WK-10B 型礦用電鏟支輪裝置改進(jìn)分析

高宇，劉澤

（國(guó)能寶日希勒能源有限公司設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 陳旗 021599）

WK-10B 型礦用電鏟是由山西太原重工股份有限公司研制并生產(chǎn)的一種礦用大型機(jī)械，在國(guó)內(nèi)露天礦場(chǎng)開采中應(yīng)用比較廣泛，目前已經(jīng)售出200 多臺(tái)。支輪裝置作為WK-10B 型礦用電鏟行走機(jī)構(gòu)的重要組成部分，受到的磨損程度一直較大，其維修保養(yǎng)的頻率更高，由于原有的支輪裝置采用的是整體式鍛造結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致支輪一旦出現(xiàn)裂紋就會(huì)使整個(gè)支輪完全報(bào)廢，這大大增加了支輪的維護(hù)費(fèi)用，因此有必要對(duì)WK-10B 型礦用電鏟的支輪裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以提升支輪裝置的使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用。

1 工程背景

國(guó)能寶日希勒能源有限公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)陳旗寶日希勒鎮(zhèn)，目前已購(gòu)買和正在使用4 臺(tái)WK-10B 型礦用電鏟，主要由提升機(jī)構(gòu)、推壓機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、開斗機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)組成。WK-10B 采用直流電機(jī)，整機(jī)噸位490t，鏟斗容量12m3，額定功率750kW，行走速度0.69km/h，接地比壓253kPa，爬坡能力13%，最大挖掘半徑18.9m，最大挖掘深度2.2m，最大挖掘高度13.53m，最大卸載高度8.6m。見圖1。露天礦采場(chǎng)煤塵大，春季風(fēng)沙大，風(fēng)力最大等級(jí)達(dá)到8 級(jí)，最大風(fēng)速達(dá)到17m/s，年平均溫度為-2.6℃，極端最高和最低氣溫分別為40℃和-50℃，平均積雪天數(shù)為149d/年，最長(zhǎng)積雪天數(shù)達(dá)到178d/年，最大積雪深度為23cm，在如此極端天氣下，對(duì)WK-10B 各機(jī)構(gòu)的工作性能提出了更高要求。

圖1 WK-10B 露天開采示意

支輪作為行走機(jī)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)電鏟的移動(dòng)靈活性和生產(chǎn)效率具有重要影響。WK-10B 型礦用電鏟現(xiàn)使用支輪為整體式鑄造型，一旦存在缺陷則可能出現(xiàn)輪體開裂情況，直接導(dǎo)致整個(gè)支輪報(bào)廢，同時(shí)支輪與支輪軸的更換工作需拆解履帶鏈，檢修需要耗費(fèi)大量的人力和物力，工作量大，且需要耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。因此有必要對(duì)WK-10B 型礦用電鏟支輪裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造以保證在設(shè)備每個(gè)大修期內(nèi)支輪裝置不發(fā)生故障，同時(shí)支輪應(yīng)該為可拆卸式，這樣可以最大程度減輕維修作業(yè)人員的工作量。

2 支輪改造技術(shù)路線

2.1 改造技術(shù)目標(biāo)

為了提高支輪的使用壽命，同時(shí)減小維修作業(yè)時(shí)的拆卸工作量，提出從結(jié)構(gòu)、工藝和材質(zhì)三個(gè)方面對(duì)支輪進(jìn)行改造；（1）對(duì)支輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將支輪整體式結(jié)構(gòu)更換為分體式鍛造結(jié)構(gòu)；（2）將支輪軸套更換為多基G-57 材料的免維護(hù)耐磨材料；（3）在支輪裝置上增加防塵密封裝置。

2.2 支輪結(jié)構(gòu)及工藝改造

原支輪結(jié)構(gòu)為整體式結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)問題容易導(dǎo)致支輪整體報(bào)廢，而且維修過程的工作量很大，因此首先需要將支輪結(jié)構(gòu)由整體式改進(jìn)為分體式鍛造結(jié)構(gòu)。分體式鍛造結(jié)構(gòu)是一個(gè)將大中型復(fù)雜構(gòu)件拆分成兩個(gè)或者兩個(gè)以上的鍛造工藝，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗和成本低等特點(diǎn)，通過最佳工藝方案和最小投入獲得最優(yōu)的產(chǎn)品和效益。

具體結(jié)構(gòu)改造方案為：支重輪采用全鍛造結(jié)構(gòu)，外緣磨損后可更換，支重輪支撐段臺(tái)階外部套接固定有外輪套，臺(tái)階外圓圓周輪廓和外套輪的內(nèi)輪轂相應(yīng)，采用分體式設(shè)計(jì)，支重輪在使用一個(gè)大修期后，外緣磨損的支重輪外套可以隨意更換，外套表面采用U 字型熱處理工藝，表面熱處理硬度達(dá)到HRC55-60，深度達(dá)到4cm 以上，使輪緣在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)卷邊現(xiàn)象。分體式鍛造結(jié)構(gòu)支輪見圖2。

圖2 分體式鍛造結(jié)構(gòu)支輪

鍛造工藝改進(jìn)：當(dāng)支輪采用整體式鍛造結(jié)構(gòu)時(shí)，需要經(jīng)歷下料→加熱到1200℃，鐓粗→二次加熱出爐，摳出支輪孔→三次加熱出爐，采用合模鍛造，切除飛邊和沖洗掉內(nèi)孔連篇皮等步驟，而采用分體式鍛造結(jié)構(gòu)時(shí)，僅需要兩次加熱出爐，然后拼接起來即可，合格率可達(dá)99.8%，同時(shí)生產(chǎn)效率提升了50%，同時(shí)對(duì)輪緣構(gòu)件采取淬火處理工藝，可顯著提升支輪的硬度和耐磨性，增加支輪的實(shí)際使用壽命。

2.3 支輪軸套材料改造

原有支輪軸套采用鋁青銅ZQAL9-4 材質(zhì)，因含有鋁、鐵、鎳、錳等元素，具有很好的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，同時(shí)還具備較好的耐高溫性和抗氧化性，但是在使用過程中需要對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑使用，否則耐磨性能將大大降低，為了達(dá)到免維護(hù)的效果，將支輪軸套材質(zhì)更換為多基G-57 耐磨材料，該材質(zhì)可免潤(rùn)滑使用，耐磨性好，更換多基G-57 耐磨材料后，可以是支輪與軸套接觸時(shí)，可以使軸套對(duì)支輪軸無磨損，提高支重輪和支輪軸的使用壽命至40000h。多基G-57 免維護(hù)耐磨軸套示意見圖3。

圖3 多基G-57 免維護(hù)耐磨軸套

2.4 支輪防塵密封裝置改造

由于露天礦采場(chǎng)煤塵大，春季風(fēng)沙大，當(dāng)這些粉塵進(jìn)入支輪后，很容易造成支輪磨損，從而影響使用壽命，故設(shè)計(jì)了一種新式防塵密封圈，該密封圈分別嵌設(shè)于支輪的內(nèi)側(cè)壁上，軸承套位于兩密封件之間，軸承套的端面與密封件緊密接合，見圖4。安裝該防塵密封裝置后，一方面可以對(duì)軸套進(jìn)行封堵，另一方面可以起到防止粉塵進(jìn)入以及收集粉塵的作用，從而避免對(duì)支輪造成損傷。該防塵密封裝置防塵效果好、安裝拆卸和更換方便，可定期進(jìn)行清理、使用壽命長(zhǎng)。

圖4 新式防塵密封裝置

3 改造前后對(duì)比

WK-10B 型礦用電鏟支輪裝置改進(jìn)前后對(duì)比見表1。從表1 中可知，將支輪由整體式鍛造結(jié)構(gòu)改為輪緣和輪體兩個(gè)分體式鍛造結(jié)構(gòu)，再將輪緣進(jìn)行淬火處理，不僅提高了支輪使用壽命，而且輪緣磨損后可進(jìn)行更換，輪體則可以重復(fù)使用，節(jié)省了維修材料費(fèi)用；將支輪軸套材質(zhì)更換為多基G-57 耐磨材料，可在免維護(hù)條件下使支輪的使用壽命提升至40000h；將設(shè)計(jì)的新式防塵密封圈應(yīng)用到支輪兩側(cè)后，可以到較好的防塵止水效果，安裝拆卸石粉方便，拆卸下來的密封圈可進(jìn)行清理后重復(fù)使用，大大降低了維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了支輪的使用壽命。

表1 支輪裝置改進(jìn)前后對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于WK-10B 型礦用電鏟在復(fù)雜工作環(huán)境下支輪易于磨損和開裂，支輪維護(hù)費(fèi)用高、整支報(bào)廢率高的問題，從結(jié)構(gòu)、藝和材質(zhì)三個(gè)方面對(duì)支輪進(jìn)行了改進(jìn)，并得出如下結(jié)論：（1）原支輪結(jié)構(gòu)為整體式鍛造，維修工作量大，整支報(bào)廢率高，將整體式鍛造更換為輪緣和輪體兩個(gè)分體式鍛造結(jié)構(gòu)，并對(duì)輪緣進(jìn)行淬火處理，可顯著提升支輪的硬度和耐磨性，輪緣磨損后可以隨意更換，而輪體可重復(fù)使用。（2）將支輪軸套由鋁青銅ZQAL9-4 材質(zhì)更換為多基G-57 耐磨材料，可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)運(yùn)行，軸套對(duì)支輪軸無磨損，使用壽命提升至40000h 以上。（3）設(shè)計(jì)了一種新式防塵密封裝置，可對(duì)支輪起到很好的防塵、防水效果，可做到定期清理，重復(fù)使用和安裝拆卸方便。