8750型邁步式吊斗鏟提升/回拉滾筒端軸更換工藝流程探討

吊斗鏟是一種大型的露天采礦設(shè)備，其龐大的體型和超高的效率適合于大型露天煤礦作業(yè)。國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦使用的8750-65型吊斗鏟是美國(guó)卡特彼勒公司（原比塞洛斯公司）生產(chǎn)的世界首臺(tái)也是唯一一臺(tái)無(wú)齒輪傳動(dòng)吊斗鏟，高71米、斗容90立方、回轉(zhuǎn)直徑200米、自重5300噸（圖1），采用了西門子電控系統(tǒng)，兼顧節(jié)能、可靠、效率等眾多優(yōu)點(diǎn)[1]。

2019年8月吊斗鏟50000小時(shí)大修工作正式開始，12月工作結(jié)束。此項(xiàng)大修由設(shè)備維修中心總負(fù)責(zé)，各車間、部門持續(xù)推進(jìn)、精心組織、縝密開展，歷時(shí)113天的檢修，完成各類檢修項(xiàng)目65項(xiàng)，進(jìn)展順利，完成后吊斗鏟運(yùn)轉(zhuǎn)正常開始作業(yè)，此次大修的核心部分內(nèi)容是提升/回拉滾筒端軸的更換，屬于吊斗鏟維修過(guò)程中的首次更換，是大修中的重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)。

圖1 吊斗鏟總體結(jié)構(gòu)圖

1 滾筒端軸更換方案介紹

端軸和方案簡(jiǎn)介：滾筒端軸分為驅(qū)動(dòng)端端軸和非驅(qū)動(dòng)端端軸，是8750-65型邁步式吊斗鏟的心臟部件。其驅(qū)動(dòng)端端軸軸長(zhǎng)1200mm，重量3.7噸；非驅(qū)動(dòng)端端軸軸長(zhǎng)967mm，重量2.9噸；外徑750.21mm。本方案的探討是為了進(jìn)行8750-65型吊斗鏟提升/回拉滾筒端軸的更換，主要內(nèi)容是端軸更換的工藝流程，要求在安全的前提下達(dá)到卡特公司的標(biāo)準(zhǔn)要求，主要分為四個(gè)階段：準(zhǔn)備階段；拆除階段；安裝階段；調(diào)試和檢測(cè)階段[2]。

注意事項(xiàng)：嚴(yán)格按工藝流程進(jìn)行作業(yè)，嚴(yán)禁違反流程作業(yè)；若在執(zhí)行過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)情況需要修改工藝流程，那么必須在任務(wù)執(zhí)行前重新進(jìn)行危險(xiǎn)源的辨識(shí)和防控；更換可能有損壞端軸軸孔的風(fēng)險(xiǎn)，必須注意限制觸點(diǎn)標(biāo)記，在軸孔表面切割時(shí)盡可能不損壞軸孔表面；從軸孔內(nèi)取下端軸后，應(yīng)使用拋光工具檢查和修整孔表面，以清除表面上的任何高點(diǎn)，以確保可達(dá)到最佳的軸孔配合；在刨削完成后30分鐘內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行防火觀察，并且在整個(gè)過(guò)程中采取保護(hù)措施；所有人遵守安全要求，避免人員和設(shè)備損壞；確保流程盡可能高效，提前準(zhǔn)備工器具。

2 滾筒端軸更換工藝流程

2.1 準(zhǔn)備階段

徹底清潔所有污垢、油和油脂的區(qū)域，從該區(qū)域清除10m 半徑的氣割和刨削過(guò)程（抹布、木材、紙張）內(nèi)的所有可燃材料。檢查電機(jī)、滾筒內(nèi)和支架，是否有可燃材料，并將其拆下。按要求設(shè)置可以包含火花、熔渣和金屬渣的收集托盤、防火毯等，在機(jī)架上設(shè)有滅火設(shè)備供使用。在合適的位置安排觀察員監(jiān)控火花和熔渣安全。必須對(duì)所有受限空間的進(jìn)出口進(jìn)行控制和監(jiān)控，以確保人員的安全。在所有密閉空間進(jìn)入之前應(yīng)進(jìn)行通風(fēng)，排除有害氣體。

2.2 拆除工藝流程

在端軸外露部分焊接吊點(diǎn)，并用連接吊車，使吊車承載重物。在端軸靠近輻板50mm 處劃線，以免對(duì)輪轂造成任何損壞，沿劃線部位開始進(jìn)行切割。考慮人員切割軸的位置和切割線選擇合適的切割工具進(jìn)行切割。從機(jī)器上拆下端軸外露的部分，從滾筒的內(nèi)部或外部開始切割軸的剩余部分并縱向插入，不要完全使用噴槍工藝。一旦軸被部分切斷(約80～90%)，然后使用挖孔工藝完成。如果軸的其余部分可以使用千斤頂頂出，則可能不需要完全鑿穿。在滾筒內(nèi)部用1"×760mm 高拉伸螺紋桿安裝原端軸內(nèi)端蓋，并定位液壓千斤頂，在端軸與千斤頂之間墊足夠支撐的鐵板。連接50t 千斤頂與泵，操作泵從軸孔內(nèi)頂出剩余的軸，從機(jī)器上拆下其余的軸，打磨軸孔。

2.3 安裝工藝流程

提前測(cè)量端軸及軸孔（圖2），以確保它們?cè)诔叽缟鲜钦_的（表1），記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)，為使測(cè)量準(zhǔn)確，要分別在不同的點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量[3]。

表1 端軸要求尺寸表

圖2 端軸及軸孔尺寸圖

圖3 液氮浸沒端軸圖

將端軸放在設(shè)計(jì)用于容納液氮（零下196攝氏度）的適當(dāng)容器中進(jìn)行冷卻8～10小時(shí)，以達(dá)到安裝所需的指定尺寸間隙。按規(guī)定將液氮添加到桶中，并繼續(xù)添加液氮使軸保持浸沒狀態(tài)。當(dāng)在整個(gè)冷凍過(guò)程中發(fā)生沸騰，需要隨時(shí)觀察加注液氮（液氮冷卻端軸時(shí)需用時(shí)長(zhǎng)最少8小時(shí)）。提前準(zhǔn)備安裝所需的索具，以便在冷卻后對(duì)軸進(jìn)行起重、定位和安裝，確保要使用的索具設(shè)備適合在極端低溫下使用，如鋼絲繩、鐵鏈等。提前定位外徑千分尺到端軸冷凍后的尺寸，例如可提前將外徑千分尺調(diào)到748.83mm 并固定。

在輻板安裝端軸擋板，用6個(gè)螺栓固定擋板。安裝拔具，用兩根1"×760mm 高拉伸螺紋桿將拔具和千斤頂固定在輻板上，確保拔具兩端到輻板的距離相等，用螺母擰緊。提前調(diào)試拔端軸用的螺桿能順利穿過(guò)拔具和擋板之間，測(cè)量任意兩個(gè)螺栓孔的角度，記錄這個(gè)角度值以備調(diào)整端軸的方向。端軸冷凍后，使用橋式起重機(jī)從液氮桶中吊出端軸并檢查尺寸，確保設(shè)定好的千分尺可通過(guò)軸的A 處。將端軸放置水平位置，使用一根鋼絲繩吊起軸，測(cè)量對(duì)應(yīng)螺栓孔的角度，保持與擋板螺栓孔的角度值一致，保持與軸孔水平度一致。

連接液壓頂升安裝總成。將端軸吊到安裝位置，安裝兩根1400MM的螺紋桿，使用管鉗或雙螺母的方法擰緊螺桿。螺紋桿對(duì)正孔，移動(dòng)吊車，將端軸放置在軸孔內(nèi)。螺紋桿穿過(guò)拔具，安裝螺母并擰緊。拆除兩個(gè)760mm 固定螺紋桿的螺母。操作泵時(shí)千斤頂支撐拔具后退，拔具通過(guò)螺紋桿并開始頂升軸直到完全安裝。安裝擋板與端軸的固定螺栓。保持千斤頂壓力3000psi，直到端軸恢復(fù)到環(huán)境溫度（圖4）。冷凍結(jié)束后，在30分鐘之內(nèi)將端軸安裝到位。

圖4 千斤頂保持壓力圖

3 調(diào)試和檢測(cè)

吊斗鏟滾筒端軸更換結(jié)束后，為保證安裝無(wú)誤和設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，要做好后續(xù)的監(jiān)控和檢查工作：監(jiān)控和檢查有助于檢測(cè)起重和牽引設(shè)備可能出現(xiàn)的任何異常情況，以下建議將在拉索的初始運(yùn)行期間和規(guī)定的周期內(nèi)實(shí)施。

初始24小時(shí)操作。進(jìn)行初始振動(dòng)讀數(shù)以建立基線參考，使用熱攝像機(jī)和記錄在運(yùn)行過(guò)程中每2小時(shí)監(jiān)測(cè)軸承溫度，通過(guò)手動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)并監(jiān)控注射以確認(rèn)操作，檢查潤(rùn)滑情況；48小時(shí)操作。檢查軸承固定螺栓，通過(guò)手動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)并監(jiān)控注射以確認(rèn)操作，檢查潤(rùn)滑情況，檢查楔鍵，連桿螺栓和螺母；1周操作。檢查軸承固定螺栓，通過(guò)手動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)并監(jiān)控注射以確認(rèn)操作，檢查潤(rùn)滑情況，檢查楔鍵，檢查連桿螺栓和螺母；1個(gè)月操作。進(jìn)行振動(dòng)讀數(shù)，檢查軸承固定螺栓，通過(guò)手動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)并監(jiān)控注射以確認(rèn)操作，檢查潤(rùn)滑情況，檢查楔鍵，檢查連桿螺栓和螺母。建議每月繼續(xù)進(jìn)行檢查和監(jiān)測(cè)程序。

4 結(jié)語(yǔ)

8750-65型吊斗鏟5萬(wàn)小時(shí)大型修理是國(guó)內(nèi)首次同類型大修理，此次大修的關(guān)鍵是提升/回拉滾筒端軸更換，在設(shè)備維修中心的統(tǒng)一部署下，中心和吊斗鏟車間的技術(shù)人員經(jīng)過(guò)與卡特公司專家的多次研究探討，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，順利進(jìn)行了端軸的更換，并梳理總結(jié)了此工作的工藝流程，為吊斗鏟大修理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為同行業(yè)大型采掘設(shè)備的維修和研發(fā)也積累了一定經(jīng)驗(yàn)[4]。