董 新，孔二林

（神華準(zhǔn)能集團(tuán)設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

8750吊斗鏟回轉(zhuǎn)立軸軸座基孔系統(tǒng)的修復(fù)

董 新，孔二林

（神華準(zhǔn)能集團(tuán)設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

對8750吊斗鏟回轉(zhuǎn)立軸軸頭斷裂及軸承非正常損壞的原因進(jìn)行了分析，并對軸承杯座及艙頂板軸孔檢修修復(fù)工藝方案進(jìn)行了詳細(xì)論述，闡述了吊斗鏟等大型礦山設(shè)備軸孔類失圓修復(fù)的工藝重要性，為制定其他較大軸孔失圓修復(fù)的工藝方案和措施提供了經(jīng)驗(yàn)。

磨損；嚙合；預(yù)熱；應(yīng)力

1 項(xiàng)目背景

8750吊斗鏟在投入生產(chǎn)運(yùn)行后，其6臺回轉(zhuǎn)減速箱系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)檢修情況統(tǒng)計(jì)見表1，右側(cè)4#—6#回轉(zhuǎn)立軸僅在吊斗鏟25 000 h保養(yǎng)時更換過軸承（1#—6#均更換軸承），至今未發(fā)生過回轉(zhuǎn)立軸損壞或軸承損壞的故障。而從表1中可知左側(cè)1#—3#回轉(zhuǎn)立軸截止目前發(fā)生軸頭斷裂損壞一共斷4根，損壞3盤軸承。2016年3月30日4:30吊斗鏟司機(jī)發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)異音，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)1#回轉(zhuǎn)立軸軸承及下部小齒輪位置著火、回轉(zhuǎn)滾輪著火，用滅火器撲滅回轉(zhuǎn)滾輪處著火點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)底盤內(nèi)仍有明火，通知消防隊(duì)后于5:00到達(dá)消滅火源。滅火后經(jīng)中心技術(shù)人員現(xiàn)場查看著火及設(shè)備損壞情況，發(fā)現(xiàn)1#回轉(zhuǎn)立軸下部軸頭斷裂，小齒輪卡在地板與回轉(zhuǎn)立軸中間。20個回轉(zhuǎn)滾輪存在過火現(xiàn)象，1#回轉(zhuǎn)立軸軸承存在燒灼痕跡，1#回轉(zhuǎn)立軸軸承處地板存在10 mm形變，1#回轉(zhuǎn)立軸與2#回轉(zhuǎn)立軸隔艙中間筋板變形，2#回轉(zhuǎn)減速箱隔艙頂部開裂。初步確認(rèn)起火原因?yàn)?#回轉(zhuǎn)立軸軸頭斷裂，導(dǎo)致相連的小齒輪卡在地板與回轉(zhuǎn)立軸中間，小齒輪與中盤地板摩擦后急劇升溫導(dǎo)致開式齒輪油著火，從而燒毀潤滑管路與其他部件。

2 故障原因分析

通過對表1的統(tǒng)計(jì)分析，對比吊斗鏟右側(cè)4#—6#回轉(zhuǎn)立軸的使用情況，確認(rèn)左側(cè)1#—3#回轉(zhuǎn)立軸的4次斷裂，并非配件使用壽命到限，而是由外因作用引發(fā)的故障損壞。由于回轉(zhuǎn)立軸的斷裂更換檢修存在工期長，檢修難度大，且配件昂貴（1根回轉(zhuǎn)立軸的成本為63萬元，1盤配套軸承為46萬元），嚴(yán)重制約了吊斗鏟的有效生產(chǎn)運(yùn)行，降低了其出動率，增加了故障檢修成本。

通過對2016年3月30日發(fā)生故障損壞的1#—3#回轉(zhuǎn)立軸軸座及周邊相關(guān)部位的觀察與分析，同時進(jìn)行詳細(xì)測量與計(jì)算，結(jié)合吊斗鏟運(yùn)行過程中6臺回轉(zhuǎn)減速箱的工作原理，初步確認(rèn)此次回轉(zhuǎn)立軸的軸頭斷裂損壞主要原因?yàn)檩S座基孔的磨損失圓，以及連接軸座的吊斗鏟主體母板變形損壞，導(dǎo)致在吊斗鏟回轉(zhuǎn)立軸的軸線偏移，在通過小齒輪為大齒圈傳力的過程中，不斷受到回轉(zhuǎn)力的沖擊，最終引發(fā)軸頭斷裂損壞[3]。

由吊斗鏟的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作運(yùn)行原理[1]，即在吊斗鏟運(yùn)行過程中，設(shè)備通過6臺同步的回轉(zhuǎn)電機(jī)帶動6臺回轉(zhuǎn)減速箱同步運(yùn)行，由6臺回轉(zhuǎn)減速箱通過與其相連接的6根底部裝有小齒輪的回轉(zhuǎn)立軸將力傳遞給回轉(zhuǎn)大齒圈，最終帶動吊斗鏟的主機(jī)底盤發(fā)生回轉(zhuǎn)動作。由于6根回轉(zhuǎn)立軸3根為一組，對稱布置在吊斗鏟中心軸左右兩側(cè)，回轉(zhuǎn)立軸分布及結(jié)構(gòu)如圖1所示，且6根回轉(zhuǎn)立軸的中心線與中心軸中心線應(yīng)等距且平行，與小齒輪同中盤大齒圈嚙合中心線等距平行[4]。經(jīng)過分析1#—3#回轉(zhuǎn)立軸的歷次斷裂損壞后的測量數(shù)據(jù)，及其損壞情況，推理得出引發(fā)回轉(zhuǎn)立軸軸頭斷裂或軸承損壞的根本原因?yàn)?#—3#回轉(zhuǎn)立軸的中心線距中心軸中心線的距離發(fā)生了變化，促使6根回轉(zhuǎn)立軸的中心線與中心軸的中心線并非等距平行，故在設(shè)備運(yùn)行傳力過程中1#—3#回轉(zhuǎn)立軸軸頭一端不斷受到回轉(zhuǎn)力的沖擊，最終引發(fā)安裝基孔偏磨，最終導(dǎo)致軸承損壞或軸頭斷裂。

表1 吊斗鏟6臺回轉(zhuǎn)立軸及軸承檢修情況[2]

圖1 回轉(zhuǎn)立軸分布及結(jié)構(gòu)

3 1#回轉(zhuǎn)減速箱位的修復(fù)過程

3.1 1#回轉(zhuǎn)減速箱位損壞情況

回轉(zhuǎn)立軸軸頭斷裂，需更換新軸；軸承損壞，需更換新軸承；艙頂板回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔嚴(yán)重變形、磨損，且艙頂板36條安裝螺栓連接孔嚴(yán)重變形，艙頂板變形，需要對回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔附近1 836 mm×1 836 mm區(qū)域內(nèi)的艙頂板進(jìn)行整體焊接更換，再機(jī)加工基孔的內(nèi)孔徑和上端面、重新配鉆螺栓孔；軸承杯座基孔內(nèi)孔徑和端面磨損，需補(bǔ)焊后機(jī)加工修復(fù)。

3.2 基準(zhǔn)的確定

按照6臺回轉(zhuǎn)減速箱的工作運(yùn)行原理，以中心軸為基準(zhǔn)，進(jìn)行回轉(zhuǎn)立軸的軸線定位，但由于兩軸線間距6 603.49 mm，且艙頂板其它構(gòu)件的位置使得無法進(jìn)行精確測量和定位，故只能另尋基準(zhǔn)。同樣依據(jù)6臺回轉(zhuǎn)減速箱的運(yùn)行原理和特點(diǎn)，通過回轉(zhuǎn)立軸同時同步帶動小齒輪，從而帶動大齒圈運(yùn)行的特點(diǎn)，且小齒輪安裝位并無變形和磨損，故可以通過小齒輪定位后以小齒輪中心軸線定位回轉(zhuǎn)立軸的中心軸線[5]，即2個中心軸線應(yīng)重合。

3.3 艙頂板的焊接更換

1）以回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔為中心，以艙頂板變形最遠(yuǎn)處為距離，即1 836 mm×1 836 mm區(qū)域內(nèi)進(jìn)行劃線，利用氧乙炔切割去除變形的艙頂板，再用碳弧氣刨焊在切割后的艙頂板邊緣加工鈍邊為2 mm的30°半V型破口，最后用角向磨光機(jī)將坡口進(jìn)行打磨加工，去除積碳和氧化層，直至露出金屬光澤。

2）替換鋼板選擇70 mm厚的USA制造材質(zhì)為A36的結(jié)構(gòu)鋼板，在鋼板上進(jìn)行1 836 mm×1 836 mm的下料切割，整體切割和坡口加工切割均使用采用氧乙炔自動切割機(jī)進(jìn)行切割，切割后同樣對鈍邊為2 mm的30°半V型破口進(jìn)行打磨修整，直至露出金屬光澤，艙頂板更換局部簡圖如圖2所示，并在板中央粗加工直徑為1 295 mm的孔。

3）加制作完成的替換板進(jìn)行水平吊裝，并與艙頂板進(jìn)行對接，對接過程中水平及高度確定以艙底板下方與回轉(zhuǎn)大齒圈相互嚙合的小齒輪上端面為基準(zhǔn)，首先將小齒輪吊裝入位，并使其與大齒圈相互嚙合，在通過一遍吊裝替換鋼板一邊測量其下底面到小齒輪上端面的距離H1，圓周均布的4點(diǎn)H1測量值分別為2 948、2 951、2 949、2 950 mm，利用T型固定塊將替換板和艙頂板進(jìn)行點(diǎn)焊定位。

圖2 艙頂板更換局部簡圖

4）A36結(jié)構(gòu)鋼板與艙頂板的對接焊接工藝選用二氧化碳半自動焊接方式，為確保焊縫的各項(xiàng)力學(xué)性能與兩側(cè)母板接近，符合受力要求，故選用直徑為1.6 mm的TM-771焊絲作為填充材料，焊接操作過程中，首先利用氧乙炔火焰烘烤的方式對對接破口進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在70℃左右，打底焊接采取2名焊工對稱分段勻速焊接的方式，使底道焊縫為單面焊雙面成型，且確保焊縫根部焊透，無燒穿、焊瘤、未焊透和夾雜等焊接缺陷，如存在缺陷應(yīng)立即采取磨削重新補(bǔ)焊的工藝措施。底道焊縫完成后，對焊縫采取同樣的焊接操作手法，進(jìn)行多層多道填充焊接。焊縫照面完成后，利用角向磨光機(jī)將焊縫余高打磨至對比相鄰母板為0 mm,使其受力分布均勻，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)。

5）對接焊縫完成后，用無損檢測的方式對焊縫進(jìn)行探傷檢查，確認(rèn)其表面和內(nèi)部均無任何焊接缺陷。

3.4 中心軸線的定位于基孔的精加工

1）將無任何磨損的小齒輪水平放置在與大齒圈相互嚙合的安裝位，利用專用工具把小齒輪與大齒圈嚙合間隙及漸開線的距離調(diào)整好，齒輪的間隙墊為1 mm。

2）在小齒輪上下兩端的支口處安裝2個小支撐中心架，粗調(diào)中心固定，穿入BB6000的鏜桿軸，再分細(xì)調(diào)上下兩端小支撐中心架的8個頂針，使同一小支撐架上均布的4個頂針與小齒輪支口處孔內(nèi)壁的距離相等，使小齒輪的上端面與BB6000鏜桿軸的垂直度不大于0.026 mm，BB6000的鏜桿中心軸線與小齒輪中心軸線應(yīng)完全重合，中心誤差必須在0.02 mm范圍內(nèi)。基孔鏜削加工定位局部示意圖如圖3，記錄數(shù)據(jù)以便日后檢測查詢。

3）在BB6000鏜桿上分別穿入四臂式軸承單元和三臂式軸承單元，在艙底板上確定4個均布的定位點(diǎn)，在艙頂板上確定3個均布的定位點(diǎn)，分別調(diào)整四臂式軸承單元和三臂式軸承單元與各自自制夾具的距離，使距離相等，最終將自制夾具焊接固定在艙底板和艙頂板上。

圖3 基孔鏜削加工定位局部示意圖

4）利用鏜削單元測量軸承杯座基孔的磨損和變形量，測得軸承杯座基孔的補(bǔ)焊量范圍在5～9 mm，取出BB6000鏜桿軸，對軸承杯座進(jìn)行磨損部位的補(bǔ)焊，補(bǔ)焊材質(zhì)選擇J422焊絲[6]，補(bǔ)焊后對焊層實(shí)行緩慢冷卻。

5）穿入BB8000鏜桿軸，并在軸上裝入鏜削單元，重新微調(diào)四臂式軸承單元和三臂式軸承單元并進(jìn)行定位，確認(rèn)BB8000鏜桿軸能夠自由轉(zhuǎn)動，定位無變形或偏移，最后在軸上安裝進(jìn)給單元。在鏜削單元上裝卡刀具，按照待加工孔的尺寸要求進(jìn)行軸承杯座基孔及上端面、回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔及上端面的精加工。加工順序?yàn)橄燃庸苫變?nèi)徑，在加工兩基孔端面。其中回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔精加工尺寸控制在1 330.071～1 330.172 mm，深度為70 mm，車削上端面最大直徑為1 620 mm，并劃出端面法蘭盤上待加工的回轉(zhuǎn)減速箱安裝螺栓孔的中心距所在圓周直徑為1 439.926 mm。軸承杯座基孔精加工尺寸控制在 1 016.025～1016.127mm，深度為 330.45 mm，車削上端面最大直徑為1 200 mm，同時保證兩孔端面的距離H2為2 657.348 mm，兩平面垂直度要求偏差最大為0.076 mm，孔的圓度要求最大偏差為0.025 4 mm。

6）精加工完成后，再次對加工后的各部位尺寸進(jìn)行精確測繪，確認(rèn)其完全符合回轉(zhuǎn)立軸的安裝尺寸要求及加工精度，即精加工后1#回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔實(shí)際尺寸為1 330.10～1 330.12 mm，軸承杯座基孔精加工后實(shí)際尺寸為1 016.02～1 016.03 mm。最后拆卸自制夾具、四臂式軸承單元和三臂式軸承單元等，吊出鏜桿，要求鏜桿與小齒輪整體吊出，不做分離拆除。

7）利用便攜式鉆床沿直徑為1 439.926 mm的定位線，進(jìn)行36個均布的回轉(zhuǎn)減速箱螺栓安裝孔的鉆削加工，尺寸為52.3×65 mm。

4 2#與3#回轉(zhuǎn)減速箱位的修復(fù)過程

4.1 2#與3#回轉(zhuǎn)減速箱位的損壞情況

由于只是軸承杯座基孔與回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔發(fā)生失圓磨損，艙頂板并未發(fā)生變形，故只需采取對發(fā)生磨損失圓的內(nèi)孔進(jìn)行先補(bǔ)焊，再機(jī)加工的工藝修復(fù)方案。對部分回轉(zhuǎn)減速箱安裝螺栓連接孔進(jìn)行擴(kuò)孔修復(fù)。

4.2 具體修復(fù)方法

1）對2#與3#回轉(zhuǎn)減速箱位的軸承杯座基孔和回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔進(jìn)行磨損測量，并確定各自的補(bǔ)焊量，最后按照1#回轉(zhuǎn)減速箱位軸承杯座基孔的補(bǔ)焊工藝進(jìn)行磨損量的補(bǔ)焊操作。

2）利用從1#減速箱位拆卸下來的BB8000鏜桿軸和小齒輪總成，裝入2#回轉(zhuǎn)立軸小齒輪安裝位，調(diào)整好小齒輪與回轉(zhuǎn)大齒圈的嚙合間隙等數(shù)值，確認(rèn)BB8000鏜桿軸與小齒輪中心軸線的距離未發(fā)生改變，鏜桿無變形。

3）在BB8000鏜桿軸上安裝四臂式軸承單元和三臂式軸承單元、鏜削單元等，將自制夾具進(jìn)行焊接定位，調(diào)整四臂式軸承單元和三臂式軸承單元與各自自制夾具的距離，確認(rèn)BB8000鏜桿軸能夠自由轉(zhuǎn)動，定位無變形或偏移，最后在軸上安裝進(jìn)給單元。在鏜削單元上裝卡刀具對各個基孔進(jìn)行最后的精確鏜削加工。

4）2#與3#回轉(zhuǎn)減速箱安裝螺栓安裝基孔為部分修復(fù)，故采取擴(kuò)孔修復(fù)的工藝措施。

5）2#與3#回轉(zhuǎn)減速箱位的相關(guān)基孔精加工完成后，再次對加工后的各部位尺寸進(jìn)行精確測繪，確認(rèn)其完全符合回轉(zhuǎn)立軸的安裝尺寸要求及加工精度，即精加工后2#回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔實(shí)際尺寸為1 330.14～1 330.15 mm，軸承杯座基孔精加工后實(shí)際尺寸為1 016.10～1 016.10 mm。3#回轉(zhuǎn)減速箱安裝基孔實(shí)際尺寸為1 330.17～1 330.18 mm，軸承杯座基孔精加工后實(shí)際尺寸為1 016.12～1 016.13 mm。

5 結(jié)論

經(jīng)過修復(fù)后的1#—3#8750吊斗鏟回轉(zhuǎn)立軸軸座基孔系統(tǒng)的全部安裝尺寸，均在廠家給出的標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍內(nèi)，符合安裝要求?；剞D(zhuǎn)立軸及回轉(zhuǎn)減速箱安裝后，設(shè)備運(yùn)行正常，至今無任何故障發(fā)生。為制定其他較大軸孔失圓修復(fù)的工藝方案和措施提供了經(jīng)驗(yàn)。

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【責(zé)任編輯：解連江】

Repair of 8750 shovel rotary vertical shaft base hole system

DONG Xin,KONG Erlin
(Equipment Repair Center,Shenhua Group Zhungeer Energy Co.,Ltd.,Ordos 010300,China)

The article analyzes the reasons of 8750 shovel rotary vertical shaft fracture and bearing abnormal damage,and elaborates the roof panel and bearing cup holder overhaul repair process.This article expounds the process importance of large mining equipment skip shaft hole class round repair,which provides the experience for producing other larger shaft hole circle repair process scheme and measures.

wear;meshing;preheating;stress

TD422.2+3

B

1671－9816（2017）03－0051－05

2016-11-01

董 新（1983—）男，遼寧錦州人，工程師，工程碩士，畢業(yè)于吉林大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)，曾發(fā)表技術(shù)論文數(shù)篇，獲批實(shí)用新型專利9項(xiàng)，現(xiàn)在神華準(zhǔn)格爾能源有限公司設(shè)備維修中心工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.015

董新，孔二林.8750吊斗鏟回轉(zhuǎn)立軸軸座基孔系統(tǒng)的修復(fù)［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（3）：51-54.