電動式液壓挖掘機與普通挖掘機的性能對比與使用條件

1、專 題液壓挖掘機與單斗機械式挖掘機性能的對比及液壓挖掘機的適用條件二期籌備處閃秦古穴唐國egfSiTi誥特9T業(yè)育醍公司INNEft MOhQOLIA OATAHG INTEFIATIONAL XHIN-UQH VlIhlN CO 丄TD電動式液壓挖掘機與普通單斗機械式挖掘機的性能對比前言：由于傳統(tǒng)的單斗機械式挖掘機生產(chǎn)作業(yè)可靠且對各種物料 的適用性又很強、應(yīng)用經(jīng)驗又十分成熟，其作為露天礦主采設(shè)備一直 以來都是占有主導(dǎo)地位；但其缺點比如造價高、整機重量大、機動性 較差、選采能力差、輔助設(shè)施及人員較多等也是非常明顯的；在采掘 大傾角、層數(shù)較多的煤層以及處理煤層頂?shù)桶宓茸鳂I(yè)時傳統(tǒng)的機械式 挖掘機的

2、效率就會極大地下降；因此有必要考慮采用代表新型技術(shù)的 電動液壓挖掘機。但對于地處高緯度、冬季漫長、氣溫較低的礦山， 特別是地處機修機加能力有限、維修設(shè)施不全的礦區(qū)，其客觀的自然 條件又制約了液壓挖掘機的應(yīng)用；但隨著機械制造水平的不斷的提 高，液壓挖掘機的可靠性得到了極大的提高、其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣 了；因為這兩種挖掘機各具特點，所以有必要根據(jù)具體礦山的實際對 電動液壓挖掘機與普通挖掘機在作業(yè)性能上和運行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上進(jìn)行 對比，以確定適于礦山實際的挖掘機種類。傳統(tǒng)的機械式單斗挖掘機在露天礦的應(yīng)用已有逾百年的發(fā)展歷史；目前已有斗容50 60m3的大型挖掘機投入應(yīng)用。而液壓挖掘機 只有幾十年的發(fā)展史，

3、到目前為止全球最大的液壓挖掘機最大的機型 斗容只在45m3左右。但代表新技術(shù)的液壓挖掘機經(jīng)歷了從半機械半 液壓到全液壓的歷程，目前已經(jīng)占到全世界挖掘機保有量的95%以 上，液壓挖掘機利用其廣泛的優(yōu)勢從最初的土方工程和道路建設(shè)已經(jīng) 應(yīng)用到挖掘物料的各個方面，特別在機械式電鏟應(yīng)用的露天礦方面已 經(jīng)有逐步取代的趨勢。由于我國露天煤礦一直沿用機械式挖掘機， 使 用大型液壓挖掘機的經(jīng)驗較少，特別是大型電動液壓挖掘機的使用經(jīng) 驗更少。但近年來這種狀況有了一定的改變； 部分新型的大型現(xiàn)代化 露天煤礦已逐步采用這種大型設(shè)備。只有當(dāng)?shù)V山生產(chǎn)中的某幾項需求成為主要矛盾時而某種設(shè)備的 某幾種特性有又能滿足礦山生產(chǎn)的

4、這些實際需求時， 該設(shè)備的優(yōu)勢才 變突出，所以要根據(jù)礦山的地質(zhì)構(gòu)造、礦巖的賦存條件、礦區(qū)的水 文地質(zhì)、氣候等多方面的因素進(jìn)行認(rèn)真的比選， 以期選擇最適宜于本 礦區(qū)特點的設(shè)備。一、兩種挖掘機性能的對比1、有效卸載高度比較首先，由下圖可以看出，由于液壓挖掘機在卸車時其鏟斗時采用 了前開斗設(shè)計，所以它較機械式挖掘力的底卸式設(shè)計的裝車高度要 高。而且由于液壓鏟卸載時采用這種方式， 先卸下的是一些粒度較小 的物料，因此它可實現(xiàn)緩充裝車，減少對卡車的沖擊力；它裝車時較 準(zhǔn)確，可充分裝滿車箱，可較容易避免出現(xiàn)裝偏車現(xiàn)象。圖一1兩種挖掘機卸載方式的比較2、維護(hù)保養(yǎng)工作液壓挖掘機的基本使用壽命為 60000小時

5、，可以相應(yīng)或按需進(jìn)行零部件更換，這樣挖掘機離開工作面進(jìn)行修理的時間就比較短。液壓挖掘機的維修和保養(yǎng)是按元件使用周期和對油質(zhì)的分析來安排的， 逐步有間隔的更換零部件不會突然改變機器的殘余價值。液壓挖掘機的主要元件很輕且原始狀態(tài)很清潔，用這些元件來驅(qū)動相對機械式電 鏟較小的各個運行部件，可以大大減小對機械部分的檢修。 而機械式 電鏟大都按靜態(tài)受力情況設(shè)計的，這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法，要求操作人 員和機械師能夠具備基本的重型機械操作技能。機械式電鏟工作 15000到18000小時則要進(jìn)行大修，大修時間約需1 2個月；為了 減少對生產(chǎn)作業(yè)的影響必須在這段時間里必須考慮使用別的設(shè)備代 替它。而液壓挖掘機的檢修

6、較方便，一般大修時間只需2 3周，對生產(chǎn)作業(yè)的影響較小。機械式挖掘機的鋼絲繩、推壓齒輪和齒條更換周期較短，特別是 提升鋼絲繩損壞后更換時間較長。 液壓挖掘機日常的保養(yǎng)較簡單，只 需定期更換液壓油及其濾芯。由于液壓挖掘機的線性尺寸較小， 其絕 大部分轉(zhuǎn)動部件已采用了集中自動潤滑，其動臂的手動潤滑也較簡 單；但機械式挖掘機的線性尺寸較大，其手動潤滑時間較長，這樣就 影響了其有效作業(yè)時間。3、機動靈活性適應(yīng)性方面由于其整機重量一般只是同斗容機械式挖掘機的2分之1 -2.5分之1。所以，它的對地比壓較小，可在站立水平較松軟的物料上作 業(yè)；液壓挖掘機的兩條履帶可同時相相反的方向轉(zhuǎn)動， 所以它可以在 原地

7、轉(zhuǎn)彎，這樣就決定了其作業(yè)半徑較機械式挖掘機較小。由于其重量輕其行走部分采用液壓馬達(dá)驅(qū)動所以它在各個工作面之間調(diào)動較 方便。同時由于液壓挖掘機可沿著任意方向挖掘，所以，它可在站立 水平面上實現(xiàn)水平挖掘，這樣可節(jié)省推土機整理工作面的費用。 由于 液壓挖掘機的爬坡能力最大可達(dá) 40 %，而機械式挖掘機的最大爬坡 度只有18 %左右，所以液壓挖掘機在修筑道路、斜坡道等工程方面 較機械式挖掘機有較大的優(yōu)勢；更重要的是由于它動作較靈活可實現(xiàn) 不同層物料的分采分運。4、設(shè)備購置費液壓挖掘機較機械式挖掘機可節(jié)省 30 %-40 %的投資。二、電動液壓挖掘機在實際應(yīng)用中各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比根據(jù)目前所掌握的資料

8、，勝利礦區(qū)的神華北電勝利能源有限公司的西一號露天煤礦與勝利東二號露天煤礦已有斗容15m3-21m3的大型電動液壓挖掘機投入運營，現(xiàn)就將兩個礦同斗容的兩種挖掘機的 運營成本進(jìn)行分析對比：1、現(xiàn)在就比較成熟的大型礦用電動液壓挖掘機與同斗容的普通挖掘機的幾個重要的指標(biāo)進(jìn)行對比：(1)神華北電勝利能源有限公司的西一號露天煤礦兩種挖掘機的運 營成本對比神華北電勝利能源有限公司所選用的電動液壓挖掘機斗容為15m3: 并有兩臺14m3的機械式單斗挖掘機。兩臺電動液壓挖掘機EX2500原價分別為：1685萬元；1599萬元 兩臺機械式單斗挖掘機 Wk-10B原價：1480萬元（06年）；現(xiàn)價:1900丿元。型

9、號WK-10B ( 1)WK-10B (2)EX2500生產(chǎn)廠家太重太重日立斗容（m3）141415總耗電量（08年1月-08年6月）6472084總電費（元）328915.4304516.8150219.2小時耗電量（度/小時）221.6180.4484.6單位耗電（元/m3)0.2130.1820.517變動單位成本（元/噸；不含人員計件工資）0.5460.4350.518固定單位成本（元/噸，折舊、財務(wù)費等）0.360 +0. 423+0.293 +總單位成本C元/噸）0.9060.8580.812神華北電勝利能源有限公司西一號露天煤礦兩種挖掘機運營成本對比圖下圖中1、2號為機械式挖掘機

10、；3號為電動液壓挖掘機元/m-挖掘機編號（3號為液壓 挖掘機）兩種挖掘機的運營成本（2）、下面兩表為我礦目前擁有的電鏟與液壓鏟正式投入使用以來的成本統(tǒng)計根據(jù)目前掌握的資料，在我礦運行的 EX3600E-6型電動液壓挖掘機 和相同斗容的 WK-20系列機械式挖掘機具有相同的工況并處在相同 的管理模式下，因此在我礦正在運行的這兩種挖掘機具有典型意義。為方便比較下圖只列舉了兩種挖掘機運營成本中不同的項目，應(yīng)此為不完全成本；東二號露天煤礦兩種挖掘機單位運營成本對比型號WK-20EX3600E-6 （液壓鏟）單位運營成本（兀/m3）1.64 （平均值）1.30兩種挖掘機單位運營成本比較 兀/m31.81

11、0.80.21.6J1.4 1.2I|兩種挖掘機運營成本比較電費單價：0.55元/度；折舊：設(shè)備的折舊按直線法提取，大型挖掘機的折舊期按15年計；設(shè)備殘值按原值的4 %計??；財務(wù)費主要提取貸款利息，月利率按 0.5325%計；美元與人民幣的匯率按6.82元計；由于兩種挖掘機人員成本較接近，所以均不計；以上單位成本計算對于兩種挖掘機相近的費用單項均不計入，由以上統(tǒng)計計算結(jié)果可知，從單位成本上比較，電動式液壓挖掘機較相同斗 容的機械式挖掘機較稍有優(yōu)勢；在兩種挖掘機在實際運營過程的變動 成本中，由于電動液壓挖掘機結(jié)構(gòu)特點造成其耗電量幾乎是機械式挖 掘機的2倍，但固定成本中設(shè)備折舊項上，電動液壓挖掘機

12、的價格比 同斗容的機械式更便宜，因此電動液壓挖掘機的優(yōu)勢較更明顯， 這樣 就決定了電動液壓挖掘機的運營成本相對較低。當(dāng)然由于這兩個礦所 投入使用的電動液壓挖掘機的運行時間都不長，因此我們所收集的數(shù)據(jù)具有一定的局限性，不能完全代表這中設(shè)備在其整個服務(wù)年限中的 運營成本。2、兩種挖掘機工作效率的對比(1)神華北電勝利能源有限公司勝利西一號露天煤礦兩種挖掘機生產(chǎn)效率對比分析勝利礦區(qū)西一號礦電鏟與電動液壓鏟運行狀況統(tǒng)計型號WK-10B(1)WK-10B(2)EX2500生產(chǎn)廠家太重太重日立斗容（m3）141415總制度時間（08年1月-08年6月）（小時）43924392744總出動時間（08年1月-

13、08年6月）（小時）3806.54107741總實動時間（08年1月-08年6月）（小時）29213310611出動率86.7%93.5%99.6%實動率66.5%75.4%82.1%總挖掘量（08年1月-08年6月）（m33）290198.54實際小時能力（m3/h）526. 86505 . 71474. 95以上統(tǒng)計時間雖然較短，但它還是可以在一定程度、一定的范圍內(nèi)反 映出設(shè)備的可靠性。由上表可看出，液壓挖掘機的實動率較高、但其 實際小時能力稍小，原因是由于液壓挖掘機投入時間較短， 其故障率 很低；為了充分利用液壓挖掘機機動靈活的特點， 在礦山生產(chǎn)中將其 分配到修筑坡道、采掘煤層間的架夾層

14、等工程中，因此其能力沒有得 到充分的發(fā)揮。勝利東二號礦電鏟與液壓鏟運行情況的統(tǒng)計設(shè)備名稱月份內(nèi)障率%外障率%實動率%可用率%電鏟4月17.432.250.382.65月10.320.069.789.76月10.623.46689.4液壓鏟4月13.334.652.186.75月1.820.339.198.26月1.649.643.893.4勝利東二號礦電鏟與液壓鏟實際小時能力統(tǒng)計挖掘機類型設(shè)備編號實際小時能力(m3/h)1001595.101002543.89機械式1003515.141004667.87平均580.501101588 .20液壓挖掘機1102498.44平均543.32由以上

15、統(tǒng)計資料可以得出，盡管按照設(shè)備管理的標(biāo)準(zhǔn)要求，這輛中設(shè)備在實動率、可用率等指標(biāo)上沒有達(dá)到要求，但在比較這兩種類 型的挖掘機時，可以看到在剛投入運營時電動式液壓挖掘機的故障率 比機械式低，且小時生產(chǎn)能力較接近。3、兩種挖掘機挖掘力的比較（1）機械式挖掘機具備較大挖掘力的挖掘機可適應(yīng)不同的物料， 而且挖掘力的大小直 接影響挖掘機小時生產(chǎn)能力的高低；所以挖掘力是挖掘機性能中較為 重要的一個指標(biāo)?，F(xiàn)就 WK-20機械式挖掘機與EX3600-6電動液壓 挖掘機的理論挖掘力進(jìn)行比較。由于機械式電鏟鏟斗鋼性地固定在斗桿上，由繩子將其拉入到要 挖掘的物料中，只能在一個方向作強制的圓弧運動， 而不是按所挖掘 物

16、料的構(gòu)成進(jìn)行工作，因此無法使鏟斗隨著巖層面進(jìn)行挖掘。 而且它 單靠鏟斗擠壓破碎后的物料滾入鏟斗內(nèi)，所以只有達(dá)到一定高度的工 作面才能裝滿鏟斗。圖2機械式挖掘機受力分析示意圖如上圖所示，由于機械式電鏟只能在一個方向發(fā)揮其挖掘力， 因 此其工作裝置的重量必須很大才能抵抗住其挖掘力，為與之平衡，機 身的重量也相應(yīng)地增加，因此機械式電鏟的整機重量很大。圖-3機械式挖掘機挖掘力計算示意圖圖4機械式挖掘機挖掘力示意圖由以上示意圖可知， WK-20電鏟的挖掘力是由其提升與推壓力共同 作用形成的。它僅有強制的挖掘曲線，無法進(jìn)行選采， 在開始挖掘 位置(鏟斗位于地面水平上)，由于鏟斗提升力和其水平方向的阻力(切

17、向力)有較大夾角，必須有足夠大的提升力才能產(chǎn)生克服水平阻 力的水平分力。因此電鏟沿著地面水平方向挖掘能力較差。 此外在挖 掘過程中，提升力除了克服挖掘阻力外，還要抵消部分推壓力，即在 電鏟斗干在提升道推壓軸高度以下時，其提升力始終被推壓力的一個 分力所抵消。假如電鏟在挖掘過程中的提升與推壓均達(dá)到最大值，此時其挖掘力只有sinb( 1540-745cosb )。但即使是斗干到達(dá)推壓軸高 度時由于提升鋼絲繩與斗干仍有一定的角度 a，直至鏟斗提升到最大 挖掘高度時，斗干和提升鋼絲繩相互垂直時，提升力與推壓力之間的 夾角較小，挖掘力較大，但此時挖掘機早已完成了挖掘作業(yè)。由此可 得出，機械式電鏟鏟斗上的

18、挖掘力來自于繩拉力在垂直方向的分力， 一般情況下，只有28%60%的繩靜態(tài)拉力能用于挖掘。由機械式電鏟的挖掘特性決定了其清理其工作面的能力有限， 為了保證卡車作業(yè)并防止運輸車輛的輪胎受損， 必須另配裝載機或推 土機進(jìn)行清理裝車及卡車入換區(qū)域。(2)液壓挖掘機而液壓挖掘機破碎巖石靠斗干油缸提供的擠壓力和鏟斗油缸提供 的破碎力的共同作用。由于液壓鏟的結(jié)構(gòu)特性決定了這兩個力的夾角 較小，極大地避免了這兩個力之間的相互抵消。 而且其鏟斗及動臂動 作較靈活，在其鏟斗的前部有理想的支點，因此可以使全部的挖掘力都作用到鏟斗上。其斗齒可沿著巖層的節(jié)理與裂隙進(jìn)行挖掘， 挖掘時 將同時產(chǎn)生推壓力（由斗桿油缸產(chǎn)生）

19、和破碎力（即松動力，由鏟斗 油缸產(chǎn)生），所以其效率較高。鏟斗的松動力由鏟斗油缸推力和其與 鏟斗的距離得出，因此鏟斗的傾角和松動力有一定的關(guān)系， 而不取決 于動臂和斗桿的相對位置，因此也與挖掘的高度無關(guān)。因為鏟斗轉(zhuǎn)動 的范圍很大，因此有可能使用最有效的挖掘角度以產(chǎn)生一個松動力, 而機械式電鏟是做不到的由下圖可以看出，液壓挖掘機鏟斗低面設(shè)計成半圓弧形，這樣就可以在挖掘物料時，當(dāng)鏟斗推動油缸和斗干的垂直與鏟斗的分力作 用在鏟斗上時鏟斗就會以其圓弧低面作為支點對物料形成一個挖掘 力矩，由于物料被撬松，鏟斗就會進(jìn)一步插入物料的深部。因此在較低的工作面條件下液壓挖掘機仍然可保證其滿斗率。圖-5液壓挖掘機挖

20、掘破碎巖石的原理示意圖由此可以得出，由于兩種挖掘機破碎物料的原理不同，所以液壓 挖掘機的實際挖掘力較同斗容機械式挖掘機大。4、勝利礦區(qū)目前所運行的兩種液壓挖掘機的不足之處（1）在勝利東二號礦和勝利西一號礦使用的這兩個型號的液壓挖掘 機的駕駛室和所配備的礦用卡車的駕駛室在同一側(cè)， 造成了在作業(yè)過 程中在挖掘機進(jìn)行反裝車時挖掘機司機和卡車司機都處在盲區(qū)。這樣就難以采用側(cè)工作面進(jìn)行雙測裝車作業(yè)。在實際作業(yè)中采用端工作 面，當(dāng)完成一個采掘帶的作業(yè)時，液壓鏟不得不空程返回再進(jìn)行下一 個循環(huán)的作業(yè)。（2）液壓挖掘機電機啟動方式上應(yīng)完全采用變頻調(diào)速啟動，以保 護(hù)電機并減少啟動時設(shè)備對電網(wǎng)的沖擊。并采用目前先進(jìn)的電控系 統(tǒng)，根據(jù)挖掘作業(yè)的各個環(huán)節(jié)所需的功率自