樊莉莉

（山西高平科興南陽(yáng)煤業(yè)有限公司，山西 高平048400）

0 引言

礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)是截割煤巖巷、裝載運(yùn)輸?shù)榷喙δ艿默F(xiàn)代化設(shè)備，結(jié)構(gòu)組成部分眾多，適應(yīng)工作環(huán)境能力強(qiáng)[1]，在礦井巷道中擔(dān)負(fù)著重要的掘進(jìn)任務(wù)。但是在使用過(guò)程中出現(xiàn)了機(jī)械和電氣方面故障，而故障大多數(shù)都是因?yàn)檎駝?dòng)造成[2]。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道時(shí)，電控箱會(huì)受到掘進(jìn)機(jī)的其他工作部件激振力影響而產(chǎn)生振動(dòng)，一旦電控箱振動(dòng)頻率與電控箱本身的固有頻率一致時(shí)，就會(huì)造成共振。電控箱共振就有可能引起箱內(nèi)的元器件失靈、箱內(nèi)連接線振斷、螺栓脫落[3]等，不僅影響了電控箱的工作穩(wěn)定性，而且還會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)截齒磨損加大損失[4]，嚴(yán)重阻礙掘進(jìn)機(jī)的工作效率。為了減小掘進(jìn)機(jī)電控箱振動(dòng)影響，進(jìn)一步提高EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)工作穩(wěn)定性和使用壽命，分別探討截割臂、回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)架等關(guān)鍵部件對(duì)電控箱產(chǎn)生振動(dòng)的規(guī)律，進(jìn)而提出改進(jìn)措施，降低因共振產(chǎn)生的故障發(fā)生率，確保掘進(jìn)機(jī)整機(jī)工作效率。

1 EBZ150A掘進(jìn)機(jī)組成部分

礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)由截割部、回轉(zhuǎn)部、行走機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、機(jī)體和電控箱等組成[5]。

1）截割部。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)截割結(jié)構(gòu)在三維仿真中的示意如圖1所示，掘進(jìn)機(jī)的截割部件主要由截割頭、截割臂、減速器和軸等機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，截割頭上有截齒、噴嘴等，截割臂上含有軸承、密封結(jié)構(gòu)、主軸等，減速器結(jié)構(gòu)是太陽(yáng)輪、行星輪和行星架等。EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)的截割部件擔(dān)負(fù)著掘進(jìn)巷道的任務(wù)，在掘進(jìn)過(guò)程中受阻力原因，會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)。

圖1 EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)的截割部三維圖

2）回轉(zhuǎn)部。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)部擔(dān)負(fù)著重要的運(yùn)動(dòng)任務(wù)，在掘進(jìn)機(jī)工作期間完成的動(dòng)作都是在回轉(zhuǎn)臺(tái)輔助下實(shí)現(xiàn)的。例如截割部在上下掘進(jìn)煤巖巷時(shí)，回轉(zhuǎn)油缸推拉回轉(zhuǎn)臺(tái)迫使截割臂左右或者上下來(lái)回?cái)[動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了截割煤巖的任務(wù)。另外，掘進(jìn)機(jī)的大多數(shù)承受的力均是來(lái)自回轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)體本身與截割部的連接也是靠回轉(zhuǎn)臺(tái)完成，通過(guò)回轉(zhuǎn)座、軸承、耳架等連為一體。回轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，在其振動(dòng)下會(huì)影響到掘進(jìn)機(jī)電控箱。

3）行走機(jī)構(gòu)。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)能夠在井下巷道快速移動(dòng)，全靠行走機(jī)構(gòu)的作用。行走機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)輪、履帶等構(gòu)件組成。

4）裝載機(jī)構(gòu)。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)載結(jié)構(gòu)能夠把截割部截割下來(lái)的煤巖體裝入到物料槽內(nèi)，鏟板、星輪、動(dòng)輪等組成了裝載機(jī)構(gòu)，在液壓馬達(dá)作用下，驅(qū)使減速器運(yùn)行，帶動(dòng)鏟板將煤巖鏟如到裝載槽內(nèi)。

5）機(jī)體。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)機(jī)體主要結(jié)構(gòu)為機(jī)架，是承受整個(gè)掘進(jìn)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，將截割部、轉(zhuǎn)載、行走以及后支撐等部件連為一個(gè)整體，并輔助各個(gè)部件完成各自不同的任務(wù)，還為液壓、供水、供電等提供支撐。

6）電控箱。礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)電控箱內(nèi)部有各種控制掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行的電器元件，為了保護(hù)電器元件，采用電控箱將其容納在箱體內(nèi)，電控箱呈長(zhǎng)方體形，如圖2所示。電控箱很容易受到掘進(jìn)機(jī)其他部件振動(dòng)影響，若發(fā)生共振，將會(huì)破損箱內(nèi)的電器元件，給掘進(jìn)機(jī)帶來(lái)嚴(yán)重故障。

圖2 EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)的電控箱

2 關(guān)鍵部件對(duì)電控箱振動(dòng)影響研究

2.1 截割臂的影響

為了研究礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)截割臂對(duì)電控箱振動(dòng)影響，采用三維仿真軟件對(duì)截割臂剛度提高和不改變剛度兩種情況進(jìn)行了模擬分析。為了對(duì)比，在仿真中分別采用了原參數(shù)不變和提高截割臂剛20%對(duì)掘進(jìn)機(jī)電控箱振動(dòng)加速度的變化情況[6]，得到了振動(dòng)加速度變化曲線，詳見(jiàn)圖3所示。

圖3 截割臂剛度提高對(duì)電控箱振動(dòng)影響

從三維仿真模擬圖3可以看出，EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)截割臂保持原狀和剛度提高五分之一振動(dòng)加速度作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，提高了剛度的截割臂振動(dòng)加速度明顯比未提高剛度的大，在振動(dòng)加速度最大值的時(shí)候，截割臂剛度提高的振動(dòng)加速度由7.0104m/s2增大到了9.5260m/s2，振動(dòng)加速度增大了約35.8%，表明提高截割臂剛度可以提高振動(dòng)頻率，相應(yīng)增大了第一、二階固有頻率，而電控箱固有的中低頻率范圍在105～130Hz，截割臂剛度的增加顯著錯(cuò)開(kāi)了電控箱本身的固有頻率，從而降低了掘進(jìn)機(jī)支撐架和電控箱左右振動(dòng)減弱。在不影響其他機(jī)械部件工作穩(wěn)定情況下，可以適當(dāng)提高截割臂剛度來(lái)減弱掘進(jìn)機(jī)電控箱振動(dòng)影響。

2.2 回轉(zhuǎn)臺(tái)的影響

在三維仿真時(shí)，分別模擬分析EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)剛度保持不變和剛度提高五分之一對(duì)掘進(jìn)機(jī)電控箱振動(dòng)加速度的變化情況，得到了振動(dòng)加速度變化曲線，詳見(jiàn)圖4所示。

圖4 回轉(zhuǎn)臺(tái)剛度提高對(duì)電控箱振動(dòng)影響

根據(jù)仿真模擬結(jié)果圖可以得出，掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)剛度提高后，其振動(dòng)加速度明顯增加，由原來(lái)的7.0211m/s2增大到了10.0027m/s2，與截割臂提高剛度原理一致，錯(cuò)開(kāi)了掘進(jìn)機(jī)電控箱的固有頻率，有利于減弱電控箱受回轉(zhuǎn)臺(tái)振動(dòng)影響，因此，在其他條件不變的情形下，可以采取提高回轉(zhuǎn)臺(tái)剛度來(lái)降低電控箱振動(dòng)影響。

2.3 機(jī)架的影響

同理，對(duì)EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)機(jī)架剛度提高20%和保持原參數(shù)不變進(jìn)行了仿真模擬研究，將二者振動(dòng)加速度隨著時(shí)間變化的曲線進(jìn)行了對(duì)比分析，詳見(jiàn)圖5所示。

圖5 機(jī)架剛度提高對(duì)電控箱振動(dòng)影響

從圖中可出，在前0.6s時(shí)間內(nèi)，提高機(jī)架剛度對(duì)振動(dòng)加速度影響不大，而隨著時(shí)間推移，振動(dòng)加速度變化明顯。從而表明掘進(jìn)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，電控箱受到機(jī)架影響較大，隨著掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)后，對(duì)電控箱的影響較小，因?yàn)榇藭r(shí)提高了機(jī)架的剛度，其振動(dòng)頻率已經(jīng)錯(cuò)開(kāi)了電控箱的固有頻率，有利于電控箱工作穩(wěn)定性。在掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)期間一定要保護(hù)好電控箱內(nèi)的元器件和連線等，可以采用橡膠隔振器等方式盡量降低電控箱受啟動(dòng)影響。

2.4 后支撐的影響

同理，對(duì)EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)后支撐剛度提高20%和保持原參數(shù)不變進(jìn)行了仿真模擬研究，將二者振動(dòng)加速度隨著時(shí)間變化的曲線進(jìn)行了對(duì)比分析，詳見(jiàn)圖6所示。

圖6 后支撐剛度提高對(duì)電控箱振動(dòng)影響

后支撐剛度提高與機(jī)架剛度提高相似，掘進(jìn)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，電控箱受到后支撐影響，隨著掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)后，對(duì)電控箱的影響較小。在掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)期間一定要保護(hù)好電控箱內(nèi)的元器件和連線等，可以采用橡膠隔振器等方式盡量降低電控箱受啟動(dòng)影響。

3 減振措施及效果分析

3.1 減振措施

1）橡膠隔振器。橡膠隔振器可以對(duì)機(jī)械設(shè)備起到隔振或減弱機(jī)械振動(dòng)的效果，由一定硬度與相適應(yīng)的阻尼橡膠材料制作而成。該隔振器因?yàn)椴牧媳旧砭哂凶枘嵝Ч?，能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)備起到較好的隔振作用。在EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)機(jī)架和后支撐等機(jī)械結(jié)構(gòu)上安裝橡膠隔振器，來(lái)阻止其振動(dòng)，進(jìn)而減小機(jī)架和后支撐對(duì)電控箱的影響。

2）改進(jìn)隔振器結(jié)構(gòu)。EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)電控箱安設(shè)的原減振器為圓柱型的減振器，減振效果不是很理想。為此，在原減振器的基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)減振器，通過(guò)設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)對(duì)比，將原減振器改進(jìn)為新型的錐形減振器，在制作過(guò)程中，橡膠體內(nèi)增加高度稍低橡膠的輔助金屬于各層中，改進(jìn)后的新錐形減振器三維如圖7所示。在結(jié)合掘進(jìn)機(jī)電控箱本身的固有振動(dòng)頻率，在橡膠各層的金屬中設(shè)計(jì)為水平方向不封口，來(lái)提高新型錐形減振器在水平方向的緩沖能力，從而提高金屬與橡膠的連接力，更好的為電控箱起到防振效果。

圖7 改進(jìn)后的電控箱隔振器

3.2 減振效果

通過(guò)對(duì)EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)增加橡膠減振器和改進(jìn)為新型錐形隔振器后，不僅降低了掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵部件振動(dòng)，而且還為電控箱起到了保駕護(hù)航的效果。在未采取措施以前，EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)平均每個(gè)月差不多有兩次的故障，現(xiàn)今在運(yùn)用中，基本兩三個(gè)月才有故障維修，而且基本都是機(jī)械故障，電控箱振動(dòng)引起的故障較少了。通過(guò)采取降振措施后，EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)的在工作中的故障率大為降低，提高了電控箱內(nèi)的電器元件保護(hù)效果，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，顯著改善了礦井掘進(jìn)工作效率。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)礦用EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)截割臂、回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)架、后支撐對(duì)電控箱產(chǎn)生影響研究，為降低電控箱振動(dòng)，需要采取一定的措施來(lái)提高掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性和工作效率。

1）采用三維仿真的方法對(duì)比研究了截割臂、回轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)架、后支撐剛度不提高和提高情況下對(duì)電控箱的影響。在一定條件下，可以適當(dāng)采取提高截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)剛度的措施，降低電控箱振動(dòng)頻率；機(jī)架和后支撐可以采取增加橡膠隔振器來(lái)降低或者阻止電控箱振動(dòng)，從而保護(hù)電控箱的元器件。

2）根據(jù)關(guān)鍵部件對(duì)掘進(jìn)機(jī)電控箱的影響分析，提出了采用橡膠隔振器和改進(jìn)隔振器結(jié)構(gòu)兩種措施，工程實(shí)踐表明橡膠隔振器和新型錐形隔振器良好的保護(hù)了電控箱，提高了掘進(jìn)機(jī)工作穩(wěn)定性。