王振乾

1中煤科工集團上海有限公司 上海 200030

2天地上海采掘裝備科技有限公司 上海 200030

常 規(guī)無鏈電牽引采煤機牽引部將牽引電動機的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)齒輪減速箱減速后將動力傳遞到行走箱。行走箱通常為開式傳動的減速箱，薄煤層采煤機的行走箱一般僅有懸臂布置的行走輪組件 1 級齒輪[1]；中厚煤層采煤機行走箱有 2 級或 2 級以上的齒輪傳動系，但最終轉(zhuǎn)矩還是傳遞到末級的行走輪組件。行走輪組件中行走輪和刮板輸送機銷軌以類齒輪齒條的方式嚙合，驅(qū)動采煤機牽引行走，所以行走輪組件為采煤機牽引行走的最終執(zhí)行機構(gòu)[2-4]。由于結(jié)構(gòu)布置原因，采煤機行走箱齒輪傳動系為開式傳動。行走箱中齒輪轉(zhuǎn)速很低 (一般不大于 15 r/min)，且齒輪系周圍空間大，所以很長一段時間以來采煤機行走箱齒輪傳動系一般為干摩擦傳動。近年來，隨采煤機牽引功率[5]增大引起的牽引力增加及同步發(fā)展的行走輪模數(shù)逐漸增加[6-8]，行走箱開式齒輪系干摩擦傳動引起的一系列問題已逐漸暴露。出現(xiàn)的故障主要有各齒磨損異常、嚙合異響、行走輪早期斷齒。特別是當采煤機截割斷層或部分硬巖時，甚至采煤機行走箱齒輪系使用不到一個月就完全磨損失效。

為了解決該問題，部分采煤機廠家為行走箱開式傳動齒輪系增加了滴油潤滑系統(tǒng)[9-10]，在一定程度上緩解了相關問題。但滴油潤滑系統(tǒng)主要有以下幾方面的問題：滴油潤滑系統(tǒng)的工作原理是油箱下端開小孔后依靠油液的重力下滴，所以油箱需要布置到行走箱齒輪傳動系上方，由于機面高度等因素的影響，行走箱上方的空間有限，而行走箱內(nèi)部的空間更狹小，所以油箱的體積較小，一般僅有 2～ 3 L，油箱中的油液一般不到 1 個生產(chǎn)班就滴完，需要多次加油，極不方便；滴油口開孔大小難以控制，孔徑較大則油箱的油液會很快滴完，孔徑較小則孔口很容易堵塞，且一旦堵塞需要將整個油箱拆解進行處理；滴油潤滑系統(tǒng)滴油量難以控制，無法保證嚙合齒面正常潤滑。

為此，筆者設計了一種采煤機行走箱開式齒輪傳動強迫噴油潤滑系統(tǒng)[11]。

1 強迫噴油潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

行走箱開式齒輪強迫噴油潤滑系統(tǒng)主要由供油系統(tǒng)、凸輪驅(qū)動裝置、彈簧復位單作用活塞缸和噴油系統(tǒng)組成[12]，如圖 1 所示。

圖1 強迫噴油潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of forced oil-spraying lubrication system

1.1 供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)主要由油箱、截止閥、過濾器、吸油管組成。油箱存儲潤滑油液，可以設置在采煤機機身的任何位置，油箱的油液出口管路上設置 1 個截止閥，用于控制進油的通斷。截止閥后端管路上設置 1 個過濾器，用于保證進入噴油系統(tǒng)的油液清潔度。吸油管的油液通過單向閥進入彈簧復位單作用活塞缸的小腔。

1.2 彈簧復位單作用活塞缸

彈簧復位單作用活塞缸應用活塞的往復運動和單向閥的單向性為行走箱強迫噴油潤滑系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力油源，主要由導向套、緩沖調(diào)整墊、缸筒、彈簧、內(nèi)部單向回油路、出口套杯及導桿活塞等組成，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。導向套 1 和出口套杯 5 均通過螺紋和缸筒 3 連接；導桿活塞 6 由凸輪帶動在缸筒內(nèi)滑動，油液由缸筒的小腔進入大腔后通過出口套杯 5 的中心孔排出；彈簧 4 置于缸筒 3 大腔內(nèi)，可使導桿活塞 6 平穩(wěn)運動并使其回程；內(nèi)部單向回油路內(nèi)置單向閥，液壓缸內(nèi)油液只能由小腔向大腔流動，最終通過與出口套杯 6 連接的接頭進入噴油系統(tǒng)。

圖2 彈簧復位單作用活塞缸Fig.2 Single-action piston cylinder reset by spring

1.3 凸輪驅(qū)動裝置

凸輪驅(qū)動裝置主要由凸輪軸、骨架密封圈、耐磨套、凸輪及螺母組成，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。凸輪軸與采煤機行走箱驅(qū)動輪軸通過止口定位并由螺釘和墊圈緊固，保證凸輪軸和驅(qū)動輪同步轉(zhuǎn)動；凸輪通過定位鍵固定在凸輪軸上，并由螺母、開口銷配合防松。

圖3 凸輪驅(qū)動裝置Fig.3 Cam driving device

1.4 噴油系統(tǒng)

噴油系統(tǒng)主要由管路、內(nèi)置單向閥、過濾裝置和噴嘴等組成。油液經(jīng)內(nèi)置單向閥和過濾器進入各噴嘴。噴嘴位于行走箱上端開式齒輪的頂端，油液經(jīng)噴嘴直接噴到齒面。噴嘴設計為 1 組或 2 組，僅對行走輪進行噴油潤滑，或?qū)π凶咻喓万?qū)動輪同時噴油潤滑。

2 強迫噴油潤滑系統(tǒng)原理和理論計算

2.1 系統(tǒng)原理

迫噴油潤滑系統(tǒng)原理如圖 4 所示。采煤機行走時，牽引部行走箱驅(qū)動輪軸帶動凸輪同步轉(zhuǎn)動，凸輪由平段轉(zhuǎn)動到凸點過程中，凸輪推動彈簧復位單作用活塞缸的導桿向大腔運動，并將大腔油液以一定壓力通過內(nèi)置單向閥的排油管強行排出至噴油系統(tǒng)各噴嘴，噴嘴噴出的油液對開式齒輪進行潤滑，同時，彈簧復位單作用活塞缸小腔從油箱吸油；當凸輪由凸點向平段轉(zhuǎn)動過程中，彈簧復位單作用活塞缸的活塞在缸內(nèi)彈簧的作用下復位，此時小腔油液由于吸油管單向閥的作用不能回油箱，只能通過液壓缸內(nèi)部的單向路向大腔補油。隨著凸輪的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)彈簧復位單作用活塞缸連續(xù)吸油、排油。只要采煤機牽引行走，行走箱驅(qū)動輪軸就連續(xù)轉(zhuǎn)動并帶動強迫噴油潤滑系統(tǒng)一直向驅(qū)動輪和行走輪等開式齒輪進行噴油潤滑。

圖4 強迫噴油潤滑系統(tǒng)原理Fig.4 Principle of forced oil-spraying lubrication system

2.2 理論計算

強迫噴油潤滑系統(tǒng)單位時間噴油量

式中：S 為彈簧復位單作用活塞缸大腔面積，m2；h為凸輪機構(gòu)行程，m；k 為凸輪上的凸點數(shù)量；n 為采煤機驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，r/min。

某采煤機的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為 10 r/min，強迫噴油潤滑系統(tǒng)中彈簧復位單作用活塞缸的缸筒直徑為 25 mm，凸輪機構(gòu)行程為 4 mm，凸輪上有 1 個凸點，經(jīng)計算，該強迫噴油潤滑系統(tǒng)的噴油量為 0.019 5 L/min，每小時噴油量為約 1 L，按四六工作制計算，每個班消耗油液量約為 6 L。

開式齒輪傳動齒面嚙合不能和閉式齒輪傳動一樣形成完整的油膜狀態(tài)，開式齒輪傳動中的滴油或噴油潤滑將形成“乏油”潤滑狀態(tài)[13]，且截止目前尚沒有比較準確的計算開式齒輪潤滑油量的公式，同時，采煤機行走箱下端口直接對煤流等開放，工作環(huán)境差。增加噴油潤滑后，雖然達不到“混合摩擦”及“流體摩擦”潤滑狀態(tài)，但行走箱開式齒輪箱齒面嚙合將由“干摩擦”狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“邊界摩擦”潤滑狀態(tài)[14]，相應齒面的摩擦和潤滑狀態(tài)將得到很大改善。

另外，經(jīng)調(diào)研，某礦實際運用的采煤機行走箱噴油潤滑油量為 5 L，和強迫噴油潤滑系統(tǒng)噴油量相當。

所以，該強迫噴油潤滑系統(tǒng)的噴油量基本適中。當實際使用中油量偏大或偏小時，還可通過調(diào)節(jié)凸輪機構(gòu)的行程及凸輪上的凸點數(shù)量來改變。

3 強迫噴油潤滑系統(tǒng)的優(yōu)點

(1) 采煤機行走箱開式齒輪強迫噴油潤滑系統(tǒng)克服了原來滴油潤滑系統(tǒng)油箱偏小的缺陷，可以將油箱設置在機身上的任何位置，因此油箱體積可以設計得較大。

(2) 只要采煤機行走，噴嘴就會噴油，實現(xiàn)了強迫連續(xù)潤滑。采煤機行走速度快則噴油多，采煤機行走速度較慢則噴油較少，避免了行走箱開式齒輪的干摩擦運行。

(3) 由于噴油系統(tǒng)管路中的油液有一定壓力，降低了噴嘴堵塞的可能性，保證了噴嘴的通暢。

(4) 強迫噴油潤滑系統(tǒng)保證了行走箱開式齒輪的正常潤滑，降低了行走箱運行時的噪聲，提高了行走箱中開式齒輪的壽命，保證了整個機組的可靠運行和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

分析了采煤機行走箱開式齒輪傳動中齒面潤滑的必要性及目前常規(guī)滴油潤滑方式存在的問題，設計了一種強迫噴油潤滑系統(tǒng)。增加強迫噴油潤滑系統(tǒng)后，可大幅降低采煤機行走箱開式齒輪傳動系中的齒輪異常磨損和異響 (特別是行走輪)，對延長行走輪和驅(qū)動輪等的使用壽命，提高行走執(zhí)行機構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性，增大采煤機牽引力方面都大有裨益。