WK-55電鏟提升滾筒故障原因及修復(fù)方案

盧云峰

（神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

WK-55電鏟提升滾筒故障原因及修復(fù)方案

盧云峰

（神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

WK-55電鏟是準(zhǔn)能公司露天煤礦采掘和剝離的主要設(shè)備，自2010年初準(zhǔn)能公司從太原重工股份有限公司引進(jìn)該設(shè)備，在露天礦剝離生產(chǎn)任務(wù)中扮演者舉足輕重的作用。隨著使用年限的增加，設(shè)備均存在不同程度提升滾筒軸損傷。針對電鏟提升滾筒的修復(fù)技術(shù)以及應(yīng)用做了分析，包括滾筒損壞原因及修復(fù)方案，此方法可應(yīng)用于多種電鏟提升滾筒上。

WK-55電鏟；提升滾筒；滾筒軸及輻板；修復(fù)

Abstract:WK-55 electric shovels are the main mining machines in the open-pit coal mine.Since the beginning of 2010,our company has purchased the model ofmachine from TZ,which play very important role in the mining production.As the operating hours increase,shovel hoist drum stubs have experienced some different degree of failures.This article analyzes the repair technology and application of WK-55 electric shovel hoisting drum failure as well as including the root cause analysis for the hoist drum failure.

Key words:WK-55 electric shovel;hoisting drum;drum stub and radial;repair

0 引言

WK-55電鏟是中國神華哈爾烏素露天煤礦（以下簡稱哈礦）采掘和剝離的主要設(shè)備之一，在露天煤礦日常生產(chǎn)過程中起到了非常重要的作用，若設(shè)備發(fā)生故障，造成的產(chǎn)量損失是非常巨大的。電鏟整機(jī)運(yùn)行過程中，提升機(jī)構(gòu)起到了極其重要的作用，可以說是電鏟最重要的傳動機(jī)構(gòu)。提升滾筒在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其特點(diǎn)是頻繁啟動和制動，頻繁正反轉(zhuǎn)，承載的負(fù)荷非常大且長時間在拉底多、電壓波動大等惡劣作業(yè)環(huán)境下運(yùn)行，承受著巨大的交變載荷,工作過程中造成滾筒軸斷、輻板開裂等故障。

1 WK-55電鏟提升滾筒結(jié)構(gòu)

WK-55礦用挖掘機(jī)的提升機(jī)構(gòu)是驅(qū)動鏟斗進(jìn)行挖掘作業(yè)的主要傳動機(jī)構(gòu)，通過滾筒裝置上的鋼絲繩牽引鏟斗作上、下運(yùn)動，提升機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 提升機(jī)構(gòu)示意圖

提升機(jī)構(gòu)采用雙電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動鉸接于回轉(zhuǎn)平臺上，在回轉(zhuǎn)平臺上為縱向前后布置以平衡載荷。雙提升電機(jī)傳動系統(tǒng)平衡了傳動齒輪的負(fù)荷，減小了快速正反轉(zhuǎn)帶來的機(jī)械慣性?？煞囱b的滾筒大齒輪提高了齒輪的使用壽命。

提升機(jī)構(gòu)主要由提升電機(jī)座、提升電動機(jī)、聯(lián)軸器、輸入軸、中間軸、提升齒輪箱、滾筒裝置、制動器及提升鋼絲繩等組成。提升機(jī)構(gòu)采用兩級硬齒面圓柱齒輪傳動，第1級采用圓柱斜齒輪傳動，第2級為圓柱直齒輪傳動，屬雙輸入單輸出的平行傳動系統(tǒng)。

2 提升滾筒故障原因分析

哈礦在用的3臺WK-55電鏟已連續(xù)運(yùn)行6 a，累計運(yùn)行時間平均約30 000 h，陸續(xù)出現(xiàn)提升滾筒非齒輪側(cè)軸裂或斷的故障，導(dǎo)致設(shè)備無法再繼續(xù)正常運(yùn)行。

2.1 故障現(xiàn)象

軸斷后從斷口情況看，比較符合疲勞損傷斷裂的特征，斷口晶粒細(xì)致、均勻，無明顯的制造加工缺陷，如夾雜、氣孔及表面磕碰劃傷情況。經(jīng)與生產(chǎn)制造廠家對照生產(chǎn)制造工藝，該滾筒軸在設(shè)計、制造和安裝時，都嚴(yán)格執(zhí)行了相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。而且軸的材質(zhì)、探傷、性能及加工等環(huán)節(jié)也是完全符合其圖紙資料、標(biāo)準(zhǔn)及工藝規(guī)范的要求。

2.2 故障原因

1）疲勞斷裂。WK-55電鏟一直滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，年累計運(yùn)行時間約6 000 h。經(jīng)過數(shù)年長期在高低溫、重超載、經(jīng)常碰撞等惡劣露天礦作業(yè)環(huán)境及條件，以及提升滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，本身存在的特點(diǎn)是頻繁啟動和制動，頻繁正反轉(zhuǎn)，工作過程中承受著巨大的交變載荷，再加上長時間在拉底多、電壓波動大等露天礦固有特點(diǎn)條件下運(yùn)行，幾種因素同時作用，造成滾筒面板與輻板焊接處、輻板與軸焊接處等主要受力處形成顯微損傷，逐漸擴(kuò)大直至軸斷裂。這應(yīng)是造成滾筒損壞的主要原因。

2）地質(zhì)工況惡劣造成斷裂。哈礦除3臺WK55電鏟外，5臺495HR電鏟在相同部位也都出現(xiàn)了程度不同的損傷。但在相鄰的黑岱溝露天煤礦（以下簡稱黑礦），相同的電鏟，與哈礦使用時間相當(dāng)，在相同的部位損傷卻很輕微。哈礦地質(zhì)賦存條件相比黑礦更加惡劣，巖石層厚度更大，爆破后大塊率更高等，相同的剝離量對電鏟的損傷更大。

3）司機(jī)操作不當(dāng)造成斷裂。操作設(shè)置在司機(jī)座右扶手上的提升主令控制器SH和安裝在操作臺上的提升/推壓按鈕S529、以及用于提升制動器的松閘按鈕S523、抱閘按鈕S524上，共同完成電鏟提升機(jī)構(gòu)的提升和下降運(yùn)動。

在挖掘工作時，司機(jī)容易忽略將提升/下放控制器回到中間零位，加劇滾筒軸損壞。規(guī)范動作應(yīng)該是，當(dāng)提升運(yùn)動向下放運(yùn)動轉(zhuǎn)換時應(yīng)先將主令控制器從提升方向回到中間位置，然后再將主令控制器推向下放方向，這樣避免滾筒軸承受更大的反向作用力，長期不規(guī)范的操作，縮短了滾筒的使用壽命。

4）設(shè)計缺陷造成斷裂。不同的地質(zhì)條件、作業(yè)環(huán)境、操作者習(xí)慣和熟練程度以及配合設(shè)備等，都會對設(shè)備提出不同的要求。針對哈礦電鏟的提升系統(tǒng)，應(yīng)在經(jīng)常發(fā)生開、斷裂的地方改變設(shè)計，根據(jù)力學(xué)原理，從滾筒軸受力角度分析，加強(qiáng)受力點(diǎn)的強(qiáng)度。

3 修復(fù)方案及注意事項

WK-55電鏟提升滾筒軸由于部件尺寸、質(zhì)量較大，同軸度要求非常高。

3.1 修復(fù)方案

WK-55電鏟提升滾筒輻板和連接軸是鍛件，確定最佳方案是重新制作輻板、法蘭和滾筒軸，更換法蘭、軸并焊接新輻板，最后消除應(yīng)力。

將原來的軸從滾筒及輻板上切除，并將輻板和法蘭從滾筒上切除。重新加工鍛造的軸、法蘭。探傷合格后將軸裝入。軸、法蘭及輻板之間的配合方式為過盈配合，將輻板和法蘭進(jìn)行加熱焊接，緩冷后探傷，再將外側(cè)輻板裝在滾筒內(nèi)加熱焊接，緩冷后探傷。修復(fù)過程中，裝配焊接工藝要求極為嚴(yán)格，鍛件及板材選用時一定要提前做好探傷工作，檢查是否有缺陷。焊接前需要把焊接區(qū)域整體預(yù)熱到一定的溫度且整個焊接過程中溫度波動不能過大。焊修后，用外包絕緣毯的方式緩冷。每一道焊縫均利用磁粉探傷，確保無裂紋。

3.2 修復(fù)要求及工藝過程

滾筒軸是貫通滾筒兩端的一件長軸，與滾筒的配合部位，大端（斷裂端）為Φ410 mm，小端為Φ380 mm，過盈量為0.163～0.272。修復(fù)時，只能采用機(jī)加工的方法將斷軸去除。修復(fù)工藝過程如下：

1）先在機(jī)床上檢測確認(rèn)加工工藝基準(zhǔn)和滾筒現(xiàn)在有無變形等。作好記錄。需要時在適當(dāng)部位加工出工藝基準(zhǔn)。

2）拆卸掉Φ380 mm軸端的擋蓋、軸承、定距環(huán)、隔套等零件。做好齒輪與滾筒相配位置標(biāo)記，卸下36套螺栓螺母，卸下齒輪。采取保護(hù)性拆除，盡量不損壞零件。修磨拋光齒輪防護(hù)罩密封部位的磕碰劃傷痕跡。

3）采用切割的手段切除Φ380 mm軸端的外露軸徑部分。

4）用鏜床鉆、鏜掉Φ380 mm軸端幅板軸承座孔內(nèi)殘留的軸徑。加工時嚴(yán)格按照工藝基準(zhǔn)找正、墊平、卷圓，不得損傷軸承座孔，并檢測記錄該孔的實際尺寸公差。

5）將滾筒裝置軸大端向上，采用切割的手段割開Φ410 mm軸端的幅板，并將幅板及殘軸吊出。

6）在立車上按照工藝基準(zhǔn)找正墊平，加工焊接新幅板的內(nèi)圓止口，注意要將原止口直徑加大6 mm，將原焊接造成的熱影響區(qū)去掉。

7）配制、焊接新的軸承座、幅板。采用振動時效的方法，消除焊接應(yīng)力，并對焊縫進(jìn)行探傷，符合圖紙要求。

8）在鏜床上嚴(yán)格按照工藝基準(zhǔn)找正、墊平、圈圓，加工出需焊接軸承座的孔。要保證與未更換端的軸承座孔的同心度。

9）待新的滾筒軸加工好后，在加熱爐中加熱滾筒到180℃，保溫10 h，出爐、擺正，吊裝新的滾筒軸。按照原位置標(biāo)記裝好齒輪，裝好螺栓螺母等，擰緊。

10）在車床上檢測軸兩端及滾筒上的工藝基準(zhǔn)處同心度，誤差符合圖紙要求。

3.3 焊接注意事項

1）底層焊接要保證根部焊透，蓋面時要控制焊縫防止咬邊，確保焊縫質(zhì)量。

2）焊接完一層要用敲擊器將焊渣清理干凈，并用角磨機(jī)將表面飛濺的鐵渣打磨光滑。

3）焊接全過程要用測溫槍測量焊縫及層間溫度，保持在204℃以上。

4）多層多道焊接時，焊縫要壓在上一道焊縫的一半焊道上進(jìn)行焊接。

5）焊接時，利用鐵錘敲擊輻板去除焊接應(yīng)力。6）使用氣動打渣器，通過打渣器的振動可以減小焊縫應(yīng)力集中。

7）打磨完焊縫，如有缺肉應(yīng)及時進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時要注意咬邊。

8）焊后探傷。焊接完畢后待溫度降至室溫，對焊縫做焊后磁粉探傷，確保整個焊縫無缺陷。

4 結(jié)語

修復(fù)完成后，將修復(fù)后的滾筒重新安裝在設(shè)備上，通過一段時間的實踐檢驗，未出現(xiàn)相關(guān)問題。本次改造成本小、時間快，電鏟迅速恢復(fù)生產(chǎn)，保證了緊張的生產(chǎn)任務(wù)能夠有序進(jìn)行。

［1］WK-55挖掘機(jī)機(jī)械維修手冊［M］.太原：太原重工股份有限公司，2010．

［2］WK-55挖掘機(jī)操作手冊［M］.太原：太原重工股份有限公司，2010．

［3］陳寶國.焊接技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

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［5］荊元昌．露天采礦機(jī)械［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1988．

［6］盧東曉．大型礦用挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置動力學(xué)仿真研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007．

［7］張茂龍，江燕云，錢旭輝，等．大型插入式斜接管與筒體焊接工藝及變形控制技術(shù)［J］.壓力容器，2008，25（6）：28-31．

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【責(zé)任編輯：陳 毓】

Fault causes and repair scheme of WK-55 electric shovel hoisting drum

LU Yunfeng
(Shenhua Zhunneng Group Co.,Ltd.,Ordos 010300,China)

TD422.2+1

B

1671-9816（2017）10-0050-03

2017-05-08

盧云峰（1965—），男，工程碩士，1988年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)任神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司安全監(jiān)察局常務(wù)副局長，長期從事露天煤礦機(jī)電設(shè)備的維修和管理。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.015

盧云峰.WK-55電鏟提升滾筒故障原因及修復(fù)方案［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（10）：50-52.