懸臂式掘進(jìn)機(jī)伸縮臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用

李 常

（大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司綜掘預(yù)備隊， 山西 大同 037024）

引言

懸臂式掘進(jìn)機(jī)由于具有較高的能動性可適用于多種地質(zhì)狀況，其伸縮臂是掘進(jìn)機(jī)的重要部位，然而在煤礦巷道惡劣的工作環(huán)境中，會由于掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割時產(chǎn)生的落煤擊打等出現(xiàn)故障。為保證綜掘工作面安全、高效的生產(chǎn)，必須對懸臂式掘進(jìn)機(jī)伸縮臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)伸縮臂的結(jié)構(gòu)及問題分析

1.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)伸縮臂的結(jié)構(gòu)

某礦采用的懸臂式掘進(jìn)機(jī)伸縮臂為內(nèi)伸縮式結(jié)構(gòu)，包括花鍵套、軸承、保護(hù)筒、外筒、內(nèi)筒和主軸等部件[1]。內(nèi)筒和聯(lián)軸器都被直接固定在掘進(jìn)機(jī)上，采用螺栓將外筒固定在截割減速器上，采用定位銷將花鍵固定在截割減速器的輸出軸上。其中主軸、內(nèi)筒和保護(hù)筒在伸縮液壓油缸的推拉作用下完成伸縮運(yùn)動。此種結(jié)構(gòu)具有緊湊、占用空間小、伸縮靈活的優(yōu)點。

1.2 問題分析

安裝在掘進(jìn)機(jī)伸縮臂前端的軸承為調(diào)心滾子軸承，通過往軸承腔內(nèi)注入潤滑油進(jìn)行潤滑，采用的潤滑油為鋰基潤滑脂，軸承腔的注油口在伸縮臂的前端[2]。此種設(shè)計會造成如下問題：

1）主軸前端采用的是調(diào)心滾子軸承，這種軸承的軸向間隙過大就會導(dǎo)致浮動密封出現(xiàn)破損，一旦浮動密封失效，粉塵可通過游動密封進(jìn)入軸承腔。如果粉塵中含有較多的二氧化硅（硬度比軸承采用材質(zhì)的硬度大），軸承在滾動時會帶動粉塵在軸承腔內(nèi)滑動，在腔內(nèi)留下溝槽，長期如此溝槽會不斷擴(kuò)大導(dǎo)致軸承的配合游隙擴(kuò)大，形成惡性循環(huán)。軸承的游隙過大會造成工作時的溫升過快、過高，振動幅度、噪聲和摩擦力矩也增大，不僅使得潤滑油消耗過快，還會使得軸承壽命縮短。

2）在伸縮臂的前端設(shè)置軸承腔注油口，此設(shè)計不利于加注潤滑油，并且在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時容易被落煤堵塞或者被損壞，空間狹小不利于檢修。

3）采用的潤滑油為鋰基潤滑脂，油脂的潤滑持續(xù)時間持久，但散熱較慢，而且還會損壞浮動密封。采用潤滑脂對浮動密封進(jìn)行潤滑，此種潤滑不利于在密封面之間形成水力潤滑，導(dǎo)致浮動密封無法被完全潤滑，使用壽命大幅縮短。而在軸承腔的內(nèi)部，潤滑脂會因為溫度上升導(dǎo)致黏稠度降低，潤滑脂的密度就會縮小，潤滑性能降低，不僅會導(dǎo)致軸承腔內(nèi)的油脂大量泄漏，還可能會導(dǎo)致潤滑油脂失效。潤滑性能減弱或降低一方面造成部件磨損增大，另一方面還會導(dǎo)致軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩增大。如果潤滑油脂過多，則會形成攪拌效應(yīng)導(dǎo)致扭矩增大。

4）在浮動密封和軸承腔之間設(shè)置內(nèi)噴霧配水裝置旋轉(zhuǎn)水密封，此種設(shè)計一旦旋轉(zhuǎn)水密封出現(xiàn)破損，內(nèi)噴霧管路中的高壓水就會發(fā)生泄漏，不利于浮動密封的工作，并且如果軸承腔內(nèi)進(jìn)水，會導(dǎo)致軸承容易出現(xiàn)疲勞使用壽命縮短，還會加速部件的銹蝕，禍及整個伸縮臂。

5）采用鉆孔的螺塞作為伸縮筒的透氣孔，容易由于截割過程產(chǎn)生的落煤而被堵塞，透氣孔一旦堵塞就會造成腔內(nèi)的壓力過高使得伸縮臂內(nèi)筒與外筒之間的軸向密封破損，導(dǎo)致密封失效而造成保護(hù)筒端面漏油。

2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)伸縮臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1）因為軸承運(yùn)行時的游隙越小，軸承的使用壽命就會越長。為使在運(yùn)行時的游隙盡可能小，常用軸承在安裝時設(shè)有軸向游隙，而圓錐子軸承在組裝時就可設(shè)置游隙。以雙外圈圓錐滾子軸承作為主軸前端軸承，其包括一個整體外圈和兩個單內(nèi)環(huán)。軸承采用此種設(shè)計可以獲得更大的有效跨度，常被用于主要荷載是在傾覆力矩上的設(shè)計。因此改進(jìn)后的主軸前端軸承采用雙外圈圓錐滾子軸承，依靠隔套和原螺母實現(xiàn)軸向預(yù)緊，保證有較高精度的定位和足夠的承載能力，還可解決因軸承軸向游隙過大導(dǎo)致的浮動密封損壞失效[3]。

2）對內(nèi)噴霧的供水管路進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，將密封套置于伸縮臂的頂端，依靠擋塊連接主軸和實現(xiàn)軸向定位。采用水密封擋板和螺栓與進(jìn)水套一起組合實現(xiàn)高壓水路的密封，該部件依靠螺栓和浮封架進(jìn)行聯(lián)接。并且該部件可以直接進(jìn)行整體更換，一旦高壓水封出現(xiàn)損壞，可以直接將該部件拆卸，安裝上備用部件，提高檢修效率，保證掘進(jìn)機(jī)的開機(jī)率；對于損壞的部件可在升井后進(jìn)行仔細(xì)檢查并進(jìn)行更換，然后作為備用部件。利用浮動密封隔開軸承腔和內(nèi)噴霧的進(jìn)水套，并且進(jìn)水套在軸承腔的外部，而且在軸承腔上設(shè)有漏水觀測孔，通過此孔，可以觀測軸承腔是否進(jìn)水，若進(jìn)水可以及時采取措施，解決因高壓水發(fā)生泄漏導(dǎo)致的懸臂直接損壞或腐蝕。

3）加裝一個由空氣過濾器、進(jìn)氣單向閥和排氣單向閥構(gòu)成的預(yù)壓式空氣濾清過濾器，采用該裝置進(jìn)行透氣。在伸縮臂進(jìn)行伸出動作時會吸入空氣，工作面潮濕且含有粉塵的空氣會在過濾網(wǎng)過濾后變成干燥潔凈的空氣通過進(jìn)氣單向閥進(jìn)入內(nèi)腔，此時的腔內(nèi)壓力在預(yù)定壓力之下，排氣單向閥為關(guān)閉的狀態(tài)。在伸縮臂進(jìn)行伸出動作時，內(nèi)腔中的油液的溫度會上升產(chǎn)生油霧，這些油霧會導(dǎo)致內(nèi)腔中的壓力增大，當(dāng)內(nèi)壓高于排氣單向閥的預(yù)定壓力時，單向閥就會打開并向外排氣，避免腔內(nèi)壓力過高。而在伸縮臂縮回時，排氣閥也會自動向外排氣，保證內(nèi)外壓平衡。如此往復(fù)，保證掘進(jìn)機(jī)伸縮臂在執(zhí)行伸縮動作時穩(wěn)定工作，同時延長有關(guān)部件的使用壽命。

4）由于潤滑膜的厚度和軸承的游隙會對軸承的使用壽命造成影響，而溫度直接影響這兩種因素，因此采用散熱性更好的齒輪潤滑油替代鋰基潤滑脂潤滑軸承腔。采用齒輪潤滑油不僅可以解決浮動密封損壞的問題，還可將運(yùn)行時接觸面之間摩擦產(chǎn)生的熱量及時導(dǎo)出，避免熱量集聚，為浮動密封提供充分的潤滑和適宜的溫度。將注油口向后移動，避免截割煤壁時被落煤砸到，并將注油口的直徑適當(dāng)擴(kuò)大，便于注入潤滑油，提高為伸縮臂保養(yǎng)的工作效率。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

某礦對掘進(jìn)機(jī)的伸縮臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，進(jìn)行了為期六個月的工業(yè)試驗，在試驗期間：掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割作業(yè)時伸縮臂內(nèi)腔的溫度由最初的80℃以上降低至現(xiàn)在的45℃以下，液壓元件的磨損降低，浮動密封和注油口在使用期間未出現(xiàn)損壞，伸縮臂的故障率大幅降低。目前，伸縮臂改進(jìn)已被用于該礦的其余兩個綜掘工作面的掘進(jìn)機(jī)，使用情況良好。

4 結(jié)論

對懸臂式掘進(jìn)伸縮臂的優(yōu)化改進(jìn)采用雙外圈圓錐滾子軸承、改進(jìn)內(nèi)噴霧的供水管路、加裝預(yù)壓式空氣濾清過濾器和采用齒輪潤滑油替代鋰基潤滑脂的方案。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用表明，此改進(jìn)方案可以有效提高掘進(jìn)機(jī)伸縮臂的可靠性和穩(wěn)定性。