牟少良

摘 要：WJ-2型鏟運(yùn)機(jī)是目前國(guó)內(nèi)礦山掘進(jìn)裝載工作中使用最普遍的一種機(jī)型，在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)故障。文章在論述地下鏟運(yùn)機(jī)中央鉸接點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式、對(duì)各鉸接結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上對(duì)WJ-2型鏟運(yùn)機(jī)中央鉸接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：WJ-2地下鏟運(yùn)機(jī)；中央鉸接；結(jié)構(gòu)改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0048-02

地下鏟運(yùn)機(jī)因其使用場(chǎng)所限制，要求其具有轉(zhuǎn)向半徑小，移動(dòng)靈活等特點(diǎn)。因此地下鏟運(yùn)機(jī)多采用前后機(jī)架中央鉸接結(jié)構(gòu)型式。該結(jié)構(gòu)相比地下傳統(tǒng)車(chē)型的非轉(zhuǎn)向剛性車(chē)架轉(zhuǎn)彎半徑小，前后機(jī)架便于制造和拆裝。對(duì)于礦井口尺寸達(dá)不到鏟運(yùn)機(jī)尺寸或罐籠等井下提升設(shè)備尺寸不滿足鏟運(yùn)機(jī)整體尺寸，鏟運(yùn)無(wú)法投放下井使用的情況下，因其使用的中央鉸接結(jié)構(gòu)可以將鏟運(yùn)機(jī)前后機(jī)架拆解兩半后進(jìn)行運(yùn)輸下井，然后在井下對(duì)前后機(jī)架再進(jìn)行快速鉸接組裝。改結(jié)構(gòu)大大減少因前期構(gòu)建過(guò)程中井口小或提升設(shè)備小對(duì)井下用鏟運(yùn)機(jī)型號(hào)大小的限制，并提高再組裝的工作效率。該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小的特點(diǎn)也特別適合于井下狹窄場(chǎng)地的作業(yè)條件。

WJ-2地下鏟運(yùn)機(jī)一種斗容為2m2的內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)，在中小型礦山采掘運(yùn)輸過(guò)程中普通使用，是鏟運(yùn)機(jī)的主力機(jī)型。該機(jī)型是我國(guó)80年代在引進(jìn)消化吸收美國(guó)Wagner技術(shù)的基礎(chǔ)上自行研制的一種機(jī)型。在長(zhǎng)期的井下使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)型中央鉸接結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)螺栓松脫、鉸接體開(kāi)裂，軸承損壞等失效問(wèn)題。

中央鉸接部位使地下鏟運(yùn)機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部位。在實(shí)際使用過(guò)程中，井下使用惡劣環(huán)境。地面凹凸不平的石塊路，導(dǎo)致車(chē)架鉸接處不僅承受很大的軸向力，而且還承受很大的徑向剪切應(yīng)力和很大的扭矩；井下潮濕高溫的環(huán)境導(dǎo)致車(chē)架鉸接極易出現(xiàn)故障。

1 鏟運(yùn)機(jī)鉸接結(jié)構(gòu)常見(jiàn)類(lèi)型及分析

地下鏟運(yùn)機(jī)中央結(jié)構(gòu)型式主要有單臂種形式：?jiǎn)伪坫q接形式、雙臂鉸接形式。其中雙臂鉸接形式又分為銷(xiāo)套式、球鉸式和圓錐式。

1.1 單臂鉸接式

圖1是單臂鉸接結(jié)構(gòu)圖。單臂鉸接結(jié)構(gòu)形式鏟運(yùn)機(jī)前后機(jī)架采用單臂鉸接。銷(xiāo)軸通過(guò)1圓形螺母鎖緊，防止上下竄動(dòng)。鎖止螺母的作用是把銷(xiāo)軸和螺母連為一體，使螺母和銷(xiāo)軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止螺母松動(dòng)。鉸接結(jié)構(gòu)上下間隙通過(guò)調(diào)整墊圈進(jìn)行調(diào)節(jié)。改結(jié)構(gòu)因?yàn)椴捎脝伪圻B接，減少了上下兩臂同軸度加工進(jìn)度就該結(jié)構(gòu)的影響，使用壽命較長(zhǎng)。該結(jié)構(gòu)受限于上下方向尺寸，多用于斗容1m3以下的小型鏟運(yùn)機(jī)。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，耐使用；出現(xiàn)的失效形式多為后機(jī)架上下板前后方向出現(xiàn)橢圓式磨損。

1.2 雙臂鉸接式

雙臂式鉸接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便來(lái)說(shuō)就是在上下結(jié)構(gòu)中采用兩套單臂鉸接形式，該結(jié)構(gòu)適用于斗容2m3以上鏟運(yùn)機(jī)使用。改結(jié)構(gòu)增加了上下結(jié)構(gòu)鉸接尺寸，改善了單臂鉸接結(jié)構(gòu)的鉸接受力情況。但是該種結(jié)構(gòu)因采用兩套單臂式結(jié)構(gòu)，對(duì)兩套單臂結(jié)構(gòu)間同軸度要求較高，加工精度要求高，加工成本高。雙臂式鉸接結(jié)構(gòu)上下兩個(gè)單臂式鉸接一般結(jié)構(gòu)相同，零部件便于共用和互換，經(jīng)濟(jì)性高。

1.2.1 關(guān)節(jié)軸承式。關(guān)節(jié)式是目前常用的一種鉸接形式，我公司W(wǎng)J-2型地下鏟運(yùn)機(jī)即采用該種結(jié)構(gòu)。圖2中銷(xiāo)軸通過(guò)上蓋12銑出的長(zhǎng)形孔鎖定，使用時(shí)不能和車(chē)架相互轉(zhuǎn)動(dòng)。上下方向通過(guò)關(guān)節(jié)軸承6和上蓋12定位，使銷(xiāo)軸不上下竄動(dòng)。該機(jī)構(gòu)上下間隙通過(guò)調(diào)整擋圈8調(diào)整。前機(jī)架上裝有球鉸軸承，關(guān)節(jié)軸承的調(diào)心作用，改善了銷(xiāo)軸的受力情況，同時(shí)降低了對(duì)加工時(shí)同軸度的影響，便于加工和裝配。軸承的上下裝有油封，既避免了注入的潤(rùn)滑油脂流出，又避免外界泥沙侵入關(guān)節(jié)軸承，避免了關(guān)節(jié)軸承的磨損，增加了使用壽命。

1.2.2 銷(xiāo)套式。圖3為銷(xiāo)套式結(jié)構(gòu)圖，前后機(jī)架通過(guò)銷(xiāo)軸直接連接，上下通過(guò)鎖板定位。后車(chē)架在前車(chē)架鉸接部位中上下尺寸通過(guò)前車(chē)架上下鉸接板控制。該結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是前車(chē)架上下鉸接板上下間隙尺寸加工精度要求高，裝配時(shí)前車(chē)架不易進(jìn)入后車(chē)架鉸接部位，裝配困難。另外在長(zhǎng)時(shí)間使用后易出現(xiàn)銷(xiāo)軸套磨損，導(dǎo)致銷(xiāo)軸和銷(xiāo)軸套的粘連，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難或產(chǎn)生異響的故障。

1.2.3 圓錐軸承式。圖4是圓錐滾子軸承式結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)將關(guān)節(jié)軸承換成了圓錐滾子軸承。銷(xiāo)軸通過(guò)軸承外圈和上壓蓋1進(jìn)行上下定位。上壓蓋1和銷(xiāo)軸用4和后機(jī)架的上鉸接板連接，此結(jié)構(gòu)既使銷(xiāo)軸壓緊軸承內(nèi)圈，又可以保證銷(xiāo)軸和后機(jī)架連接為一體，不發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)。圓錐軸承外圈通過(guò)軸承上壓蓋4和軸承下壓蓋6連接在后機(jī)架上，上下軸承壓蓋通過(guò)螺栓連接，這樣可保證軸承外圈和后機(jī)架組成一個(gè)剛體，減少加工誤差導(dǎo)致的軸承外圈非預(yù)期轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承壽命得到提高。通過(guò)調(diào)整墊片2的厚度調(diào)整上壓蓋1和后機(jī)架上鉸接板的間隙從而調(diào)整前機(jī)架與后機(jī)架鉸接相對(duì)位置。密封圈3分上下兩個(gè)，可以防止灰塵，顆粒等雜物進(jìn)入軸承，同時(shí)把鋰脂潤(rùn)滑油儲(chǔ)存在兩個(gè)密封圈組成的密閉空間內(nèi)，保證軸承的潤(rùn)滑，改善了軸承的工作環(huán)境，增加軸承的壽命。

2 WJ-2鏟運(yùn)機(jī)鉸接部位出現(xiàn)故障分析及改進(jìn)

我公司的WJ-2鏟運(yùn)機(jī)采用圖2的關(guān)節(jié)軸承式鉸接結(jié)構(gòu)。在實(shí)際生成過(guò)程中由于加工誤差的影響，導(dǎo)致前機(jī)架整體在后車(chē)架上下竄動(dòng)，因此設(shè)計(jì)調(diào)整擋圈8調(diào)整前機(jī)架在鉸接中間的位置。但是由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈尺寸的限制，設(shè)計(jì)的調(diào)整擋圈徑向厚度尺寸不能超過(guò)3mm。經(jīng)過(guò)多年的井下現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)，由于井下復(fù)雜惡劣的使用環(huán)境，鉸接部位不但承受徑向力，還經(jīng)受軸向力的擠壓和彎矩等復(fù)合力的影響，小小的調(diào)整擋圈顯然經(jīng)受不住如此剪切擠壓復(fù)合力的影響，往往出現(xiàn)磨損快、擠壓碎裂等故障。當(dāng)井下鏟運(yùn)機(jī)的使用人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)該部件損壞而繼續(xù)使用設(shè)備，失去調(diào)整擋圈支撐定位的軸承內(nèi)圈在只在上部銷(xiāo)軸單向力的作用下很快就會(huì)與軸承外圈錯(cuò)位失效，軸承失效就會(huì)導(dǎo)致鉸接體變形、碎裂等惡性故障的發(fā)生。該故障頻繁的發(fā)生降低了設(shè)備的工作效率，影響了客戶的效益。針對(duì)上述缺陷，綜合分析了上述幾種鏟運(yùn)機(jī)的鉸接結(jié)構(gòu)，最終采用了圓錐式鉸接結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖4。（1）將關(guān)節(jié)軸承型式改為雙排圓錐滾子軸承型式。原關(guān)節(jié)軸承可承受徑向載荷任意方向較小的軸向載荷，而雙排圓錐滾子軸承能夠承受較重的復(fù)合（徑向與軸向）載荷，剛性強(qiáng)，能適應(yīng)復(fù)雜的復(fù)合載荷，在鏟運(yùn)機(jī)鉸接部位中采用雙列圓錐滾子軸承明顯優(yōu)于關(guān)節(jié)軸承，使用后故障少。（2）將調(diào)整擋圈改為調(diào)節(jié)墊片，通過(guò)墊片的厚度調(diào)整鉸接間隙。因?yàn)閴|片的接觸面積明先大于調(diào)整擋圈，徑軸比（徑向尺寸與軸向尺寸比值）大于調(diào)整擋圈，單位面積上收到的壓力小于調(diào)整擋圈，很難出現(xiàn)磨損情況，更不會(huì)有擠壓碎裂情況的發(fā)生。（3）縮小雙懸臂中單懸臂的軸向尺寸，去掉了后機(jī)架下鉸接板的內(nèi)套，用銷(xiāo)軸直接和下鉸接板配合，縮短了銷(xiāo)軸的長(zhǎng)度，這種情況下銷(xiāo)軸所受彎矩力改善，減少了復(fù)合力，減少了斷裂的可能情況的發(fā)生。另外縮短單懸臂的軸向尺寸，這樣相當(dāng)于把兩個(gè)合頁(yè)式的圓柱鉸接簡(jiǎn)化為球鉸接，減少了因加工時(shí)同軸度誤差對(duì)鉸接結(jié)構(gòu)的影響，使鉸接結(jié)構(gòu)工作更加可靠，壽命更長(zhǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的鏟運(yùn)機(jī)鉸接部位由原來(lái)的2400小時(shí)故障到現(xiàn)在設(shè)備須大修時(shí)不出現(xiàn)故障。改進(jìn)后在玲瓏金礦等幾大集團(tuán)內(nèi)礦山中使用后，無(wú)一出現(xiàn)故障，深受用戶的好評(píng)。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)使用可靠，通用性強(qiáng)；該結(jié)構(gòu)改進(jìn)的成功為后續(xù)鏟運(yùn)機(jī)鉸接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指出了一條道路，而且該結(jié)構(gòu)不僅適用于地下鏟運(yùn)機(jī)前后車(chē)架部位的鉸接，同時(shí)適用與其他類(lèi)型的工程機(jī)械。

參考文獻(xiàn)：

[1]高夢(mèng)雄.地下裝載機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[2]張棟林.地下鏟運(yùn)機(jī)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[3]杜杏，王志偉.裝載機(jī)前后車(chē)架鉸接失效分析[J].建筑機(jī)械，2015，3；95-96.