某國外采煤機(jī)搖臂大修工藝方法

秦玉京， 王先龍， 王晟東

（西安煤礦機(jī)械有限公司，西安 710032）

1 引言

對于國外采煤機(jī)大修維護(hù)，地域性差別和技術(shù)保密性都是我們修復(fù)時首先要克服的問題。采煤機(jī)搖臂屬于高度緊密配合的齒輪傳動機(jī)構(gòu)，搖臂殼體上軸孔間隙過大，就會使齒輪傳動的中心距間隙過大，導(dǎo)致齒輪嚙合過程中接觸面相對較小，從而加速齒輪磨損。因此修復(fù)時必須保證軸孔具有較高的孔間精度以及較高的表面質(zhì)量。

2 存在的難題

采煤機(jī)搖臂結(jié)構(gòu)如圖1所示。采煤時，搖臂中齒輪的多級傳動，不僅為了將電機(jī)輸出軸的高轉(zhuǎn)速減慢傳遞到行星頭，還要傳遞力矩。齒輪傳遞的力或通過軸承、或直接長時間作用于孔面，從而導(dǎo)致軸孔長時間工作后出現(xiàn)超差。所以大修時需要對殼體臂身內(nèi)所有齒輪孔進(jìn)行修復(fù)，對于如此大面積修復(fù)，焊接變形的控制和焊后去應(yīng)力以及加工時基準(zhǔn)的找正都是本次修復(fù)的難題。

圖1 搖臂正面和背面結(jié)構(gòu)圖

3 解決方案-工藝過程方法

3.1 搖臂的清洗測量

首先對殼體進(jìn)行仔細(xì)清理、清洗煤塵油漬等。然后，由檢驗人員嚴(yán)格詳細(xì)測量搖臂各個部位。通過測量，不僅要確定尺寸超差的部位，還要求對圖紙資料缺少尺寸的地方進(jìn)行測繪，彌補資料過少的不足，為以后的精確加工、完整修復(fù)做充分準(zhǔn)備。

3.2 補焊前準(zhǔn)備

（1）焊接工藝塊，便于加工找正。

圖2 工藝墊塊示意圖

在焊接前，由于搖臂本身形狀的特殊性，不易放平。在搖臂兩側(cè)面焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)塊，焊接位置如圖2所示。這樣不僅保證在加工過程中便于快速裝卡，還可以以此作基準(zhǔn)，解決因原軸孔大面積焊接而導(dǎo)致的基準(zhǔn)消失問題。

（2）擴(kuò)大需修復(fù)的孔面，保證焊接質(zhì)量。

搖臂內(nèi)部為密封油池潤滑系統(tǒng)，殼體長期在油池中浸泡，使得殼體內(nèi)部已經(jīng)滲入潤滑油。為了在焊接過程中減少或避免焊接未熔合及焊接氣孔等缺陷，補焊前，要求采用機(jī)加工車削的方法將待修復(fù)的各軸孔、定位銷孔去除表面應(yīng)力層0.30～0.50mm。

（3）制作簡易銷堵工裝，防止焊接引起變形。

鑒于行星頭大面一周分布有螺紋孔和定位銷孔，為了防止焊接過程中行星頭處螺栓孔變形，要求在焊接前，設(shè)計工藝堵、螺栓等輔助工裝，焊前將工藝堵、螺栓等裝配好，保護(hù)措施見圖3。

3.3 確定選用的焊材

在不了解搖臂牌號的情況下，通過取樣和精密儀器的化驗分析，搖臂殼體的成分如表1所示。

根據(jù)搖臂化學(xué)成分和硬度測試（163～190HB），綜合分析搖臂的使用工況，選擇與母材成分相匹配的ER49-1焊絲進(jìn)行焊接修復(fù)（該焊絲成分如表2），該焊絲抗拉強度≥490MPa，延伸率≥20%，硬度 240～280HV。

3.4 確定工藝參數(shù)

圖3 焊接中的防變形保護(hù)

表1 搖臂殼體的化學(xué)成分（質(zhì)量百分比）/%

表2 ER49-1焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量百分比）/%

焊接過程中，為了保證一定的焊接熔深同時兼顧減小焊接熱輸入的原則，補焊采用熔化極氣體保護(hù)焊焊接方式，保護(hù)氣為80%Ar+20%CO2混合氣體，焊接電流為200～230A，焊接電壓為 24～28V，氣體流量控制在 Q=18～25L/min，本工藝參數(shù)的制定，是在保證焊接質(zhì)量的前提下，以最大程度地降低焊接過程中對搖臂殼體所產(chǎn)生的應(yīng)力和減小變形為目的。

3.5 焊接工藝過程要求

焊前用烤槍對待焊部位進(jìn)行充分預(yù)熱烘烤，直至不再出油為止，且油污烤干、用棉紗等清理凈后，才允許進(jìn)行焊接。焊接時要求孔的各個位置均在水平位置進(jìn)行堆焊焊接，杜絕立焊、橫焊等焊接位置的出現(xiàn)，最大程度地保證焊接質(zhì)量。對于較大的孔要求沿圓周方向進(jìn)行焊接，下一道焊接要求與上一道有50%的搭接量；對于小孔可以考慮順長焊接，同樣要求有50%的搭接量；下一次焊接前要求對前一次收弧處進(jìn)行仔細(xì)清理，包括道與道之間及層與層之間均要求清理，清理方法可采用鋼絲刷打磨等。各個孔的止口處要求堆焊一周，防止在加工過程中會出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象。在焊接過程中，為了盡量減小熱量集中，可采取交叉、換位、間歇焊接。此外經(jīng)過對該工件金屬成分的分析，確認(rèn)搖臂殼體為低合金高強結(jié)構(gòu)鋼（碳當(dāng)量為0.49%），在焊接后具有一定的淬硬傾向，因此需要焊后用石棉覆蓋緩冷，防止產(chǎn)生裂紋。

3.6 焊后去應(yīng)力

為了保證非修復(fù)面不變形、不氧化，焊后不能采用熱時效方法。所以必須嚴(yán)格要求焊工每焊完一層后用小錘敲擊焊縫去應(yīng)力。最后，采用振動時效機(jī)在振動加速度不小于28m/s2情況下進(jìn)行振動時效30min處理。

3.7 殼體的加工

殼體的加工是將補焊的孔修復(fù)至圖紙要求的尺寸。利用之前加工好的焊接基準(zhǔn)塊找正工件，再進(jìn)一步校核行星頭部端面，以此來保證未補焊部位與重新加工部位的位置度要求，保證加工過程中能夠順利鏜至尺寸，避免加工過程中因找正偏差導(dǎo)致的黑皮現(xiàn)象。找正工件后利用行星頭部φ750外圓中心作為X0，Y0，以此進(jìn)行編程走刀，對殼體半精加工和精確加工，保證了軸孔的尺寸公差及形位公差。

4 結(jié)語

對于缺少技術(shù)資料的國外采煤機(jī)的維修，通過嚴(yán)格的檢驗、分析、測繪后，根據(jù)工件技術(shù)要求，設(shè)備自身特點，制定出可行的焊接和機(jī)加工修復(fù)工藝，最終實現(xiàn)對國外高端采煤機(jī)的修復(fù)。經(jīng)三坐標(biāo)測量檢驗，各個尺寸均滿足礦方使用要求。