李建光
(山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司, 山西 寧武 036700)
采煤機(jī)是煤礦機(jī)械化生產(chǎn)的重要設(shè)備,主要功能是割煤和裝煤。采煤機(jī)包括截割部、電動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、牽引部、電氣控制系統(tǒng)和輔助裝置等[1]。其中,截割部包括固定減速箱、搖臂和滾筒。截割部是采煤機(jī)的核心部件之一,依靠截割部采煤機(jī)才能完成斜切進(jìn)刀開機(jī)窩、一次采全高、落煤和裝煤等作業(yè)。相對(duì)于采煤機(jī)的其余部件,截割部的工作環(huán)境最為惡劣,因此對(duì)其設(shè)計(jì)要求更為嚴(yán)格。
搖臂行星減速機(jī)構(gòu)是滾筒調(diào)高的部件,同時(shí)還是截割部的減速箱。搖臂行星減速機(jī)構(gòu)一般是兩級(jí)行星減速設(shè)計(jì)。通過(guò)螺栓聯(lián)接第二級(jí)行星減速器的行星架、法蘭和滾筒,利用螺栓將密封蓋和軸承杯同內(nèi)齒圈聯(lián)接。目前,采煤機(jī)采用浮動(dòng)油封實(shí)現(xiàn)行星架與軸承杯的密封。某礦2806綜采工作面采用的是MG300/700-WDK型采煤機(jī)。該工作面的煤層厚度為 1.70~3.40 m,平均厚度為 2.50 m,傾角為 1°~3°,平均為2°,富存穩(wěn)定屬于近水平煤層。在使用過(guò)程中,MG300/700-WDK型采煤機(jī)時(shí)常出現(xiàn)搖臂行星減速器浮動(dòng)油封破損漏油等故障,導(dǎo)致行星輪打齒、軸承磨損加速等。因此,亟待對(duì)采煤機(jī)搖臂行星減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,以提高采煤機(jī)的可靠性,降低其維護(hù)費(fèi)用,提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。
MG300/700-WDK型采煤機(jī)的搖臂行星減速器是傳動(dòng)的最后一級(jí)減速裝置。相較于其他型號(hào)的截割行星減速器,該減速器多一個(gè)行星輪,其內(nèi)含有四個(gè)行星輪,并且還包括一個(gè)浮動(dòng)的太陽(yáng)輪。因此,該減速器的制造、安裝要求更高。若安裝不合要求,極易導(dǎo)致其無(wú)法均載。行星架與行星輪可以進(jìn)行通過(guò)軸承獨(dú)立成套安裝。通過(guò)NU1044軸承和3003156軸承支撐行星架。在進(jìn)行安裝時(shí),依靠端蓋對(duì)軸承間隙進(jìn)行調(diào)整,保證軸承端面間距為0.1~0.3 mm。依靠法蘭端蓋聯(lián)接行星減速器的輸出端和滾筒。如圖1所示,為浮動(dòng)油封結(jié)構(gòu)示意圖。在法蘭端蓋與30031256軸承之間設(shè)有密封端蓋以避免在該處出現(xiàn)漏油,同時(shí)在其外部設(shè)有單溝迷宮槽避免煤塵進(jìn)入其中。
圖1 浮動(dòng)油封結(jié)構(gòu)示意圖
2.1.1 油封承受徑向荷載破損
2806回采工作面的地質(zhì)情況復(fù)雜,含有較多斷層,當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)時(shí),常會(huì)切割到矸石,搖臂產(chǎn)生行星減速器的行星架兩端的軸承會(huì)受力。其中,3003156軸承會(huì)受到軸向力和徑向力的共同作用,而NU1044軸承只能承受徑向荷載,無(wú)法承受軸向作用力。隨著采煤機(jī)使用時(shí)間的增長(zhǎng),3003156軸承的游隙就會(huì)增大,同時(shí)法蘭端和軸承之間的間隙也會(huì)增大,導(dǎo)致行星減速器上的法蘭沿軸向?qū)Ω?dòng)油封施加荷載。當(dāng)荷載超過(guò)浮動(dòng)油封的承載極限時(shí),浮動(dòng)油封就會(huì)出現(xiàn)破損。在超出承載極限較少時(shí),“O”形圈會(huì)出現(xiàn)破損,導(dǎo)致行星減速器出現(xiàn)漏油。因此,選用的“O”形圈應(yīng)具有更高的抗剪切破壞能力。當(dāng)超出承載極限較多時(shí),浮動(dòng)油封中的浮動(dòng)鋼圈也會(huì)出現(xiàn)斷裂,導(dǎo)致大量漏油。
2.1.2 油封安裝偏斜,摩擦破損
在進(jìn)行安裝油封時(shí),要求唇口和軸頸之間緊密聯(lián)接,保證其完全貼合。若由于安裝精度不足極易出現(xiàn)油封安裝偏斜,導(dǎo)致油封的唇口與軸頸及連接桿由垂直變?yōu)椴淮怪?。在采煤機(jī)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在骨架的牽引作用下,唇口會(huì)出現(xiàn)變形,部分區(qū)域就會(huì)沒有貼合而出現(xiàn)空隙導(dǎo)致漏油。
2.1.3 密封材料不合格
進(jìn)行密封安裝時(shí),密封力會(huì)隨著密封空間的縮小而增大,在此過(guò)程中,潤(rùn)滑液油膜會(huì)出現(xiàn)損壞。而且在采煤機(jī)工作過(guò)程中油封內(nèi)的溫度會(huì)逐漸升高,使得密封效果變差。主要原因是在溫度過(guò)高的條件下橡膠圈容易出現(xiàn)彈性變形,氧化加速。并且浮環(huán)在選材時(shí)未考慮耐磨性能,在使用過(guò)程中會(huì)由于摩擦而出現(xiàn)磨損,導(dǎo)致出現(xiàn)縫隙而漏油。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)行星減速器漏油后,應(yīng)立刻對(duì)破損的油封進(jìn)行更換,并對(duì)軸承的端面間隙進(jìn)行調(diào)整。由于3003156軸承與NU1044軸承的安裝位置為行星輪架的兩端,一旦3003156軸承的游隙過(guò)大,就會(huì)導(dǎo)致行星輪架向NU1044軸承所處方向竄動(dòng)。而NU1044軸承在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮徑向承載,無(wú)法承受軸向荷載。一旦軸向荷載過(guò)大極易出現(xiàn)損壞。在NU1044軸承失效后,整個(gè)行星輪架就會(huì)出現(xiàn)偏移,并發(fā)生故障。如3003156軸承破壞失效、行星輪之間打牙斷裂、齒圈齒咬斷、太陽(yáng)輪輪齒擠壓破損和行星輪架損壞等。出現(xiàn)上述故障,不僅增加維修費(fèi)用,還會(huì)導(dǎo)致開機(jī)率降低,不利于綜采工作面實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)。
MG300/700-WDK型采煤機(jī)搖臂行星減速器浮動(dòng)油封的造價(jià)超過(guò)3700元,每次更換需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本,因此需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)采煤機(jī)搖臂行星減速器存在的問(wèn)題,可從如下方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn):
1)選用帶凹槽的浮環(huán)。浮動(dòng)油封采用帶有凹槽的浮環(huán)可以使在采煤機(jī)搖臂運(yùn)動(dòng)時(shí),橡膠環(huán)和浮環(huán)之間不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)[2]。不出現(xiàn)滑動(dòng)就不會(huì)出現(xiàn)橡膠圈摩擦破損,從而保證橡膠圈處于密封狀態(tài)避免漏油[3]。同時(shí)采用的橡膠圈應(yīng)為矩形,因?yàn)榫匦蜗鹉z圈相較于圓柱形橡膠圈可以提供更大的補(bǔ)償量,有利于延長(zhǎng)浮動(dòng)油封的使用壽命。
2)增設(shè)浮動(dòng)油封盤。浮動(dòng)油封若安裝偏斜會(huì)加速浮動(dòng)油封的磨損而出現(xiàn)漏油,因此在進(jìn)行安裝時(shí)增加一個(gè)浮動(dòng)油封盤。即生產(chǎn)廠家在出廠時(shí)就將浮動(dòng)油封安裝在可移動(dòng)的浮動(dòng)油封盤上。當(dāng)需要在井下安裝時(shí),將已裝有浮動(dòng)油封的圓盤對(duì)應(yīng)的安裝在方形套和搖臂殼體上。通過(guò)此種設(shè)計(jì)可以避免在安裝時(shí)出現(xiàn)偏斜的問(wèn)題。
3)其他改進(jìn)。在保證與行星減速器輸出端聯(lián)接的法蘭端蓋其他結(jié)構(gòu)尺寸不變的前提下,將法蘭端蓋原有的浮動(dòng)密封區(qū)位改成雙骨架油封區(qū)位,同時(shí)將單溝迷宮槽增加為雙溝迷宮槽已保證防塵效果;對(duì)法蘭端蓋與3003156軸承之間的密封端蓋進(jìn)行調(diào)整,保證其能與優(yōu)化后的法蘭端蓋相匹配。
同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)搖臂的檢修力度,避免漏油導(dǎo)致的其他事故。尤其是保證3003156軸承的游隙在0.17~0.26 mm內(nèi)。軸承壓蓋和軸承之間的間隙在0.05~0.25 mm內(nèi)。
某礦于2015年9月將經(jīng)過(guò)改進(jìn)的MG300/700-WDK型采煤機(jī)搖臂行星減速機(jī)構(gòu)投入綜掘工作面生產(chǎn)使用,經(jīng)過(guò)為期半年的工業(yè)試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證有效降低了采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)的檢修費(fèi)用,如表1所示。由表1可知,經(jīng)過(guò)改進(jìn),每臺(tái)采煤機(jī)每月可以節(jié)省在搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)方面的檢修費(fèi)用達(dá)2.3萬(wàn)元。
表1 MG300/700-WDK型采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后檢修費(fèi)用對(duì)比表
通過(guò)選用帶凹槽的浮環(huán)、增設(shè)浮動(dòng)油封盤和改進(jìn)迷宮溝槽等措施對(duì)采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),并提高檢修要求,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明此改進(jìn)可以在提高采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)可靠性的同時(shí),每月節(jié)約檢修費(fèi)超過(guò)2.3萬(wàn)元,從根本上解決了采煤機(jī)搖臂行星減速器漏油的問(wèn)題,提高了采煤機(jī)的開機(jī)率,為煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提高提供了保障。