宋朝英

摘要：為了研究EBZ-160掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)截割部在不同空間位置的工況，對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割部的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)分析，根據(jù)各執(zhí)行油缸動(dòng)作時(shí)的受力分析，對(duì)截割部各種工況進(jìn)行了載荷分析，對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割時(shí)的穩(wěn)定性、截割順序及結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化有參考價(jià)值，并通過(guò)故障分析，提供了相應(yīng)的故障原因。

Abstract： In order to study the working conditions of the cutting part in different spatial positions during the operation of the EBZ-160 roadheader， the overall structure of the cutting part of the roadheader was carefully analyzed. According to the force analysis of each cylinder operating， the load analysis of various working conditions of cutting department was carried out， which had reference value for the stability， cutting sequence and structural improvement and optimization of the roadheader cutting， and provided the corresponding fault reason through fault analysis.

關(guān)鍵詞：EBZ-160掘進(jìn)機(jī)；截割部；結(jié)構(gòu)；工況分析；故障分析

Key words： EBZ-160 Type roadheader；cut section；structure；condition analysis；failure analysis

中圖分類號(hào)：U455.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0160-03

0 引言

隨著煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)械化程度越來(lái)越高，機(jī)械設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響已成為生產(chǎn)滯后的一大因素，降低機(jī)械設(shè)備故障率有利于生產(chǎn)的有序進(jìn)行，而掘進(jìn)機(jī)作為掘進(jìn)工作面最主要的機(jī)械設(shè)備，它的正常運(yùn)行是掘進(jìn)工作面正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。為此，要對(duì)掘進(jìn)機(jī)的故障進(jìn)行系統(tǒng)分析和處理，通過(guò)研究掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、工況分析、傳動(dòng)原理能對(duì)故障進(jìn)行有效的判斷和處理。

1 截割部結(jié)構(gòu)及工況分析

1.1 截割部總體結(jié)構(gòu)分析

EBZ-160掘進(jìn)機(jī)截割部由截割頭、伸縮部、截割減速機(jī)、截割電機(jī)等組成。截割部總體結(jié)構(gòu)如圖1。

截割頭為園錐臺(tái)形，截割頭最大外徑為955mm，長(zhǎng)930mm，在其圓周分布37把鎬形截齒，截割頭通過(guò)花鍵套和2個(gè)M30的高強(qiáng)度螺栓與主軸相聯(lián)。伸縮部位于截割頭和截割減速機(jī)中間，通過(guò)伸縮油缸使截割頭具有550mm的伸縮行程。伸縮內(nèi)筒與伸縮保護(hù)筒及主軸等零件通過(guò)伸縮油缸、導(dǎo)向鍵一起與伸縮外筒、花鍵套產(chǎn)生前后移動(dòng)，推動(dòng)截割頭前移，切入掘進(jìn)工作面。工作時(shí)伸縮部的主軸后端通過(guò)花鍵套與減速機(jī)輸出軸聯(lián)接一起旋轉(zhuǎn)，前端與截割頭連接使截割頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)切割物料的目的。截割減速機(jī)是兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，它與伸縮部用26個(gè)M24的高強(qiáng)度螺栓相聯(lián)。截割電機(jī)為雙速水冷電機(jī)，使截割頭獲得2種轉(zhuǎn)速，它與截割減速機(jī)通過(guò)定位銷和25個(gè)M24的高強(qiáng)度螺栓相聯(lián)。伸縮部如圖2。

1.2 截割部工況分析

掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，截割臂伸縮油缸、升降油缸和旋轉(zhuǎn)油缸可獨(dú)立動(dòng)作，也可以通過(guò)兩個(gè)以上油缸同時(shí)動(dòng)作來(lái)完成其他工況的動(dòng)作，各動(dòng)作油缸動(dòng)作時(shí)所受到的力可表示為以下四個(gè)力。

①伸縮油缸伸縮動(dòng)作（伸縮油缸伸縮力F1）；

③截割部上升與下降動(dòng)作（升降油缸伸縮力F3）。

根據(jù)掘進(jìn)機(jī)同時(shí)動(dòng)作的油缸數(shù)量的不同，將掘進(jìn)機(jī)工況分解為如表1中7種工況。

表中1代表動(dòng)作的發(fā)生，0代表動(dòng)作不發(fā)生。

從表1中可以看出第7種工況受力最為復(fù)雜，確定為受力最復(fù)雜、負(fù)荷最大工況。

掘進(jìn)機(jī)的各個(gè)工作位置是是由回轉(zhuǎn)油缸、伸縮油缸和升降油缸的位置確定的，通過(guò)通過(guò)分析不同工況下掘進(jìn)機(jī)的負(fù)荷情況，可了解掘進(jìn)機(jī)的最佳截割方式，從而減小設(shè)備負(fù)荷，減少故障率。

1.2.1 水平擺動(dòng)力（回轉(zhuǎn)油缸）

根據(jù)不同的工作位置可以算出截割頭上的水平擺動(dòng)力，回轉(zhuǎn)平臺(tái)和完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)油缸作用方式如圖3 所示。

回轉(zhuǎn)力矩根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度α變化，通過(guò)計(jì)算得出回轉(zhuǎn)力矩最大時(shí)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)α為0時(shí)（即處于中間位置時(shí)）回轉(zhuǎn)力矩M最大。通過(guò)對(duì)截割臂在橫向位置的分析，得出結(jié)論，掘進(jìn)機(jī)在截割時(shí)應(yīng)從巷道最左端或最右段開(kāi)始截割，從而減少大回轉(zhuǎn)力矩啟動(dòng)做功，減小設(shè)備負(fù)荷。

1.2.2 垂直升降力（升降油缸）

截割臂在垂直方向上的位置由升降油缸決定，根據(jù)截割頭和截割臂自身重量和升降油缸作用于截割臂的升降力做出截割臂在垂直方向上的受力分析如圖4。

截割臂在某個(gè)空間位置靜止時(shí)，截割頭和截割臂自身重量G在垂直方向上與伸縮油缸作用力F在垂直方向上的分力F0相等，此時(shí)伸縮油缸克服截割臂重力做功。截割頭截割進(jìn)入煤壁后向下截割時(shí)，截割臂收煤壁作用于截割頭的向上的承載力，所以伸縮油缸及截割臂的在截割臂向下截割時(shí)負(fù)荷較小。通過(guò)截割臂在垂直方向上位置的分析，截割臂應(yīng)盡量避免自下向上的截割動(dòng)作。

1.2.3 掘進(jìn)推向力（伸縮油缸）

伸縮油缸的推進(jìn)力取決于伸縮油缸的推拉力，與位置無(wú)關(guān)，當(dāng)伸縮油缸伸出長(zhǎng)度最長(zhǎng)時(shí)會(huì)改變截割臂重心前移，導(dǎo)致截割臂在空間位置運(yùn)送時(shí)力矩增大，從而增加負(fù)荷。

通過(guò)以上分析得出結(jié)論，掘進(jìn)機(jī)在截割作業(yè)時(shí)整體截割方向應(yīng)自上而下、自巷道一邊巷幫至另一邊巷幫，應(yīng)盡量減少伸縮油缸的伸出量，截割路線示意圖如圖5所示。

2 截割部故障分析

2.1 截割部不轉(zhuǎn)動(dòng)

①截割電機(jī)損壞，截割電機(jī)絕緣老化，電動(dòng)機(jī)燒毀等原因，導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

②減速箱損壞，減速箱密封損壞，潤(rùn)滑油泄露嚴(yán)重，減速箱內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部件缺少潤(rùn)滑；減速內(nèi)齒輪油污染嚴(yán)重，失去潤(rùn)滑作用，輪齒磨損嚴(yán)重。齒輪油污染導(dǎo)致潤(rùn)滑效果下降，轉(zhuǎn)動(dòng)部件干摩擦增加，溫度升高，溫度越高潤(rùn)滑油粘度降低，潤(rùn)滑膜變薄，潤(rùn)滑效果走入越來(lái)越差的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致輪齒磨損，導(dǎo)致傳動(dòng)失效。

③花鍵軸損壞，負(fù)荷過(guò)大，內(nèi)外花鍵磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致花鍵軸花鍵破碎、變形，導(dǎo)致傳動(dòng)失效。

2.2 油缸不動(dòng)作

①升降油缸密封損壞，導(dǎo)致卸壓。

②閉鎖閥損壞，無(wú)法自鎖，導(dǎo)致卸壓。

3 結(jié)語(yǔ)

在掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)作業(yè)操作過(guò)程中，根據(jù)對(duì)不同工況的了解，可優(yōu)化不同的截割位置和截割順序，能有效減少掘進(jìn)機(jī)截割部的負(fù)荷，減少故障率，同時(shí)可根據(jù)截割作業(yè)中最佳工況對(duì)截割部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改造。

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