【編譯】小松制作所PC3400-11M0型礦用液壓挖掘機(jī)
作者：余喜多仁、內(nèi)丸雅俊、上田知己、近藤悠介、赤澤智昭
譯者：Forever Changzhensky（AcFun、Bilibili、百度、微博和知乎昵稱：寧柳跨越）
來源：《KOMATSU TECHNICAL REPORT》2019年第65卷第172期，32頁(yè)~36頁(yè)
PC3400-11M0型礦用液壓挖掘機(jī)，是小松制作所新研制的一款鏟斗容積為18 m3的200 t以上礦用液壓挖掘機(jī)。除了利用小松德國(guó)（KG）在德國(guó)研發(fā)和制造礦用挖掘機(jī)所積累的經(jīng)驗(yàn)外，小松制作所還通過研制PC3400-11M0型礦用液壓挖掘機(jī)，以實(shí)現(xiàn)200 t或更小級(jí)別的液壓挖掘機(jī)的進(jìn)一步技術(shù)發(fā)展。本文概述了PC3400-11M0型礦用液壓挖掘機(jī)。（圖1）
1.介紹
近年來，遍布于世界各地礦山的自卸卡車運(yùn)輸能力趨于增加。礦用挖掘機(jī)的鏟斗容量也相應(yīng)增加，因此，對(duì)于工作重量在300 t級(jí)別的液壓礦用挖掘機(jī)，鏟斗容積需要從15 m3提高到18 m3。我們當(dāng)前的礦用挖掘機(jī)產(chǎn)品包括鏟斗容積為15 m3的PC3000型，以及容積為22 m3的PC4000型；因此，我們開發(fā)了PC3000型的新型放大版——PC3400型（18 m3）。本文介紹了PC3400型。
2.研制目標(biāo)
⑴提高產(chǎn)量、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)
產(chǎn)量（t/h）增加31％（與當(dāng)前型號(hào)相比）
燃油效率提高22％（與當(dāng)前型號(hào)相比）
⑵提高可靠性
大大延長(zhǎng)了主要焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命
改善電氣和液壓系統(tǒng)的可靠性
⑶降低了總體擁有成本和生產(chǎn)成本
⑷改善安全性和舒適性
為采礦配備KomVision系統(tǒng)
改進(jìn)的車體進(jìn)入路徑
提高司機(jī)室舒適度
改善可維護(hù)性
更輕松的機(jī)器狀態(tài)管理
3.賣點(diǎn)
3.1提高產(chǎn)量、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)
3.1.1產(chǎn)量（t/h）增加31％（與當(dāng)前型號(hào)相比）
采礦作業(yè)中最大的優(yōu)先事項(xiàng)之一是盡快裝滿每輛自卸車，并盡可能多地的裝載到許多輛自卸車上。 PC3400型礦用挖掘機(jī)通過改進(jìn)以下兩點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)：
⑴通過增加鏟斗容量來改善與自卸車的匹配
當(dāng)前PC3000-6型礦用挖掘機(jī)的鏟斗容積為15 m3，可裝載4輛HD785型或6輛HD1500型自卸車。將鏟斗容積增加到18 m3，可使每輛自卸車的裝載時(shí)間減少25％，從而將自卸車數(shù)量減少1輛。（圖2）
⑵增加柴油機(jī)輸出
為了在增加鏟斗容積的同時(shí)，確保循環(huán)時(shí)間與當(dāng)前型號(hào)礦用挖掘機(jī)相同，我們將柴油機(jī)從康明斯公司制造的QSK38型（940 kW）更改為康明斯公司制造的QSK50型（1193 kW），并增加了輸出，從而實(shí)現(xiàn)了循環(huán)時(shí)間比當(dāng)前型號(hào)挖掘機(jī)要短。
排放水平相當(dāng)于美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局Tier2級(jí)，符合引入美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局Tier4及其等效標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)以外的法規(guī)。
3.1.2燃油效率提高22％（與當(dāng)前型號(hào)相比）
⑴采用變速液壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇控制
對(duì)于當(dāng)前型號(hào)礦用挖掘機(jī)的冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，并且機(jī)油冷卻器葉片的旋轉(zhuǎn)僅在高和低兩級(jí)之間變化。通過液壓驅(qū)動(dòng)散熱器葉片和安裝可變排量泵，冷卻風(fēng)扇可以根據(jù)水和油的溫度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。這減少了冷卻風(fēng)扇的燃料消耗并提高了燃料效率。
⑵配備新開發(fā)的小松制主閥
PC3400型礦用挖掘機(jī)配備了為其研制的超大型主控閥（圖3）。盡管它是小松制主控閥產(chǎn)品中最大的，但通過各種措施抑制了尺寸和重量的增加。另外，通過增加內(nèi)部路徑的直徑，減小了壓力損失，從而有助于提高燃料效率。 此外，內(nèi)置電磁比例控制（EPC）的全電子控制，可對(duì)操作控制進(jìn)行微調(diào)，從而在復(fù)合操作過程中改善手感。這是PC3400型礦用挖掘機(jī)的賣點(diǎn)。
3.2提高可靠性
3.2.1大大延長(zhǎng)了主要焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命
KG礦用挖掘機(jī)因其主要焊接結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)壽命和高可靠性，而在采礦市場(chǎng)上享有很高的聲譽(yù)。PC3400型礦用挖掘機(jī)遵循KG主要焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，通過以下措施，實(shí)現(xiàn)了輕便、高強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)（圖4）：
大截面薄壁設(shè)計(jì)
在應(yīng)力集中區(qū)域采用鑄件
全部焊接接頭完全熔透
通過對(duì)完整的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火，來消除殘余應(yīng)力。?
此外，通過促進(jìn)同步工程活動(dòng)來優(yōu)化鑄件形狀，和利用CAE技術(shù)等方法，提高了生產(chǎn)率和降低成本。
3.2.2改善電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的可靠性
當(dāng)前型號(hào)礦用挖掘機(jī)的主要液壓組件由博世力士樂公司（德國(guó)）和采埃孚公司（德國(guó)）提供。為了進(jìn)一步提高組件的可靠性，PC3400型礦用挖掘機(jī)將采用小松制的90％以上液壓組件、減速器以及所有控制器。至于電纜和液壓軟管的安裝評(píng)估，通過采用適用于200 t或更小噸位挖掘機(jī)且為市場(chǎng)上公認(rèn)的小松標(biāo)準(zhǔn)，提高了可靠性。
3.3降低了總體擁有成本和生產(chǎn)成本
PC3400型礦用挖掘機(jī)的研制還集中在總體擁有成本和生產(chǎn)成本（$/t）上。 通過提高燃油效率，并使用REMAN組件程序，總體擁有成本的增率被抑制到+7％，生產(chǎn)率提高了+31％（相對(duì)于當(dāng)前型號(hào)），從而成功降低了18％的生產(chǎn)成本（$/t）。
3.4改善安全性和舒適性
3.4.1配備采礦用的KomVision監(jiān)控系統(tǒng)
KomVision監(jiān)控系統(tǒng)是小松礦用挖掘機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，已在PC2000型礦用挖掘機(jī)中得到驗(yàn)證。
通過來自7個(gè)攝像頭、并在10.4 inch高清顯示器上顯示的俯視圖圖像，可以改善對(duì)PC3400型礦用挖掘機(jī)周圍環(huán)境的可見性。（圖5）
3.4.2改進(jìn)的登機(jī)路徑
（1）主梯傾斜45°
為響應(yīng)采掘設(shè)備安全圓桌會(huì)議（EMESRT）的要求，PC3400型礦用挖掘機(jī)的主梯傾斜45°以確保高度安全。 此外，相對(duì)于當(dāng)前型號(hào)，主梯已加寬，從而使登機(jī)更容易。
（2）在PC3400型礦用挖掘機(jī)的左右兩側(cè)裝有可伸縮的鋼制緊急逃生梯
PC3400型礦用挖掘機(jī)在司機(jī)室的另一側(cè)還設(shè)有一個(gè)鋼制緊急逃生梯。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等緊急事件時(shí)，司機(jī)可以逃脫。與繩索梯子相比，鋼制緊急逃生梯可以確保更穩(wěn)定的立足點(diǎn)，從而在緊急情況下能夠更安全地逃生。（圖6）
3.4.3改善司機(jī)室舒適度
PC3400型礦用挖掘機(jī)使用應(yīng)用于PC2000型礦用挖掘機(jī)的大功率DENSO空調(diào)，將司機(jī)室的制冷和制熱能力提高了43％。操縱桿和開關(guān)的布置已得到優(yōu)化，以減少司機(jī)的疲勞感。
3.4.4改善的可維護(hù)性
（1）縮短維修通道
通過將日常檢查點(diǎn)集中在檢查走廊周圍，我們的目標(biāo)是顯著縮短日常檢查過程中的行進(jìn)距離，縮短日常檢查所需的時(shí)間并提高可用性。與當(dāng)前型號(hào)相比，PC3400型礦用挖掘機(jī)動(dòng)力室內(nèi)的通道寬度和高度也得到了擴(kuò)展，以確保足夠的維護(hù)空間。（圖7）
（2）清洗機(jī)油冷卻器更容易
PC3400型礦用挖掘機(jī)無(wú)需使用高空作業(yè)平臺(tái)即可輕松清洗機(jī)油冷卻器。這可以通過使用單層濾芯，重新放置冷卻風(fēng)扇并擴(kuò)展走廊來實(shí)現(xiàn)。（圖7和圖8）
3.4.5簡(jiǎn)化機(jī)器狀態(tài)管理
通過為PC3400型礦用挖掘機(jī)配備最新一代的KOMTRAX Plus系統(tǒng)，除了存儲(chǔ)有關(guān)機(jī)器狀況的傳統(tǒng)KOMTRAX信息外，現(xiàn)在還可以存儲(chǔ)有關(guān)操作的數(shù)據(jù)，例如車輛位置信息。通過與Wi-Fi兼容，使您無(wú)需爬上挖掘機(jī)連接電纜即可獲取數(shù)據(jù)。
4.結(jié)論
盡管KG的當(dāng)前型號(hào)礦用挖掘機(jī)以其使用壽命長(zhǎng)和主要焊接結(jié)構(gòu)的高可靠性而聞名，但它們暴露出許多電氣和液壓方面的問題，市場(chǎng)一直在呼吁改善。我們深信，通過利用小松的優(yōu)勢(shì)，即提高電氣和液壓組件可靠性的技術(shù)，我們開發(fā)了一種具有德國(guó)和日本設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)的高銷售價(jià)值礦用挖掘機(jī)產(chǎn)品。 在小松集團(tuán)的全力支持下，目前在菲律賓Semirara礦山運(yùn)用的第一臺(tái)PC3400型礦用挖掘機(jī)，狀態(tài)良好。 我們希望讓我們的客戶滿意，并支持他們，以增加未來的銷售量。
【作者的評(píng)論】
PC3400型礦用挖掘機(jī)是小松與KG的第一個(gè)聯(lián)合研制項(xiàng)目。已有100多年歷史的KG獨(dú)立開發(fā)了礦用挖掘機(jī)技術(shù)； 因此，我們需要結(jié)合小松和KG的技術(shù)。由于這是我們的第一次嘗試，因此我們面臨許多困難，并通過反復(fù)試驗(yàn)從KG中學(xué)到了很多東西；另一方面，我們希望參與這次聯(lián)合研制的KG的德國(guó)工程師們，也能通過這次聯(lián)合研制，學(xué)習(xí)小松的優(yōu)勢(shì)，并將其用于KG礦用挖掘機(jī)的開發(fā)中。最后，我們要感謝為我們研制提供幫助的所有人。
（譯于2020年9月19日）
