2提升机构 提升机构是驱动铲斗进行挖掘作业的主要传动机 构【3I,通过缠绕在提升卷筒装置上的钢丝绳牵引铲斗 做上下运动。WK一35电铲的提升机构采用双电机并 联驱动,铰接于回转平台上的、模块化设计的、独立封 闭的提升减速机,提升机构在回转平台上为纵向前后 布置,以平衡载荷。提升机构由提升电动机、联轴器、 输入轴、制动装置、中间轴、卷简装置、提升齿轮箱、侧 支座、提升钢丝绳等组成。提升机构采用两级硬齿面 圆柱齿轮传动,第一级为圆柱斜齿轮传动;第二级为圆
图6回转机构传动原理图

回转机构采用并联的各自独立的两套回转装置, 分别装在回转大齿圈的前后两端,以平衡载荷。回转 装置的回转电动机、回转电动机安装组件、回转减速 机、制动器装置装在回转平台的上面;回转立轴组件装 在回转平台的下面。同转制动器装置采崩气动盘式制 动器;回转电动机是双轴伸立式电动机,电机通过挠性 齿式联轴器连接州转减速机的输入轴,其轴端安装着 连接制动器的轮毂。为了克服制动器中动摩擦盘自重 的影响,制动装置上还设有摩擦盘自动对中装置。 回转减速机采用一级硬齿面圆柱齿轮传动和一 级硬齿面行星齿轮传动。共两级减速。回转立轴是回 转减速机末级传动的输出轴,它与回转减速机末级行 星架采用仡键连接。回转立轴的支承结构采用悬臂梁 型式,可从回转平台下端抽取拆除,而对上端回转减速 机没有影响。 2.4行走机构 采用两台独立的交流变频电机,分别驱动两套独
?59?

柱直齿轮传动。原理图见图4,位置示意见图5。

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立的行走传动系统,见图7。两台电机的负载实现了 分别控制,它们共同装在底架后部的行走电机座上,通 过挠性鼓形齿式联轴器,分别驱动两台特殊设计的行

体大窗,并配备有电动雨刷和清洗器;左、右两侧均配
备一个开窗;下侧有小窗1:3用于观察履带行走装置。 司机室的非窗表面均采取保温隔热设计,室内配有可 升降的遮阳帘。在司机搴外侧周边装配一个小走台, 作为侧窗、前窗的清理和维修通道。 司机室内配备有人机操作界面、各种显示仪表、报 警器、照明、控制开关等,操作界面信息均为汉语。各 控制元件均符合人机T程学原理,司机操纵电铲所必 需的所有控制器和辅助操纵开关,均布置在司机伸手 可及的范同内,以减轻操作人员的劳动强度。司机室 内留有安装GPS生产调度系统用的通讯接口及设备安 装窀间。司机座椅为可调整的高靠背扶手椅,另配有 副司机座椅。 4结构特点 1)单梁起重臂、双梁斗杆、齿轮齿条式推压方式 设计,用于挖掘各种不同松散容重的物料。适用性强, T作效率高。2)主要承力结构件采用具有低温冲击 韧性的低合金高强度钢板焊接而成。3)双电机独立 驱动两侧的履带行走装置,机动灵活。4)行走减速机 采用硬齿面行星齿轮传动,且前两级减速传动的零部

星齿轮减速机,通过定位止口和连接法兰分别装在左、
右履带架上,以提供不同的速度和反转操纵性能。它 由特种减速机构成,包含一级平行轴硬齿面圆柱齿轮 传动和两级四行星硬齿面行星齿轮传动,共=三级减

速。行星齿轮传动产生的啮合载荷,仅为传统直齿齿
轮传动的25%。 WK一35电铲的设计,提高了最终行走驱动系统的 位置,即抬高了行走末级驱动轴和主动轮的位置。高

强度的行走末级驱动轴,通过花键与行星齿轮减速机、
主动轮相连接,并装有耐磨轴承。
8 7 6
5 4 3 2 1

件与回转机构的传动零部件实现了完全互换。5)高
效可靠的硬齿面直齿圆柱齿轮传动机构。6)制动器 采用气动盘式制动器。7)四根半力矩平衡式绷绳结 构。8)合理选择的起霞臂、斗杆的几何尺寸和推压轴 位置,使提升力和推压力的匹配达到最佳,铲斗挖掘力 更大。9)最优化设汁的起毛臂和斗杆结构,使它们能 够承受更大的载荷,寿命更长。10)模块化设计的提 升减速机和回转减速机.采用硬齿画圆柱齿轮传动。 全封闭的齿轮箱采Hj稀油强制润滑,并兼有油池润滑 的功能。11)圆锥形辊子,环轨和辊子的工作面为圆 锥面,延长了零部件的使用寿命。12)履带架和底架 梁的联接为基准面定位、高强度螺栓联接、楔铁同定的 结构。13)履带驱动轮为高位驱动,并增加了后导轮 轴组件;改善了驱动轮和履带链的受力状况。14)采 用单卷筒、双钢丝绳提升机构。减小了钢丝绳的直径, 提高了钢丝绳的柔性,延长了钢丝绳的寿命。
参考文献 【l】1 W.Merhof,E.M.Hackbarth.履带车辆行驶力学【M】.北京: 国防1:业出版社.1988.
2001.

用交流绕线电机,控制方 图8开斗机构传动原理图 式采用直接转矩控制一t。 开斗时给定较大的转矩;绷绳时给定较小的转矩。由 于采用直接转矩控制,可获得快速的转矩响应。 3人性化设计 WK一35电铲的司机室,位于回转平台有前侧的架 高底座上,司机室的视野范围良好,司机坐在操作位置 上可方便地观察到铲斗、工作掌子面、挖掘和卸载情 况、以及挖掘机周边的环境状况。司机室的前窗为整

[2】濮良贵,纪名刚.机械设计【M】.北京:高等教育出版社, 【3】3 刘惟信,孟嗣宗.机械最优化设计lM】.北京:清华大学出版 社。1986.

【4】陈闻山,戚文革.露天采矿技术【M】.北京:冶金工业出版 社。2008.

Development and Manufacture of the

WK-35

Excavator

ZHANG Yong-ming,LIU Ji-liang (Taiyuan Heavy Industry Co.Ltd,Technology Center,Taiyuan 030024。China) [Abstract]This paper briefly introduces the mining shovel which standard dipper is 35 cubic meter,,It is the latest developed excavating
equipment for different conversion control
cavator.

open-pit mine shovel.This mining excavator has adopted the PI,C intellectualized control system and AC frequency electromotor.This paper especially introduces the technical particularity and capability and transmission system of the ex—

【Key words)Excavator;Transmission;Mine equipment .60?


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WK-35型挖掘机的研制
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 张永明, 刘吉亮, ZHANG Yong-ming, LIU Ji-liang 太原重型机械集团有限公司技术中心,山西,太原,030024 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT 2010,25(6)

参考文献(4条) 1.W.Merhof.E.M.Hackbarth 履带车辆行驶力学 1988 2.濮良贵.纪名刚 机械设计 2001 3.刘惟信.孟嗣宗 机械最优化设计 1986 4.陈国山.戚文革 露天采矿技术 2008

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxglkf201006030.aspx


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