WK-10B 礦用挖掘機(jī)四大機(jī)構(gòu)主要故障檢測(cè)方法

張 建，陳紅權(quán)，尹 力，林震源，陳 勇，陶雪宏，朱龍龍

（1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)有限公司高村鐵礦，安徽馬鞍山 243000；2.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)礦山科技服務(wù)有限公司，安徽馬鞍山 243000）

0 引言

WK-10B 挖掘機(jī)是我國(guó)自行研制的、適用于千萬(wàn)噸級(jí)大型露天礦的主采設(shè)備[1]。馬鋼高村鐵礦于2011 年購(gòu)入該型號(hào)挖掘機(jī)（圖1）。該型號(hào)挖掘機(jī)工作性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，在運(yùn)行的10 年間，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、推壓機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)等部位出現(xiàn)過(guò)故障，使用科學(xué)有效的檢測(cè)方法提高檢測(cè)效率，保障設(shè)備生產(chǎn)效率具有重要的意義。

圖1 WK-10B 礦用挖掘機(jī)

1 機(jī)構(gòu)與原理

（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由并聯(lián)且各自獨(dú)立的兩套機(jī)構(gòu)組成?；剞D(zhuǎn)電機(jī)為立式安裝的雙軸伸結(jié)構(gòu)，下方軸伸安裝回轉(zhuǎn)電機(jī)小齒輪，上方軸伸安裝回轉(zhuǎn)制動(dòng)器制動(dòng)輪?；剞D(zhuǎn)電機(jī)小齒輪帶動(dòng)二軸大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，二軸小齒輪帶動(dòng)三軸大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，三軸小齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)立軸大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)立軸實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。

（2）提升機(jī)構(gòu)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的一級(jí)傳動(dòng)為合流型式，二級(jí)傳動(dòng)為分流型式。提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)二級(jí)斜齒輪減速器到提升卷筒，通過(guò)收放鋼絲繩來(lái)實(shí)現(xiàn)鏟斗的升降。

（3）行走機(jī)構(gòu)是一套集中且獨(dú)立的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的合流式結(jié)構(gòu)，由行走電機(jī)、左/右離合器、梅花形彈性聯(lián)軸節(jié)、行走制動(dòng)器、行走減速器、潤(rùn)滑系統(tǒng)、調(diào)整墊片、聯(lián)接螺栓等組成。行走電機(jī)通過(guò)梅花形彈性聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)一軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一軸軸齒輪與二軸大齒輪嚙合，二軸軸齒輪帶動(dòng)三軸大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，三軸小齒輪帶動(dòng)四軸大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，四軸通過(guò)左/右離合器將動(dòng)力傳遞左/右邊軸，邊軸小人字齒輪帶動(dòng)大人字齒輪，大人字齒輪通過(guò)主動(dòng)軸傳遞主動(dòng)輪，主動(dòng)輪和履帶鏈采用亞節(jié)距嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。

（4）推壓機(jī)構(gòu)：推壓電機(jī)通過(guò)軸頭齒輪帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪通過(guò)氣囊力矩限制器將動(dòng)力傳遞給二軸，二軸軸齒輪帶動(dòng)推壓軸大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推壓大軸帶動(dòng)兩側(cè)推壓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推壓齒輪與齒條嚙合，實(shí)現(xiàn)鏟桿推壓和伸縮功能。

2 常見(jiàn)故障分析

挖掘機(jī)常見(jiàn)的故障是減速器油泵的損壞，一般故障表現(xiàn)為潤(rùn)滑不良和齒輪、軸損壞。推壓機(jī)構(gòu)為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，無(wú)法使用稀油潤(rùn)滑，因此只能使用干油潤(rùn)滑?；剞D(zhuǎn)減速箱、提升減速箱和行走減速箱箱體較大，高山鐵礦采用的是稀油自循環(huán)潤(rùn)滑方式，這種自潤(rùn)滑方式具有只要加大油量就可以有效避免因回油不暢吸空而失潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)[2]。這種自潤(rùn)滑方式的缺點(diǎn)是，當(dāng)齒輪之間經(jīng)歷了一段時(shí)間的正常磨損和疲勞磨損，磨下的顆粒會(huì)殘留在潤(rùn)滑油中，并隨著潤(rùn)滑油一起參與到齒輪的嚙合過(guò)程中，此時(shí)磨損的形式除了普通磨損和疲勞磨損，還會(huì)混合磨料磨損[3]，從而加劇齒輪的磨損，使齒輪嚙合間隙變大，出現(xiàn)噪聲，由于減速箱的小齒輪轉(zhuǎn)速高、軸細(xì)，會(huì)出現(xiàn)小齒輪崩壞、軸斷裂的事故。

3 檢測(cè)方法

針對(duì)上述常見(jiàn)故障，常用的檢測(cè)方法如下：

首先是定期檢測(cè)、更換潤(rùn)滑油。一般是通過(guò)觀察潤(rùn)滑油的清潔度來(lái)判斷是否需要更換潤(rùn)滑油，這種方法簡(jiǎn)單而且可行度高，但是由于每次觀察都需要打開(kāi)密封的減速箱，操作復(fù)雜，而且挖掘機(jī)工作地點(diǎn)為礦山，每次打開(kāi)減速箱都有可能導(dǎo)致外界灰塵進(jìn)入減速箱，因此可以在減速箱上設(shè)置專(zhuān)門(mén)的采樣口，便于采樣，或者利用連通器原理，將減速箱改造出一個(gè)觀察區(qū)，可以直接觀察到箱內(nèi)的油是否清潔。

其次是定期檢查齒輪。由于減速器是密封的，檢測(cè)齒輪是否故障也成為一大難點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)通常通過(guò)聲音來(lái)判斷減速箱內(nèi)的齒輪是否發(fā)生損壞，這種判斷標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)而缺乏科學(xué)指導(dǎo)，對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)要求高，不適合新手操作，因此需要有一種科學(xué)有效的方法來(lái)指導(dǎo)判斷，一是可以減少對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)的要求，減少用人成本，二是科學(xué)性較強(qiáng)、判斷準(zhǔn)確，可以節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。

減速箱齒輪故障的判斷方法有以下5 種[4]：

（1）磨損殘余物分析法：通過(guò)從潤(rùn)滑油中提取出磨損殘余物，根據(jù)殘余物的數(shù)量和大小來(lái)判斷磨損程度。

（2）振動(dòng)檢測(cè)法：通過(guò)傳感器收集振動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)振動(dòng)數(shù)據(jù)繪制振動(dòng)曲線，正常減速箱內(nèi)的振動(dòng)呈周期性，并且每個(gè)波峰波谷的大小相當(dāng)，如果某個(gè)異樣波出現(xiàn)，即振動(dòng)敏感點(diǎn)，則說(shuō)明箱內(nèi)出現(xiàn)損壞。

（3）聲發(fā)射診斷法：利用發(fā)聲設(shè)備發(fā)出聲波，然后利用傳感器接收返回的聲信號(hào)，由軟件自動(dòng)處理分析是否出現(xiàn)損壞。

（4）光纖傳感技術(shù)診斷法：監(jiān)測(cè)齒輪溫度、頻率等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常波動(dòng)，就會(huì)反饋給光纖傳感器，由專(zhuān)業(yè)軟件分析是否出現(xiàn)異常。

（5）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)診斷法：利用振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域、頻率來(lái)判斷是否出現(xiàn)故障。聲發(fā)射診斷法需要消除背景噪聲，不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

光纖傳感技術(shù)診斷法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)診斷法成本較高，不適用于礦山現(xiàn)場(chǎng)工作。磨損殘余物分析法簡(jiǎn)單實(shí)用，但是每次采樣和分析耗費(fèi)時(shí)間，還有可能因開(kāi)啟減速箱導(dǎo)致灰塵進(jìn)入。振動(dòng)檢測(cè)法不需要打開(kāi)減速箱就可以檢測(cè)，快速有效，因此更適用于礦用挖掘機(jī)減速箱齒輪損壞檢測(cè)。

最后需要注意定期檢測(cè)油泵的工作狀態(tài)。目前現(xiàn)場(chǎng)缺乏油泵狀態(tài)檢測(cè)的措施和手段，每次都是泵壞了之后再維修或者更換，效率非常低，而且泵損壞之后如果不及時(shí)停機(jī)還會(huì)連帶損壞減速器內(nèi)其他部件。如果使用振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，不僅可以檢測(cè)齒輪的損壞，還可以以同樣的原理用于監(jiān)測(cè)油泵的運(yùn)行狀態(tài)[5]，防患于未然，避免在工作的關(guān)鍵步驟出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而避免巨大損失。

4 總結(jié)

WK-10B 挖掘機(jī)的故障主要出現(xiàn)在減速箱內(nèi)，為了避免工作過(guò)程中發(fā)生意外，日常的檢修至關(guān)重要。潤(rùn)滑油的更換往往以肉眼觀察渾濁度為標(biāo)準(zhǔn)，但是每次取樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還可能在油中混入新的灰塵，因此可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的采樣口或者觀察室。傳統(tǒng)的齒輪損壞檢測(cè)是通過(guò)聲音來(lái)判斷，經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，準(zhǔn)確度無(wú)法保證，而泵的損壞則缺少檢測(cè)手段，只能損壞后再更換，效率低、風(fēng)險(xiǎn)大。采用科學(xué)的振動(dòng)檢測(cè)手段，不僅可以檢測(cè)出齒輪損壞，還可以檢測(cè)油泵的狀態(tài)，方便快捷，而且準(zhǔn)確性高，可以在事故發(fā)生前防患于未然，極大地提高工作效率、降低維修成本。