久益LWS512采煤機(jī)液壓油箱冷卻系統(tǒng)改造

朱亞軍

(神華神東煤炭集團(tuán)公司 維修中心，內(nèi)蒙古 伊金霍洛旗 017200)

0 引言

久益采煤機(jī)冷卻均采用水冷卻，液壓油箱也不例外。原設(shè)計油箱內(nèi)通過一根2英寸的鋼管作為冷卻水道，冷卻面積小、冷卻效果差；并且連通采煤機(jī)左右水冷卻系統(tǒng)的水道彎角連接處采用管螺紋聯(lián)接，由于長期水銹蝕出現(xiàn)滲漏，導(dǎo)致液壓油箱內(nèi)油液乳化，液壓元件故障增多，設(shè)備無法正常運行。同時，冷卻水道設(shè)計不合理，冷卻效果差，導(dǎo)致泵和泵電機(jī)高溫?fù)p壞。為了從根本上避免此類事故的發(fā)生需要對液壓油箱冷卻水道進(jìn)行改造。

1 液壓油箱冷卻系統(tǒng)分析

LWS512采煤機(jī)是久益7LS06型設(shè)備，于2003年3月引進(jìn)，同機(jī)型設(shè)備在神東礦區(qū)共有7臺。打開液壓油箱觀察窗發(fā)現(xiàn)，冷卻水道彎角處雖然采用管螺紋聯(lián)接，但是接頭處已全部被點焊加固，無法再次緊固。排除故障只能整體更換液壓油箱內(nèi)冷卻水道，可是觀察窗太小，如何更換如此“龐大”的冷卻水道成為難題。經(jīng)過多方論證后，終于找到了可行的改造方案。即利用半自動火焰切割機(jī)將液壓油箱后側(cè)板平整地切割下來，更換完改造后的冷卻水道，再開坡口焊接后側(cè)板，此項改造必須具備較強的焊接理論分析能力和操作技能。

1.1 原油箱冷卻系統(tǒng)設(shè)計

冷卻水道彎角：冷卻水道彎角處采用管螺紋聯(lián)接，雖然可以做到裝配尺寸可控，但由于煤機(jī)在采煤過程中的振動可能導(dǎo)致其松動，所以要點焊加固?？墒怯^察窗太小，只能是發(fā)現(xiàn)故障原因，無法在出現(xiàn)滲漏的情況下進(jìn)行緊固。

冷卻面積：原冷水道設(shè)計不合理，冷卻面積小，導(dǎo)致冷卻效果差。改造前冷卻系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 油箱原冷卻系統(tǒng)

1.2 材質(zhì)及焊接參數(shù)分析

油箱材質(zhì)及焊接材料：液壓油箱材質(zhì)為ASTMA572GRADED(ASTM：美國標(biāo)準(zhǔn)碳素鋼；A572：碳素鋼種類；GRADE：質(zhì)量等級；D：質(zhì)量為D級)?？估瓘姸?90 N/mm2，抗彎強度為488 N/mm2。此類鋼相當(dāng)于我國牌號為Q420的低合金高強度鋼，這種鋼材是正火后，母材組織為細(xì)晶粒鐵素體加珠光體。其碳當(dāng)量較高，有比較明顯的淬硬傾向。這類鋼的焊接工藝原則是適當(dāng)調(diào)整焊接熱輸入和預(yù)熱溫度，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度。由于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊與焊條電弧焊相比，特別是藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，具有高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、焊接變形和應(yīng)力小，焊接質(zhì)量高的特點。且藥芯焊絲LW-71，抗拉強度為565 N/mm2，抗彎強度為610 N/mm2，符合使用要求，所以確定選其為焊接材料。

焊接參數(shù)分析：焊接熱輸入對焊接的質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響很大。①焊接電流過小，電弧不穩(wěn)定，熔深小，易造成未焊透和夾渣等缺陷，而且生產(chǎn)率低；電流過大，則焊縫容易產(chǎn)生咬邊和燒穿等缺陷，同時引起飛濺。因此，焊接電流必須選擇適當(dāng)，一般可根據(jù)焊絲直徑按經(jīng)驗進(jìn)行選擇，再根據(jù)焊縫位置、接頭形式、焊接層次、焊件厚度等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；②電弧電壓是由弧長決定的。電弧長，電弧電壓高；電弧短，則電弧電壓低。電弧電壓的大小主要影響焊縫的熔寬。焊接過程中電弧不宜過長，否則，電弧燃燒不穩(wěn)定，增加金屬的飛濺；而且還會由于空氣的侵入，使焊縫產(chǎn)生氣孔。因此，焊接時力求采用短電弧操作；③焊接速度的大小直接關(guān)系到焊接的生產(chǎn)率。為獲得最大的焊接速度，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下，采用較大的焊接電流，同時還應(yīng)按具體情況適當(dāng)調(diào)整焊接速度，盡量保證焊縫的高低和寬窄一致。

1.3 焊接應(yīng)力分析

焊接應(yīng)力：影響焊接應(yīng)力的因素很多，也較復(fù)雜，根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)和焊接過程的特點，主要影響因素有：①焊接件的坡口形式和尺寸；②焊接材料的性能；③結(jié)構(gòu)本身的剛性及焊接時外加的剛性拘束大小(焊接胎夾具，定位焊等)；④所選用的焊接方法；⑤焊接條件(預(yù)熱、層間溫度、后熱等)、焊接熱輸入及焊接操作方法等；⑥焊接接頭的性能。

減小焊接應(yīng)力的措施：①盡可能減少焊縫的數(shù)量和填充的金屬量；②盡可能選用對稱的構(gòu)件截面和焊縫位置；③盡可能地減小焊縫截面尺寸；④采用合理的裝配順序；⑤盡量避免焊縫相交。

2 油箱冷卻系統(tǒng)改造

2.1 增加冷卻水道

打開觀察窗，利用半自動火焰切割機(jī)，將液壓油箱后側(cè)板平整地切割下來。根據(jù)壓力大小的使用要求及油路原理，對液壓油箱冷卻水道進(jìn)行改造，由彎管替代管螺紋聯(lián)接。使用和原設(shè)計相同規(guī)格的鋼管，并用卡具和工裝彎制成冷卻水道，保證液壓油箱上的孔距2 710 mm，根據(jù)液壓油箱吸油、回油原理，在原有冷卻水道設(shè)計的基礎(chǔ)上再增加一條支流，以增加冷卻水道的冷卻面積。水道組焊制完成后打壓6.5 MPa，保壓15 min，無滲漏后可泄壓排水。冷卻水道組對焊接在液壓油箱內(nèi)，并再次打壓檢驗。這樣做既減少了焊縫數(shù)量又能更好地保證冷卻水道質(zhì)量，改造后的冷卻系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后的油箱冷卻水系統(tǒng)

2.2 焊接工藝

焊接方法：考慮到后側(cè)板尺寸較大，長度為3 060 mm，寬度為590 mm，厚度為20 mm，采用開32°單邊V形坡口進(jìn)行焊接。這樣實施操作的原因有：①結(jié)構(gòu)的特殊性和可操作性；②焊接應(yīng)力及變形；③焊接熱輸入及工作效率。

焊接后側(cè)板：①校平整變形的后側(cè)板，并用電動砂布片把坡口周邊打磨出金屬光澤，用角磨機(jī)修整出1～1.5 mm的鈍邊尺寸，以防止燒穿；②后側(cè)板在定位焊后采取預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150～200 ℃，選用直徑為1.2 mm的焊絲。在焊接時先焊橫向焊縫，由于焊縫較長，容易產(chǎn)生變形，焊接過程中均采用分段退焊法、多層多道焊，每段焊接收尾填滿弧坑。焊接完成后用錘擊焊縫等措施消除應(yīng)力及裂紋的產(chǎn)生。最后，安裝好檢查窗，對液壓油箱進(jìn)行水壓試驗。焊接的工藝參數(shù)見表1。

表1 焊接參數(shù)

2.3 綜合分析

改造后的冷卻水道采用彎制鋼管來代替管螺紋聯(lián)接，有效地改變了彎角處的滲漏，合理地增加冷卻水道的冷卻面積，明顯改善了冷卻效果。焊接后側(cè)板時，無論從焊接材料、坡口形式、工藝參數(shù)、過程控制和最后的檢驗都保證了焊接質(zhì)量，減小了焊接應(yīng)力和變形。

3 結(jié)語

久益7LS06型采煤機(jī)是目前神東礦區(qū)的主力機(jī)型之一，能否正常使用直接影響著集團(tuán)全年生產(chǎn)任務(wù)的完成量。LWS512采煤機(jī)液壓油箱未改造前因液壓油乳化和高溫導(dǎo)致的液壓故障頻發(fā)，配件費用增加，據(jù)統(tǒng)計，僅配件費用當(dāng)年就增加了21萬元。改造后的LWS512采煤機(jī)在投入使用2個多月，沒有發(fā)現(xiàn)液壓油乳化和高溫現(xiàn)象，又經(jīng)過了500萬t的產(chǎn)煤量，該采煤機(jī)也未出現(xiàn)上述問題。此項改造技術(shù)已經(jīng)在此類機(jī)型及相近機(jī)型中推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯，并為今后該設(shè)備的國產(chǎn)化制造提供了依據(jù)。