WK-8矿用机械正铲式挖掘机

2017年12月

MECHANICALENGINEERING

机械工程与自动化 &

AUTOMATION

No. 6

Dec.

文章编号：1672-13(2017)06-0111-03

WK-8矿用机械正铲式挖掘机

吉孟兰，李分，李晋桓

(矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室太原重工股份有限公司技术中心，山西太原

030024)

摘要：叙述了我国生产的首台WK-8挖掘机的主要技术参数（工作尺寸、性能参数、结构尺寸、电气参数）、 整机结构特点及电气技术，并将WK-8型挖掘机和其他国外同级别挖掘机的主要参数进行了对比。关键词：挖掘机；工作尺寸；结构尺寸；性能参数；电气参数；挖掘机特性 中图分类号：TD422. 2

文献标识码：

A

(3)起重臂：根脚采用大跨距球面铰支承，稳固可

靠并具有缓冲性能；天轮轴孔采用压盖结构，安装拆卸 方便。

U)推压机构：采用先进的盘式力矩器以及 行程限位开关，能够有效地保护设备的正常运行。

表

〇引言

WK-8型矿用机械正铲式挖掘机是太原重工股份

有限公司为适应我国大多数中、小型露天矿山采剥量

日益增长的要求而开发设计的机型，它填补了我国齿 轮一齿条推压式挖掘机系列的空白。本机适用于年产 量300万吨〜1 000万吨级的矿山，也可用于大型水利 工程建设。本机在开发过程中广泛听取了用户意见， 吸收了 4 m3和10 m3挖掘机以及国外同类型挖掘机 的成功经验和先进技术，设计完成后又采用先进的计 算机C.AD/C.AE/C.AM集成技术真实地模拟制造与装 配，是一个适应性好、可靠性高的新机型。

1 WK-8型挖掘机的主要工作尺寸

mmtntnm

mmtn

WK-8型挖掘机主要机构组成

WK-8型挖掘机主要由工作装置、平台上部组件、 平台下部组件构成，如图1所示。WK-8型挖掘机的主

1

要工作尺寸、性能参数、结构尺寸和电气参数如表1〜 表4所示。

参数

最大挖掘半径（)

最大挖掘半径时的挖掘高度（)

最大挖掘高度（)

最大挖掘高度时的挖掘半径（)

最大卸载半径（)

最大卸载半径时的卸载高度（)

最大卸载高度（)

最大卸载高度时的卸载半径（)停机平面上的最大清道半径()

最大挖掘深度（)

tnm

数值17. 57. 312. 716. 114. 25.〇8. 113. 711. 93. 85数值86. 3〜1093114120. 5531 3720. 713356245261 100

表

2 WK-8型挖掘机的主要性能参数

mkNmskNmsrmmkNkmhm

2机械结构特点

2.1 工作装置的结构特点

参数

标准1 产斗容量（3)斗容范围（3)最大提升力（)名义提升速度（/)最大推压力（)名义推压速度（/)平台匀速转数（/)最大牵引力（)名义行走速度（/)最大爬坡角度(°)

工作装置由铲斗、斗杆、起重臂组件、推压机构和

工作重量（t)

开斗机构组成，其结构特点如下：履带对地面的平均压力（kPa)

(1) 铲斗：采用传统的铸造结构，并在斗底处加了 理论循环时间（s)阻尼装置，这样可减缓斗底在关闭时产生的冲击振动， 理论生产率(m3/h)有利于提高斗底板的使用寿命。2. 2 平台上部组件的结构特点

(2) 斗杆:采用整体焊接变截面双斗杆和整体齿

平台上部组件由回转平台、机棚、通风除尘装置、

条可减少应力集中，提高了斗杆的强度，延长了使用 三角支架、司机室、润滑室和提升机构、回转机构、 寿命。

枢轴、电控系统、压气系统以及润滑系统组成，其结构

收稿日期：

2017-04-28;

修订日期：

2017-09-19

作者简介：吉孟兰（1965-)，女，山西芮城人，成绩优异高工，本科，主要从事

WK系列矿用挖掘机、焦化产品电气控制系统的设计、研究和调试工作。

• 112 •机械工程与自动化2017年第6期

主要特点如下^(4)行走机构：采用集中一端传动，单电机驱动， (i!T回转平台：其中部平台采用整体结构件以提 结构紧凑，效率高。

本机除上述特点外，还普遍采用了渐开线花键代 高其结构的整体性。

(2) 机棚和通风除尘装置：采用正压密封结构，利替矩形花键； 主要轴类选用镍铬钢代替铬锰钢等先进 用空气滤清装置实现强迫通风，使进入机棚的粉尘含 技术和结构；主要齿轮都采用锻件和钢板制成的焊接量减少，从而提高机电设备的使用寿命。齿轮。

(3) 三角支架：采用双梁门架式支承结构，绷绳装 3电气系统设计及工作原理

WK-8挖掘机电气部分采用机组供电，可控硅励 置采用铰接的半力矩平衡式死绷绳结构。

磁调速系统，并且首台首次采用PLC技术，通过现场 (4) 提升机构：采用单电机驱动、双钢绳缠绕的方

式，制动装置采用先进的盘式制动器，钢绳和卷筒的固 使用证明各项技术性能指标均达到了设计要求。

3.1 电气系统设计原则定为上下楔结构，使钢绳安装拆卸非常方便。

(5) 回转机构：采用双电机分别传动的并联机构， 本挖掘机的电气系统设计符合国标及《挖掘机设

计规范》的有关规定。挖掘机的电气设备能够保证传 改进了回转立轴的安装工艺，有利于用户在现场的维

护和更换。

(6) 润滑系统：传动部分的齿轮(开式齿轮除外）均采用的油池稀油润滑，滚动轴承和滑动轴承采 用干油自动集中润滑系统进行润滑。本机采用的风动

单线自动干油集中润滑系统比双线干油自动集中润滑

系统更加经济。

表3 WK-8型挖掘机的主要结构尺寸参数数值起重臂对停机平面的仰角（°)45起重臂的长度（m)

12. 5斗臂的有效长度(m)8. 2

起重臂支脚中心距回转中心的距离（m)

2. 7起重臂支脚中心到停机平面的高度（m)3. 1

顶部滑轮外缘距回转中心的距离（m)

12. 7顶部滑轮上缘到停机平面的高度（m)

12. 9机棚尾部的回转半径（m)6. 6

配重箱底面到停机平面的高度(m)1. 9

除尘装置顶部到停机平面的高度(m)7. 9双脚支架顶部中心到停机平面的高度（m)9. 5底架梁下平面到停机平面的高度(m)〇• 5履带部分的长度（m)7. 7履带部分的宽度（m)6. 4标准履带板的宽度（m)1. 1

加宽履带板的宽度（m)1. 3

司机水平视线到停机平面的高度(m)6. 8

机棚的宽度（m)6. 0

机棚和司机室的最大宽度(m)7. 61

表4 WK-8型挖掘机的主要电气参数

参数

数值

输入电源电压（30 50 Hz) (kV)

6主电动机功率(6 kV ACKkW)

500主变压器容量(kVA)

150提升电动机功率(460 VDC)(kW)480推压电动机功率(330 VDC)(kW)110回转电动机功率(300 VDC)(kW)2X110行走电动机功率(460 VDC)(kW)175开斗电动机功率(220 VDC)(kW)

5. 5

2.3 平台下部组件的结构特点平台下部组件由履带装置、底架装置、辊盘装置和 行走机构组成，其结构特点如下：(1) 履带装置:采用焊接式履带架、多支点小直径支 撑方式，与底架梁的联接方式可以实现履带架的互换。(2) 底架装置：采用分段式环轨结构；大齿圈采用 定位套式联接，基本可实现互换；与履带架的联接采用 普通螺栓，可实现履带架的互换。(3) 辊盘装置：双边锥形辊子结构的辊盘装置可 减少环轨表面的磨损，延长零件的使用寿命。动性能、监控性能以及保护性能的安全、准确和可靠， 紧急情况下在司机室或控制柜上均能切断电源实现安全停车。

3.2 电气传动系统WK-8挖掘机供电电源为6 kVAC、50 Hz、三相 四线制。高压控制部分包括高压滑环、高压柜、高压变 压器、过压吸收装置、功率因数补偿装置以及高压异步

电动机。本挖掘机的电气系统由“PLC+机组(G — D)传 动”组成。PLC实现整机运行的时序逻辑控制和综合

监控，监控整铲的运行和故障状态；机组传动驱动各机

构协调动作，实现可控运行。PLC采用美国AB公司

的产品，完全能满足挖掘机工况。3.3 电气系统工作原理挖掘机性能的好坏主要看提升、推压、回转、行走 四个机构的控制系统能否满足如下要求：①频繁而快 速的可逆运转；②具有良好的调速性能；③保持良好的 挖土机特性。WK-8挖掘机采用发电机一电动机控制系统+

PLC控制，虽然提升、推压、回转、行走四个机构的动 作可以同时进行、允许联动，但是从电气控制方面而 言，它们基本上又是相互的，每个机构的动作均可

以分开单独地研究，而不用考虑与其他机构的传动联 系。每个机构都包括一个主令控制器、磁性触发器、可 控硅励磁装置、直流发电机、直流电动机和PLC控制， 如图2所示。电压反馈

主令控制器

励磁装置

A

磁性触发器

发电机电动机电

磁动场机发电机齒场

控制电源

励磁交流电源

电流反馈

图

2 WK-8挖掘机主回路控制系统单线图

直流电动机有三种调速方法：调节电枢供电电压、

减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。对于要求在一定 范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电

压U的方式为最好。由于改变电枢回路电阻尺只能 有级调速，减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但调速范

围不大，往往只是配合调压方案在基速(即电动机额定 转速）以上做小范围的升速。因此，自动控制的调速系 统往往以调压调速为主。

从图2中可以看出，电动机的速度控制靠调节发 电机的电压来实现，操作者操作主令控制器，主令控制

2017年第6期吉孟兰，等：

WK-8矿用机械正铲式挖掘机• 113 •

器的给定信号在磁性触发器中与反馈信号相比较（反

馈信号正比于发电机的输出），通过自动地调节发电机 的输出来得到所要求的动作。在磁性触发器内还有截 止线路，以便需要时可以超越操作者的指令，自动防止 过高的转矩(电流）或速度(电压)产生。

W K- 8挖掘机控制系统均为双闭环直流调速系 统，提升、推压机构具有速度(电压)调节及转矩(电流） 截止。磁性触发器将主令控制器的信号与正比于发电 机输出电压的速度反馈信号进行比较，将其差值用来 控制可控硅励磁装置的输出。励磁装置的输出又决定 了发电机的激磁，从而控制发电机的电压以驱动电动 机。由于负荷所引起发电机电压的任何变化都反映到 磁性触发器，使之自动调整可控硅励磁装置的输出，达 WK-8挖掘机具有超载保护、零位保护、电源电压

4 WK-8型挖掘机和其他国外同级别挖掘机的主要

参数对比

断相保护、失压保护、过热保护、过流保护、接地故障 保护、电动机缺相保护、瞬时掉电保护和电动机过热等 保护。

WK-8型挖掘机和其他国外同级别挖掘机的主要

表

参数

参数对比如表5〜表8所示。

5

主要工作尺寸对比

美国

WK-817. 512. 7m)

最大挖掘高度（m)最大挖掘半径（BE公司 美国P&H公司 195-B11900AL

17. 817. 1

13. 014. 6俄罗斯

K：r-8

3 17. 212. 2到维持所需要的发电机输出。当主令控制器给出最大 信号时，发电机将输出调定的最大电压。电压负反馈 信号通过磁性触发器与给定信号相比较，二者的差值 作用于半控桥，调节发电机电压接近恒压输出，使电动 机在额定转速下迅速发出较大的转矩，以满足负载的 要求，电动机以最大允许的输出功率进行挖掘。当外 界负载超过电动机的过载能力时，电流截止环节起作 用，电流负反馈信号通过磁性触发器使发电机电压迅 速降低，电动机以低速、大转矩进行挖掘，直至不能负 担负载力矩的要求，此时，电动机以图3所示的挖土机 特性高效率工作。

因为提升、推压机构的机械惯性比电磁惯性小，负 载不规则，有时很大，同时速度变化频繁，所以要求有 力矩能力的可变速度的机械特性（如图3所示）。 由于实现转速负反馈必须有转速检测装置，在模拟控 制中采用测速发电机，但在安装测速发电机时，必须使 其轴和主电动机的轴严格同心，使它们能平稳地同轴 运转。此外，测速反馈信号中含有各种交流纹波，还会 给调试和运行带来麻烦。如果忽略电枢压降，则直流 电动机的转速近似于电枢两端电压成正比，所以电压 负反馈基本上能够代替转速负反馈的作用。因此，本 机实际上采用电压连续负反馈和电流截止负反馈双闭 环调速系统。

回转机构的特点是机械惯性比电磁惯性大得多，因 而要求回转机构启动、制动又快又稳，并且具有速度限 制能力的可变力矩的机械特性。本机采用电压截止负 反馈和电流连续负反馈双闭环调速系统，如图4所示。

电流（转矩）图

3

提升、推压机构挖土机特性

3.4 电气保护

最大卸载半径（tn)14. 214. 616. 2

15. 5最大卸载高度（tn)

8. 17. 79. 88. 4

最大卸载高度时的 卸载半径（

m)

13. 714. 315. 6停机平面上的最大 清道半径（

m)

11. 9

11. 8

11. 6

11. 7

表

6

主要性能参数对比

参数

WK-8

美国

195-B1BE公司 美国1900ALP&H公司 俄3 罗K斯

：r-8标准1

产斗容量（

m3)

812. 29. 28

斗容量范围（m3)6. 3〜137. 6〜21. 47. 6〜19. 1

最大提升力（kN)9311 001912784. 5

名义提升速度(m/s)11. 020. 761最大推压力（kN)412369. 2421. 7441. 3名义推压速度(m/s)0. 550. 580. 610. 48

平台匀速转数（r/mm}33. 263

2. 49名义行走速度（km/h)

0. 7

1. 461. 630• 8工作配重

(t)

3658. 947. 6表

7

主要结构尺寸对比

参数

WK-8

美国

BE公司 美国

1900ALP&H公司 195-B1俄3/cr-8

罗斯起重臂的长度（m)

12. 512. 6512. 1912斗臂的有效长度(m)

8. 27. 428. 238. 6起重臂支脚中心(m)

距 回转中心距离

2. 72. 36

2. 842. 85机棚尾部的回转

半径

(m)

6. 6

7. 01

7

表

8

主要电气参数对比

参数WK-8美国

195-B1BE公司 美国1900AL

P&H公司 俄3/cr-8罗斯

输人电源 电压3 3(550 kV 〜6 Hz kV3 3(550 kV〜6 Hz kV2. 4 kV3 06〇 Hz〜4. 16 kV主电(kW动机)

功率

500497477. 4500提升电(kW动

机功率)

480477447. 42X200推压电(kW动 机功率)

1109797100回转电动 机功率

(kW)2X1102X972X842X100行走电功率(kW动 机)

175

190

175

175

供电方式机组供电

控制方式

可控硅励磁

可控硅励磁

调速

调速

(下转第115页)

2017年第6期机械工程与自动化

• 115 •

能对电磁波传播进行验证，而且可进行油色谱分析的 一种兼顾美观^方便、低成本的便携式金属腔体模拟平 台，如图3所示。

程中便于推拉到适合的位置，且在承载车的上部四周

安装有集油槽，避免注油、放油及测试拆装传感器时变 压器油流到地上造成浪费与污染。

(6)内部局部放电模型也可根据需要随时更换不 同功能的放电模型。

图

2

有机玻璃局部放电验证平台

便携式金属腔体模拟平台具有以下特点：(1) 考虑到重量尽可能轻便，同时兼顾成本与强 度要求选用铝制材料，为了满足在尽可能小的体积上 达到可以安装多个传感器的条件，此平台的外型设计

综上所述，我们在对变压器运行状况进行研究时， 为矩形。

可根据不同的特征选用不同的局部放电模型，根据不 (2) 此矩型腔体为焊接墙体，它可承受0. 6 MPa

同的测试环境和特征需要选择不同的变压器模拟平 的内压又可抽真空，模拟变压器真空注油，减少油中气

台，这样可对变压器运行状况的研究更加便利、高效。体含量，具有抽真空系统和注油系统，此功能可通过阀1

参考文献：

进行。[1 ]机械设计师手册编写组.机械设计师手册[M ].北京：机

(3) 箱体具有油循环功能，不仅方便进行油循环，还 械工业出版社，19.可对变压器油恒温加热，此功能通过阀1与阀2来实现。[2] 李军浩，司文荣，杨景刚，等.电力变压器局部放电特高频

(4) 箱体四壁开有4个法兰接口，并且均配有密 信号外部传播特性研究[J].西安交通大学学报，2008,42

(6) ： 718-722.封盖，可根据所测传感器的数量选择使用几个接口，不

[3] 王国利，郑毅，郝艳捧.用于变压器局部放电检测的超高用的可用密封盖密封其接口。法兰尺寸与变压器真型

频传感器的初步研究[J].中国电机工程学报，2002，22 平台开置的内置式特高频传感器安装法兰相同，所以

(4)：1-160.

内置式特高频传感器可以直接安装在箱体的法兰上。 [4] 程序，唐志国，李成榕.特高频传感器结构参数对其幅频另外也可通过改变转接接口的尺寸来适用于其他不同 特性的影响[J].电网技术，2006,30(15) :25-29.的内置式特高频传感器的测试。[5] 王国利，郑毅.变压器局部放电超高频电磁波的传播特性

(5) 腔体下面设计了轮式承载车，实验及存放过[J].高电压技术，2002,28(12): 26-28.

Design of Transformer Simulation Platform

FAN Ming

As the core of energy conversion and transmission in power grid? the power transformer is need to be monitored on-line for its insulation in order to ensure its safe and reliable operation. A portable multifunctional experimental platform is established? on which various operating conditions of transformer can be simulated? and it is suitable for different situations. Through the laboratory simulation platform system? a various of partial discharge models are verified. By matching the model with the transformer platform? a theoretical support and platform support for the operation and detection of UHF sensors is provided.Key words transformer； simulation platform； desigr

Abstract：

：

(Beijing Great Wall Electronic Equipment Co. ? Ltd. ? Beijing 100082, China)

(上接第113页）5结语

WK-8型矿用机械正铲式挖掘机在攀钢集团公司

兰尖铁矿服役近二十年，用户对该产品反应良好，此产 品在2004年获山西省科技进步三等奖和中国机械工 业科学技术三等奖。

根据国内外露天矿山发展对采装设备的需求，我

公司不断推出WK-20、WK-27、WK-35、WK-75等大

型矿用挖掘机系列产品。WK系列产品汇集了太重几 十年生产矿用挖掘机的经验，吸收了国外先进的设计 和工艺制造技术，采用了当代成熟的交流变频调速系 统和数字控制技术，产品达到国际先进水平。

Mining Excavator of WK-8

JI Meng-lan? LI Fen? LI Jin-huan

Abstract：

This paper describes the main technological parameters of the first WK-8 excavator in our country? including main working

dimensions，main performance parameters? main structural dimensions? main electrical parameters?etc. The structure characteristics and the electrical technical specification of the machine are introduced? and the main parameters of WK-8 excavator are compared with that of other foreign excavators.Key words excavator； working dimension； structural dimensions； performance parameters； electrical parameters； characteristics of excavator

：

(State Key Laboratory of Mining Equipment and Intelligent Manufacturing, Taiyuan Heavy Industry Technical Center?Taiyuan 030024, China)