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300-700吨级超大型液压挖掘机四轮一带关键技术研究及应用

2021年04月20日14:17

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    项目简介

    矿产资源是经济社会发展的重要支撑,全球三分之二的矿产原料是露天开采。超大型液压挖掘机是露天矿山的关键采装设备,“四轮一带”作为其主要组成部分,成本占整机成本的15%以上,在整机全生命周期内,需更换2-4套,占整机总维修保养成本的20%以上。项目开展前,超大型液压挖掘机“四轮一带”关键核心技术完全被少数国外企业垄断,供货价格高、周期长,服务不及时;国内对大吨位液压挖掘机“四轮一带”自主研制尚属空白。因此自主研制超大型液压挖掘机“四轮一带”成为推进国内矿业机械产业化进程的迫切需求。

    通过借鉴吸收国外先进产品的成熟技术,并依托徐工集团“国家级技术中心高端工程机械智能制造国家重点实验室”研发体系,进行自主研究,完成了三大关键技术创新:

    1、底盘轮系匹配优化技术:建立了非共轭多齿同步啮合仿真模型,优化驱动轮尺寸参数,显著降低了齿面应力;构建了双圆弧承载面模型并优化圆弧参数和双圆弧位置分布,承载面应力值降低21%,创新设计了自适应承载轮系,实现了轮体与履带板侧向12°范围内偏转的接触自适应;构建了轮系动态仿真模型,实现了底盘轮系布局最优匹配。

    2、轮系自润滑设计与轮体锻造成型技术:基于有限元热流耦合仿真分析,研究轮体内部油腔的流线布局,开发了自润滑密闭循环油腔,轮系温升量降低了25%,显著提升了四轮一带的行驶性能;引入整体锻造成型技术,选用锻造和淬透性能良好的材料,有效提高了锻造轮体内部组织致密性,安全系数提升至2.5,解决了轮体整体锻造成型技术工艺方案难题。

    3、双圆弧自导向履带设计技术:创新设计了双圆弧连续滚道、自动导向结构,向支重轮提供连续支撑并防止横向跑偏,优化了接触区域应力及变形分布,履带板重量减轻23%;开发了履带销轴定位防松装置,有效避免了边楞接触或挤压产生局部应力集中,充分满足了超大型液压挖掘机的复杂工况需求。

    基于以上技术创新,成功研制了300-700吨系列超大型液压挖掘机“四轮一带”产品,主要技术指标达到国际先进水平。项目已获授权发明专利2项、实用新型11项、外观专利3项,发表论文3篇。与进口“四轮一带”成套产品价格对比,300吨级降至63%,400吨级降至42%,700吨级降至41%,累计降本2674.72万元,且备货周期减半,经济效益显著。

    项目打破了超大型液压挖掘机“四轮一带”外资品牌的市场垄断及技术壁垒,填补了国内超大挖“四轮一带”设计空白,实现了国产超大型液压挖掘机关键零部件的自主配套,促进了国内大型矿业装备迈向更高领域。

    获奖等级:三等奖

    完成单位:徐州徐工矿业机械有限公司

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