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世界最大级别的挖掘机械

2011-8-10 08:35| 发布者: 巨车网| 查看: 1270| 评论: 0

摘要: 现代采掘机械走过了500多年发展历史。在这些超级巨无霸的背后,凝聚了无数人的努力,是他们日以继夜的劳动创造出辉煌灿烂的工业文明。

2008年1月26日,一位技术人员从WK-55型挖掘机前走过。这是太原重工最新研制的大型露天矿山采掘设备,重量达到1458吨,单台机器每年可挖掘1200万立方米的煤炭。

  2008年1月26日,山西太原重工股份有限公司研制的WK-55型矿用电铲发运出厂,用于山西平朔露天煤矿表层剥离作业。这是目前世界最大级别的矿用电铲,也是我国大型露天矿建设中的关键设备。目前全球能自主研制55立方以上巨型电铲的企业,只有太原重工、美国P&H和Bucyrus三家公司。

  矿用电铲是电力驱动的挖掘机械,按铲斗容量可分为1m3以下的小型电铲,5m3以下的中型电铲,15m3以下的重型电铲和15m3以上的巨型电铲,其走行装置多为履带。电铲主要在大型露天矿开采中,用于剥离表层土壤和采装经爆破崩落的矿区土石方。浅层煤矿、铁矿、以及铜铝有色金属矿,多采用露天方式开采,但在开采前,需要将矿体上覆盖的土壤或岩石剥离。有的矿区覆盖层厚达上百米,需要剥离的土石方量,达到数千万甚至上亿立方米,这就需要用成百上千吨的炸药,将覆盖层整体爆破或者局部爆破,然后用巨型电铲和装载车辆进行剥离作业。通过电铲挖开一条直而长的覆盖层,使煤层露出。该区域采掘完毕后,第二条剥离带便打开,同时电铲将挖掘出的覆盖层,填充到第一条坑道中。由于剥离工作量极为巨大,远非普通挖掘机和车辆可以胜任,这就促使机械企业开发出铲斗容量50m3以上的电铲、拉铲等巨型机械和装载量300吨以上的矿用汽车。这些机械巨无霸,以其惊人的性能,成为人类机械发展史上的一道独特风景。

  太原重工研制的WK-55型矿用电铲,工作重量1458吨,整机高度22米,单是履带就有2米多高!总装机功率4850千瓦,铲斗设计容量36-76m3,标准容量55立方米,每小时理论挖掘量6600立方米,设计挖掘量103万立方米/月。这台巨型挖掘机,一铲下去可以挖起上百吨重的土石方,每天挖掘的土方如堆满一个足球场大小,可以超过三层楼的高度。每台WK-55电铲一年挖掘的土方量,可以将杭州西湖填平!而人们日常见到的普通液压履带挖掘机,斗容量多在3m3以下,整机重量有几十吨,功率不过三、四百千瓦。

  这些巨无霸下车体为履带式底盘,上车体安装有主机房、驾驶室、吊臂、斗杆、铲斗、A型支架、卷扬机、发电机等设备,如同一座可以转动的楼房,通过巨大的圆形回转承台与履带式底盘相连。早期电铲工作时,通过外部接入电缆,强大的电流驱动交流电动机,再带动直流发电机发电,为履带行走、上车回转、铲斗提升和推进等动作的直流电动机提供能量。随着技术发展,这种直流控制系统逐渐被晶闸管变流供电系统和交流变频电机及其控制系统取代。早期电铲工作时需要三名机组人员,一名操作者,一名负责加注油料和清洁工作,一名地面工作人员,负责供电电缆和清理工作面。工作人员需要通过狭长的楼梯,才能进入电铲的驾驶室。

  电铲工作时,用连接在斗杆上的铲斗,挖取工作面上的土石方,挖满后将铲斗提起回转至卸载位置,打开铲斗底部门闩,将土石方倾卸于卡车中,然后吊臂回转至工作面,完成一个工作循环。与电铲配合的大吨位矿用汽车,装载量通常为180-360吨,是世界最大的轮式车辆。长期以来,我国矿用机械一直依赖高价进口,太原重工等企业研制的国产矿用机械,为我国能源工业项目,节约了大量设备进口成本和运营成本。

  新中国第一座重型机器厂

  太原重工前身是我国自行设计建造的第一座重机厂——太原重型机器厂。在新中国成立前,我国的机械制造业极为落后,虽然仿制过一些大型机械,但是发展缓慢。建国初期,我国进行大规模重工体系建设。在1950-1963年间,通过新建和改扩建,先后建立起太原重机厂、第一重机厂、第二重机厂、沈阳重机厂、洛阳矿山机器厂、上海重机厂、北京重机厂、天津重机厂等“八大重机厂”。各地方还兴建了昆明重机厂、陕西重机厂、长沙重机厂、杭州重机厂、合肥重机厂、福建三明重机厂、济南重机厂和吉林重机厂,当时称为“八小重机厂”。这批重机企业为我国发展重工业奠定了基础。

  1950年5月,中央决定投资7.5亿斤小米(折合人民币6075万元),在山西太原市郊万柏林一带,建设一座年产2万吨设备的重型机器厂。同年六月,政务院财政经济委员会批准成立太原重型机器厂筹备处,任命郑汉涛为主任,支秉渊为副主任兼太原重机厂工程处处长,并决定由中国自行设计。在支秉渊等宣传动员下,上海有大批工程技术人员加入设计队伍,仅用40天就完成了规划文件。1950年10月4日,太原重型机器厂正式破土动工,1953年局部投产。1956年开始新建40395平方米的挖掘机联合车间和21167平方米的电炉铸钢车间,并扩建平炉铸钢、锻压、一金工装配和焊接车间。1958年初,太原重机厂的铸铁、铸钢、水压机、一金工、二金工、热处理、工具、锻压车间扩建以及煤气站、制氧站、总变电所等14个主要工程陆续竣工投产。拥有各种金属切削设备560台、冶炼设备10台、锻压设备74台、起重运输设备208台。太重的建成增强了我国重型机械的制造能力,为我国自主建设大型企业积累了宝贵的经验,是我国工业史上的一大创举。

  建厂60年来,太原重工已经发展成为特大型装备制造企业。为我国重点工程建设提供了1000多种、两万多台套装备,产品涉及起重设备、轧钢设备、锻压设备、挖掘设备、列车轮轴、航天装置、焦炉设备等,创造了340多项行业纪录。其中包括为三峡水电站建造了1200吨级桥式起重机、为北方重工360MN挤压机制造机架、为我国铁路提供了大量车轴和轮对。我国三大卫星发射中心的9座航天发射塔架中,有8座由太原重工生产。然而,在矿用电铲发展历程中,太原重工却走过了一段曲折的历程。

这是老一辈人很熟悉的1960年版5元纸币背面,图案是辽宁阜新海州露天煤矿电铲作业。当时我国矿用电铲主要从苏联进口和仿制。

  缺乏核心技术长期受制于人

  建国初期,我国矿用电铲主要引进自苏联。1957年12月21日,抚顺重型机器厂引进苏联技术,试制成功我国第一台W-3型3立方米矿用电铲,并将零件运至鞍钢东鞍山烧结厂进行组装。这台电铲重200多吨,上面装有18台电机、两台变压器,输入电压6000伏,由上万个零部件组成,当时用了7节火车皮装运。

  1961年5月21日,太原重型机器厂试制成功我国第一台4立方米电铲,这台电铲在内蒙古赤峰平庄煤矿使用至今。1965年7月28日,太原重型机器厂在原有履带式电铲的基础上,试制成功国内首台4立方米迈步式长臂电铲,每小时挖掘量相当于3000人一小时的工作量。1974年6月中旬,太原重型机器厂制成我国第一台矿用长臂电铲,电铲臂长23.3米,重338吨,每小时挖掘量400立方米。1977年6月,太重试制成功国内首台WK-10型10立方米电铲。1984年又研制成功第二代产品WK—10A型电铲,该产品获1985年国家科学技术进步二等奖。

  1983年以后,太原重型机器厂为满足国内煤矿建设需要,开始与美国P&H(哈尼斯菲格)公司合作,生产2300XP型电铲。该机型工作重量728吨,斗容范围16.8-34.4立方米,标准斗容19.11立方米。1986年3月20日,太重生产的首台2300XP型电铲发运出厂。1998年,太重与美方合作生产了2800XPB型35立方米电铲,整机重量为1084吨。太重还与美国BUCYRUS(比赛洛斯)公司合作,生产了臂长10米、斗容20立方米的大型拉铲。

  但在与外方合作过程中,太重只能做配套生产,美方绝不转让核心技术,导致长期以来太重无法独立制造20立方米以上大型电铲。随着时间的推移,美方的合作条件越来越苛刻,甚至到了令人难以容忍的地步。2004年,内蒙古某露天煤矿急需一台20立方米电铲。这个机会让太重下定决心,结束与外方合作,开始对核心技术进行攻关,自行研制巨型电铲。2005年2月,首台自主研制的20立方米电铲在太重立项开工。

  针对外方不愿转让的电铲核心技术——可控硅供电技术,太重集团组织力量进行攻关。电铲由于工作条件非常恶劣,特别是在爆破不好的情况下挖根底作业,经常出现过大的冲击载荷。因此,电铲对电气传动系统有很高的要求:包括能四象限运行,能快速地进行加、减速和反转,动态响应速度快,系统运行可靠,维修方便等。一直以来,我国电铲主要采用“直流发电机-直流电动机”的直流传动系统,而美国P&H采用的是“晶闸管变流器-直流电动机”系统。虽然后者比前者技术先进,效率也有所提高,但这两种系统都还存在直流电机的固有缺点,即维修工作量大、效率较低等。

WK-35型35m3矿用挖掘机,单台售价6000多万元人民币。

  自主研发开创新天地

  太原重工经过半年多时间努力,在电气设计上大胆采用交流变频电机及其控制系统,取代了传统的可控硅供电和直流电动机系统。交流变频调速控制系统的基本结构是:高压交流电由电缆经集电环引入电铲,由主变压器将电压变换,再经过变频器,供给提升电动机、回转电动机、推压电动机、开斗电动机等设备。这一结构大大提高了电铲工作效率。

  2005年底,太原重工WK-20型20立方米电铲成功问世。通过对电气控制部分核心技术的研制,使太原重工一举打破美国企业在大型矿用电铲领域的长期垄断。2006年3月,首台价值4840万元的WK-20型电铲,在神华准格尔能源黑岱沟露天煤矿投入使用。经过一个季度的生产调试,设备可动率达到88.5%,月剥离土石方51万立方米,满足了合同规定的考核标准,通过了使用方的验收。

  关键技术突破后,太原重工电铲业务进入快速发展阶段,承接了华能伊敏煤电公司3台20立方米电铲、中电投霍林河煤电集团3台27立方米电铲、以及神华准格尔能源1台35立方米电铲的制造合同。太原重工仅用10个月时间,就研制出WK-27型27立方米电铲。该机斗容范围23-46m3,工作重量915吨。9个月后,太原重工WK-35型35立方米电铲问世。该机工作重量1020吨,理论挖掘能力为4200立方米/小时,售价为6000多万元人民币。而进口同类电铲售价高达1亿元以上。2007年4月,首台WK-35型电铲交付神华准格尔能源哈尔乌素露天矿。国产矿用机械为用户节省了大笔进口费用,运行费用也只有进口设备的一半。

  2007年2月12日,中煤集团与太原重型机械集团,在太原签署了两台WK-55型矿用电铲的订货合同,主要用于平朔安家岭露天煤矿。这是我国煤炭企业第一次采购斗容超过50立方米的国产矿用电铲。太原重工签署订单后,仅用6个月时间就完成了设计方案。采用了PLC现场总线分布式控制、AFE整流回馈变频调速三级控制、上位机管理监控、齿轮齿条式推压结构、交流变频电机控制等最新技术。2008年1月26日,首台WK-55型矿用电铲发运出厂。2008年6月,两台K-55型电铲零件全部运至安家岭露天矿。7月11日,第一台编号为3008号的WK-55型电铲完成组装并投入生产。

  2009年11月29日,太原重工研制的WK-55型电铲,经过一年多的试运行,正式通过了验收。在规定的生产考核期内,月最大完成实方剥离量达到106.92万立方米,超过了103万立方米的设计能力。设备月可动率最高达到99%,超过了92%的设计指标。主要运行指标已与国际同类产品的水平相当。由于WK-55采用了独有的控制和传动技术,用户购买和运行成本以及配件价格,都要大大低于进口产品。

  太原重工WK-55型电铲通过验收,结束了我国2000万吨级露天矿山开采设备长期被国外垄断的局面。经过60年发展,太重集团已经成为我国最大的矿用电铲研制基地,累计生产了1100多台矿用电铲。下一步,太重集团将瞄准3000万吨级露天矿开采的需要,研制更大型的75立方米级巨型电铲。
从行业总体来看,我国国内生产矿用挖掘机的企业主要有太重、一重、衡阳衡冶重型机械有限公司、抚顺挖掘机制造有限公司、四川邦立重机有限责任公司等企业。但除太原重工能够自主开发大型矿用挖掘机外,其他企业主要是与美国P&H公司、BUCYRUS公司合作制造,或只能生产小型矿用挖掘机。从长远发展考虑,我国矿用机械企业在学习国外先进技术经验的同时,仍需不断提高自身核心技术研发能力,以免受制于人。

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