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        KHYD400型煤礦用巖石電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

        2020-07-10 06:36:08洛陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具有限公司河南洛陽(yáng)471009李景濤
        金屬加工(冷加工) 2020年7期

        ■ 洛陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具有限公司 (河南洛陽(yáng) 471009) 李景濤

        1. 技術(shù)背景

        為了滿足煤礦探水、探瓦斯作業(yè)對(duì)探測(cè)煤層深度不斷提高的要求,公司新研發(fā)了一種KHYD400型煤礦用巖石電鉆。該鉆機(jī)能夠低速鉆進(jìn)(主軸轉(zhuǎn)速140r/min),大轉(zhuǎn)矩輸出(輸出轉(zhuǎn)矩1 500N·m),鉆孔直徑100~160m m,最大鉆進(jìn)深度500m。主機(jī)采用行星齒輪結(jié)構(gòu),滿足大減速比要求,輸出轉(zhuǎn)矩大,結(jié)構(gòu)尺寸小、質(zhì)量輕,便于煤礦下的搬運(yùn),適合鉆機(jī)的轉(zhuǎn)向和調(diào)頭操作。

        2. 主機(jī)結(jié)構(gòu)

        如圖1所示,電動(dòng)機(jī)4通過(guò)螺栓和后殼體5連接,電動(dòng)機(jī)齒輪7通過(guò)鍵6和電動(dòng)機(jī)軸連接。電動(dòng)機(jī)齒輪7漸開(kāi)線花鍵部分和小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)漸開(kāi)線花鍵部分安裝在齒套8的內(nèi)花鍵孔中。大頂頭3安裝在電動(dòng)機(jī)齒輪7的右端孔中,小頂頭2安裝在主軸19左端的內(nèi)孔中,小雙聯(lián)齒輪10軸向浮動(dòng)安裝在大頂頭3大端端面和小頂頭2大端端面之間。大雙聯(lián)齒輪14安裝在6205型深溝球軸承15上,小隔墊13、大隔墊16和兩個(gè)深溝球6205型軸承15安裝在支承軸12上,支承軸12的兩端安裝在行星架17上的孔中,支承軸12軸端通過(guò)螺釘、擋盤(pán)11與行星架17聯(lián)接。零件11~16共有三組,均勻安裝于行星架17徑向120°三等分位置的孔上,小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)大端齒部和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14(大端齒部)嚙合。行星架17左右側(cè)支承均為6218型深溝球軸承9,分別安裝在前殼體18和后殼體5中。內(nèi)齒圈24通過(guò)螺栓、螺紋套23和中殼體1聯(lián)接,三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14(小端齒部)和內(nèi)齒圈24嚙合。30216型圓錐滾子軸承20安裝在前殼體18中,用于支承主軸19。主軸19的左端通過(guò)花鍵和行星架17聯(lián)結(jié),密封圈21安裝在前端蓋22中,前端蓋22通過(guò)螺栓和前殼體18聯(lián)接。

        起動(dòng)鉆機(jī),動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)4傳遞到電動(dòng)機(jī)齒輪7,通過(guò)齒套8,動(dòng)力傳到小雙聯(lián)齒輪10,小雙聯(lián)齒輪10和大雙聯(lián)齒輪14(大端齒部)嚙合,動(dòng)力傳到大雙聯(lián)齒輪14上,大雙聯(lián)齒輪14(小端齒部)和內(nèi)齒圈24嚙合,內(nèi)齒圈24固定不動(dòng),大雙聯(lián)齒輪14作行星運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)行星架17旋轉(zhuǎn),動(dòng)力傳遞到行星架17上,主軸19通過(guò)花鍵和行星架17聯(lián)結(jié),最終動(dòng)力傳遞到主軸19上。

        3. 用戶使用中出現(xiàn)的問(wèn)題

        樣機(jī)在客戶處試用三個(gè)月后,客戶反映使用過(guò)程中出現(xiàn)以下問(wèn)題。鉆機(jī)在煤礦井下使用中長(zhǎng)時(shí)間鉆進(jìn)時(shí),主軸出現(xiàn)抱死的現(xiàn)象。公司維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)拆開(kāi)主機(jī)后,發(fā)現(xiàn)幾處異常情況:小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)大端齒部多數(shù)齒的齒面有擠傷痕跡。小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損明顯不均勻,左側(cè)小端部靠右側(cè)部的漸開(kāi)線花鍵部分磨損較輕,靠左側(cè)的漸開(kāi)線花鍵部分磨損重。

        圖1 電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)

        4. 原因分析

        (1)主軸出現(xiàn)抱死的原因 小頂頭2大端端面到大頂頭3大端端面之間的距離尺寸尤為重要。如果該距離尺寸小于小雙聯(lián)齒輪10總長(zhǎng)度,小雙聯(lián)齒輪10的浮動(dòng)間隙為零,就會(huì)失去其浮動(dòng)作用,導(dǎo)致小頂頭2大端端面的磨損比一般正常浮動(dòng)情況下加?。挥捎谛‰p聯(lián)齒輪10不能浮動(dòng),鉆機(jī)長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí),隨著齒輪溫度升高,小雙聯(lián)齒輪10無(wú)法同時(shí)和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14正常嚙合,造成齒輪卡死,出現(xiàn)鉆機(jī)主軸抱死事故。如果該距離尺寸大于小雙聯(lián)齒輪10總長(zhǎng)度過(guò)多,嚴(yán)重影響小雙聯(lián)齒輪10的浮動(dòng)效果,會(huì)使小雙聯(lián)齒輪10軸線傾斜過(guò)大,造成小雙聯(lián)齒輪10和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14齒輪嚙合間隙過(guò)于不均勻,從而卡死,導(dǎo)致鉆機(jī)主軸抱死。

        (2)小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損不均勻原因 由于齒套8在軸向沒(méi)有定位,在使用過(guò)程中,存在鉆機(jī)機(jī)身傾斜鉆孔的情況。起動(dòng)鉆機(jī)前,鉆機(jī)扳傾斜角度時(shí),齒套8沿著軸線方向滑動(dòng),使得小雙聯(lián)齒輪10與齒套8配合處漸開(kāi)線花鍵沒(méi)有全部結(jié)合,造成了小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損不均勻。由于試用時(shí)鉆機(jī)頻繁向上仰角鉆孔,齒套8沿著軸線向左滑動(dòng),造成小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端部靠右側(cè)的漸開(kāi)線花鍵磨損較輕,靠左側(cè)部分的漸開(kāi)線花鍵磨損比較重。

        5. 改進(jìn)方法

        1)小雙聯(lián)齒輪10改為彈性浮動(dòng)支承結(jié)構(gòu),在小雙聯(lián)齒輪10的右側(cè)端面依舊采用固定頂頭,左側(cè)端面改為帶彈簧調(diào)節(jié)的彈性頂頭。如圖2所示,將大頂頭3插入在彈簧26中,彈簧26安裝在電動(dòng)機(jī)齒輪7端面孔中,小雙聯(lián)齒輪10的軸向位置可調(diào),靠彈簧26的彈力使得小雙聯(lián)齒輪10的兩端面與大頂頭3端面、小頂頭2端面壓緊。鉆機(jī)使用時(shí),小頂頭2的端面雖然在鉆機(jī)使用中逐漸磨損,但靠彈簧26的彈力使得小雙聯(lián)齒輪10的兩端面和頂頭保持在浮動(dòng)接觸狀態(tài)。同時(shí)降低了小雙聯(lián)齒輪10、大頂頭3、小頂頭2三個(gè)零件長(zhǎng)度的加工精度。在鉆機(jī)使用中,隨主機(jī)中齒輪的溫度變化,依靠彈簧26的伸縮調(diào)節(jié),小雙聯(lián)齒輪10的浮動(dòng)間隙能夠保持在合適的范圍,很好地解決了主軸瞬間抱死的問(wèn)題。

        2)在齒套8的中部車(chē)削加工一個(gè)孔用彈性擋圈槽,在其中安裝孔用彈性擋圈25,起到軸向的限位作用。在鉆機(jī)機(jī)身傾斜鉆孔時(shí),由于孔用彈性擋圈25對(duì)齒套8起到軸向的限位作用,齒套8不能沿著軸線方向大距離滑動(dòng)。有效解決了小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損不均勻的問(wèn)題。

        圖2 改進(jìn)后的電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)

        6. 使用反饋

        改進(jìn)主機(jī)結(jié)構(gòu)后的KHYD400型煤礦用巖石電鉆,在煤礦井下試用12個(gè)月,沒(méi)有再發(fā)生過(guò)主軸抱死的情況。試用期結(jié)束后,公司維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),拆卸鉆機(jī)后,小雙聯(lián)齒輪10的右側(cè)大端齒面沒(méi)有擠傷的痕跡。小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)漸開(kāi)線花鍵磨損均勻,沒(méi)有出現(xiàn)漸開(kāi)線花鍵部分左右磨損不均勻的現(xiàn)象。

        7. 結(jié)語(yǔ)

        本次對(duì)主機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn),有效地解決了試用中出現(xiàn)的問(wèn)題,完善了KHYD400型煤礦用巖石電鉆,為下一產(chǎn)品的定型、批量生產(chǎn)及推向市場(chǎng)打下了基礎(chǔ)。

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