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1地下铲运机第一章：国内外地下铲运机的现状和发展趋势“地下铲运机”一词系参考英文“LHDunit(Load-haul-dumpunit)，即装—运—卸设备演绎而来。地下铲运机是以柴油机或以拖曳电缆供电的电动机为原动机、液压或液力-机械传动、铰接式车架、轮胎行走、前端前卸式铲斗的装载、运输和卸载设备。主要用于地下矿山和隧道工程。地下铲运机机身低矮、驾驶室横向布置、采用光面或半光面地下矿用耐切割工程轮胎且装有柴油机尾气净化装置。按动力源来分，可分为以柴油机为动力的内燃铲运机和以电动机为动力的电动铲运机。按斗容来分，大致可分为：小型铲运机：斗容1.5m3及以下的铲运机；中型铲运机：斗容2～4m3的铲运机；大型铲运机：斗容4m3以上的铲运机。此外，原中国有色金属工业总公司所属的衡阳有色冶金机械总厂和金川有色金属公司第二机械厂生产的地下铲运机型号采用了“CY”系列或“JCY”系列命名方法。为简便起见，以下所使用的“铲运机”一词，均指“地下铲运机”。一、20世纪60--70年代：地下铲运机发展和推广的年代进入20世纪70年代，国外地下铲运机技术已渐趋成熟，形成了系列化产品。当时的铲运机几乎都是柴油机驱动的内燃铲运机，为此，需采用低污染柴油机并在机上设置柴油机尾气净化装置，采用贵金属2催化净化器（和/或）水洗涤箱，还需增设通风设施，加大地下通风量来稀释柴油机尾气，并将其排出坑外，以便为矿山提供合乎卫生标准的作业条件，从而使矿山通风费用几乎成倍增加。如果用电动铲运机取代所用的全部内燃铲运机，则所需通风量可减少一半以上。广泛的试验和实践表明，电动铲运机具有低污染；低热量（热量不到同级内燃铲运机的30%），低噪声；维修量很小；功率损失小等优点。缺点是：拖曳电缆限制了机器的机动性能和活动范围，也限制了运行速度，在运距较长，或矿点分散，或者在各采场或各分层频繁进行调动的地方使用，其技术性能和经济效果还不如内燃铲运机。此外，电动铲运机还需要增加电缆，卷缆装置及供电设施的设备投资；电缆易于磨损和损坏，需定期更换，并需加强检查和保护。二、20世纪80～90年代：地下铲运机迅速发展和技术进步的年代80年代，由于世界矿业不景气，矿山机械产品的市场竞争更趋激烈。许多采矿与工程设备制造公司进行了兼并或联合，优化资源组合，以增强市场竞争力。如美国瓦格纳(Wagner)公司并人瑞典阿特拉斯.柯普柯(AtlasCopco)公司，成为后者的子公司；法国塞柯玛(Secoma)公司并入艾姆科(Eimco)公司；随后艾姆科公司又与贾维斯·克拉克(larvisCLark)公司合并，在加拿大组成EJC公司。到90年代，法国采矿设备(E.M.)公司、加拿大EJC公司相继并人芬兰汤姆洛克(Tamrock)公司；随后汤姆洛克公司又与瑞典山特维克（Sandvik）公司合并，组成山特维克·汤姆洛克公司；以生产工程车辆传动部件著称的美国克拉克-赫斯（CLarkHurth）公司并人美国德纳(DANA)公司，3成为德纳公司斯佩塞(Spieer)非公路车辆零部件集团的一部分，C1arkHurth的品牌已由DANASpieer品牌取代。90年代以来，国外采矿界已逐渐不再强调铲运机向大型化发展的问题，而是把更多注意力集中到设备性能的改善、提高可靠性和现代化的问题上来。(1)动力机出现了重大的变革。地下铲运机一直采用德国道依茨（Deutz）公司的FL912/913/413w系列风冷涡流燃烧室式柴油机。80年代中期，美国底特律(Detroit)柴油机公司推出了柴油机电子控制系统(DDEC)，接受来自司机和传感器传递的各种电子信号（柴油机压力、温度、转速等），精确控制燃油喷油量和喷油时间，指示故障的位置，进行故障诊断，从而可使发动机的燃油消耗减少3%-5%，并缩短加速时间，改善冷启动性能，改善废气排放，使发动机的使用寿命大大延长。同时，还有一些知名的柴油机公司，诸如道依茨、卡特皮勒、康明斯等公司也相继推出了不同型式的电子控制式水冷柴油机。如道依茨(Deutz)公司开发的1012、1013、1015系列水冷柴油机，功率65～400kW，额定转速2100-2500r／min，提供电子控制和涡轮增压。(4)多用化、组合化。为了满足不同矿山和不同作业的需要，各铲运机制造厂家在提供标准配置的机型外，还按不同的矿石物理机械性质和作业条件提供各种可选件。如根据矿石密度配备不同斗容和斗形的铲斗；根据卸载方式配置标准的前卸式铲斗外，还可提供推卸式铲斗、侧卸式铲斗和高举升型铲斗；根据作业环境，配置风冷柴油机4或水冷柴油机；根据作业条件，配置带安全顶棚的通用驾驶室或全封闭空凋驾驶室，手动操纵或遥控操纵铲运机；有的机型还可根据用户的要求，在较短时间内将柴油动力设备更换成电动设备，或将电动设备更换成柴油动力设备。(5)变速箱采用电/液换挡和电子控制技术。液力机械传动式铲运机主要采用美国克拉克(Clark)公司的定轴式动力换挡变速箱，这种简单可靠的变速箱除了发展“可调式”技术解决启动、换挡时的机械冲击问题外，还推出了电／液换挡和电子控制技术，如LH514和LH514E。(6)驱动桥采用防滑差速器、全封闭湿式多盘制动器和光面耐切割轮胎。国外铲运机大多数采用克拉克公可的行星刚性驱动桥。80年代以来，铲运机驱动桥内广泛采用自锁式防滑差速器(NO-SPIN)。这种差速器能随路面条件的变化自动分配传动力矩，从而提高了机器的通过性，防止车轮打滑现象，减少轮胎磨损。一般，中小型铲运机的前桥采用防滑差速器，后桥采用标准差速器；大中型铲运机的前桥采用标准差速器，后桥采用防滑差速器。近几年来，出现了一种“有限打滑差速器”，这种差速器除了具有防滑差速器的优点外，还可消除自锁式防滑差速器接合时的振动负荷，能直接将打滑的扭矩加到牵引力大的一侧车轮上，使它获得更好的牵引效果。它与防滑差速器的不同之处是：当一个车轮打滑时，它的另一个车轮只能利用整个车桥的大部分附着力，而防滑差速器的另一个车轮却可百分之百地利用整个车桥的附着力，特别是在铲掘作业时前桥负荷最大，这样大的负荷5若让单个车轮的传动元件承受可能很困难，甚至承受不了。因此，近几年有的大中型铲运机前桥采用“有限打滑差速器”，后桥采用防滑差速器。国外铲运机工作制动从80年代就开始采用全封闭湿式多盘制动器，90年代以来得到普遍应用。这种制动器是全封闭式的，可防止泥沙、污物的浸入，采用油冷和多盘制动结构，圆盘间隙不用调整且允许滑转传递扭矩，特别适用于重车下长坡制动工况。它制动稳定、性能良好、简化维护保养，使用寿命长。这种制动器分为液压制动、无压松闸式(LCB)液压制动器和弹簧制动、液压松闸式(SAHR)弹簧制动器两种类型。有一种新型液压制动器称为行星液冷制动器(PLCB)，它装在轮边减速器内，维修时不需要拆卸轮胎、轮辋与行星轮毂。弹簧制动器是一种新型安全型制动器，若制动油管破裂或油压下降到一定值时立即制动，且停车、紧急与工作制动三者合一，只需采用单回路制动，因而大大简化了制动系统。国外铲运机普遍采用光面或块状深花纹矿用耐切割工程轮胎，这种轮胎承载能力大，接地比压较小，耐磨、抗刺扎能力强，使用寿命长。(7)液压系统不断完善提高。1)大中型铲运机液压系统工作压力有提高的趋势。工作系统压力由14MPa提高至16～21MPa；转向系统压力由10～12MPa提高至16～21MPa。如TORO301D和安期生ACY-3L型铲运机工作压力为2lMPa，转向压力为21MPa等。2)液压系统动力元件仍以高压齿轮泵占统治地位，但有的大中型6铲运机制动／转向系统采用柱塞式压力补偿变量泵，以充分利用发动机功率，并减少系统发热量。3)大中型铲运机工作装置系统几乎全都采用先导控制，有的转向系统也采用先导控制，以减轻司机的劳动强度，简化管路布置。4)液压回路中广泛采用集成块，以减少泄漏，简化管路，便于维修，最大限度提高能量效率。5)采用世界名牌厂家的优质液压元件，提高液压系统的可靠性。Rexruth公司的控制阀，Parker公司的密封件和蓄能器，Mico公司的制动阀等。6)提高液压油的清洁度和过滤精度。如E.M.公司的集中式过滤油箱(FIM)，过滤能力大，过滤精度高，减少了背压损失，降低了油温，提高了滤芯使用寿命，避免了油泵的气穴现象和外来污染。(8)注重环保和安全。由于地下作业条件和环境十分恶劣，因此现代铲运机特别重视人机工程学的设计。使操作系统适应人的生理、心理特点，符合人体功能的要求，取得人机的协调、操作迅速准确和理想的视觉效果，以形成舒适安全的工作环境，减轻操作疲劳，提高工作效率，维护人身健康。为此，现代铲运机采取如下措施：1)液压系统普遍采用先导控制，使操作轻便。2)采用电/液换挡或电子自动换挡，减轻司机操作疲劳。3)驾驶室更趋宽敞、舒适，操作手柄、按钮及仪表盘布置符合人机工程学要求，仪表显示和声光报警完善、齐全，安全顶棚采用落石撞击保险结构。74)大型铲运机按人机工程学设计驾驶室，具有密封、防尘、隔音、减振、防倾翻、防落石撞击和空调的功能，司机座椅舒适、可调。使用更为安全、高效。(9)发展遥控铲运机（视距遥控）。为了在环境恶劣和危险地区作业，国外从70年代中期就开始发展铲运机的视距遥控。操作人员位于作业区内的危险范围外，直接观察和用遥控设备控制铲运机。各主要厂家都生产了不同遥控系统的这种遥控铲运机，在矿山取得了良好的效果。在山东黄金的新城金矿有应用。(10)重视和发展自动化技术。随着社会对环境越来越严格的要求和电子信息技术的迅速发展，铲运机自动化技术的发展引起了人们更大的兴趣和关注。1991年，澳大利亚芒特艾萨矿业公司在希尔顿矿开发出一种称为Telelader的遥控铲运机，其遥控系统是在其前后设置2台摄像机，但未设任何导向装置，该铲运机已在矿山生产中使用，隧道无线电(TunnelRadio)公司为铲运机遥控自动化项目研制的TRAylll系统软件，该系统可对来自和去往移动机械的信息提供位置显示、报告和电子邮件通信等功能。该系统已丁1999年在瑞典LKAB公司基鲁纳铁矿的2台TOR02500E型铲运机上做了12个月的试验，获得了零故障和l00%装载率的成绩。其导航系统是利用位于铲运机上的激光扫描器测量巷道侧壁上反射带条的角度实现的。加拿大国际镍公司正在追求一种称之为“遥控采矿”(Telemining)的全新的采矿工艺，它是“利用现代的新技术，包括地下通迅、定位、信息处理、监测和控制系统，去操作采矿设备和系统”这种系统正在该公司萨德8伯里的矿山中使用。遥控作业的铲运机上前后安装2台摄像机操作控制站里装有4台电视屏幕、控制机器及铲斗动作的脚踏板和操纵杆。机上控制设备通过视频系统跟踪一串悬挂在顶板上的灯，引导铲运机行进。在这台设备行驶时，操作人员可控制第2台设备装卸。用这种方式1名操作人员可同时操作3台铲运机。山特维克·汤姆洛克公司与国际镍公司等几家公司合作，已经启动了一个革命性的矿山自动化计划(MAP)，这使得以在危险地区的机器自主方式工作为特征的机器人（自动化）采矿展示出现实可能性。该公司研制成功的机器人（自动化）式的新型TOR01250型铲运机正在国际镍公司所属矿山进行生产试验。三、进入21世纪：地下铲运机进入成熟发展阶段目前，已进入21世纪，国外地下铲运机在经历了将近40年的发展和技术进步之后，已经进人成熟发展阶段。在经历了激烈竞争和兼并、联合等变动之后，目前世界铲运机主要生产厂家有：(1)山特维克·汤姆洛克(SandvikTamrock)公司该公司拥有TORO、EJC和E．M.三家世界著名铲运机公司的实力，生产斗容0.5～l0m3、载重量1000～25000kg整个系列的内燃和电动铲运机，其销售量占世界铲运机市场份额的50%。该公司研制的机器人（自动化）式的新型铲运机在国际镍公司所属矿山的生产试验已经取得成功，并进人商业化阶段。(2)阿特拉斯·科普柯·瓦格纳(AtlasCopcWagner)公司该公司是制造出世界上第一台称之为“地下铲运机”的著名铲运9机生产厂家，生产S和EST系列、斗容0.76—9.7m3、载重量13