段書(shū)發(fā) 李紅剛 張曉川

（河北鋼鐵集團(tuán)司家營(yíng)研山鐵礦有限公司）

司家營(yíng)研山鐵礦屬大型露天礦山，鏟裝作業(yè)是礦山生產(chǎn)的一道重要工序。司家營(yíng)研山鐵礦采礦二作業(yè)區(qū)現(xiàn)有WK-20型挖掘機(jī)5臺(tái)，鏟斗容積約為16.8 m3，理論采剝效率可達(dá)2 240 m3/h，是采礦的主體采掘設(shè)備，主要用于礦石采剝及含礦石區(qū)域排巖作業(yè)。從往年的使用情況來(lái)看，WK-20型挖掘機(jī)原推壓機(jī)構(gòu)推壓小齒輪磨損過(guò)快，使用壽命短。因此，結(jié)合其結(jié)構(gòu)原理提出了改進(jìn)方案，以降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備安全性能，加高導(dǎo)軌尺寸。

1 推壓機(jī)構(gòu)主要工作原理

推壓機(jī)構(gòu)安裝在起重臂上。推壓機(jī)構(gòu)的組成有推壓驅(qū)動(dòng)裝置、推壓齒輪箱、帶有推壓軸和小齒輪的傳動(dòng)裝置、鞍座、斗桿、推壓制動(dòng)器組件以及推壓限位編碼器等。推壓驅(qū)動(dòng)裝置包括推壓電機(jī)、底座以及聯(lián)組皮帶組件。

推壓電機(jī)通過(guò)聯(lián)組皮帶驅(qū)動(dòng)著傳動(dòng)裝置，二級(jí)減速傳動(dòng)裝置把驅(qū)動(dòng)力傳送給推壓軸和小齒輪，推壓軸的小齒輪嚙合著斗桿上的齒條，并通過(guò)鞍座帶動(dòng)斗桿做前伸或后縮運(yùn)動(dòng)，鞍座承受著斗桿傳來(lái)的載荷。推壓制動(dòng)器用來(lái)制動(dòng)整個(gè)推壓機(jī)構(gòu)；推壓編碼器可防止斗桿推進(jìn)或收縮得太遠(yuǎn)［1-2］。其主要工作原理如圖1所示。

2 推壓機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題

挖掘機(jī)推壓斗桿齒條承受推壓小齒輪2個(gè)作用力（圖2），一是齒輪兩側(cè)導(dǎo)軌（圖2中①）對(duì)斗桿齒條導(dǎo)軌（圖2中②）的支撐力，二是輪齒（即圖2中③）與齒條（即圖2中④）嚙合后推動(dòng)斗桿前后運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力。導(dǎo)軌的支撐力確保了齒輪齒條的嚙合處于合適的間隙（9.45 mm），保證了齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。而隨著導(dǎo)軌的磨損變薄，齒頂逐步向?qū)Ψ降凝X根靠近，嚙合變得不再適當(dāng)，開(kāi)始產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)減小到最小間隙6.12 mm后，就會(huì)產(chǎn)生咬齒異響，并造成推壓機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，進(jìn)而造成推壓輸出軸銅套、鞍座滑板、齒條及齒輪的快速磨損，尤其是推壓小齒輪，因其直接承受齒條的反作用力，磨損最快，壽命僅有14個(gè)月左右。

3 推壓機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案

WK-20型挖掘機(jī)維修技術(shù)人員根據(jù)問(wèn)題分析得出:要延長(zhǎng)齒輪的使用壽命，必須延緩導(dǎo)軌的磨損，要么提高硬度，要么加高導(dǎo)軌尺寸。硬度的提高相對(duì)成本較高，且需要更廣泛的廠家支持，而尺寸的修改則相對(duì)容易。故針對(duì)尺寸修改制定了以下3種改進(jìn)方案。

3.1 方案一

將斗桿齒條導(dǎo)軌加高5 mm。由于單面斗桿齒條總成由12塊齒條（包括前擋齒條）拼接而成，加高斗桿齒條必須保證每一塊齒條導(dǎo)軌厚度及加高尺寸均勻相同，需在堆焊添加出高度后再進(jìn)行打磨處理，該方案可由內(nèi)部自行堆焊實(shí)施，如圖3所示。

3.2 方案二

將推壓小齒輪導(dǎo)軌直徑由原來(lái)509 mm改為519 mm，提高齒輪導(dǎo)軌高度，延長(zhǎng)齒輪壽命，該項(xiàng)改進(jìn)需由齒輪生產(chǎn)廠家配合，直接在加工階段進(jìn)行，如圖4所示。

3.3 方案三

結(jié)合歷年來(lái)推壓小齒輪導(dǎo)軌和斗桿齒條導(dǎo)軌磨損程度以及運(yùn)行情況，建議將推壓小齒輪導(dǎo)軌直徑由509 mm增加至515 mm，將齒條軌導(dǎo)軌高度增加至103 mm。該項(xiàng)改進(jìn)需要內(nèi)部補(bǔ)焊和外部齒輪加工共同配合，或者完全由備件生產(chǎn)廠家在加工階段即進(jìn)行改造。

司家營(yíng)研山鐵礦WK-20型挖掘機(jī)維修技術(shù)人員對(duì)3種改造方案進(jìn)行了對(duì)比討論，考慮到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)齒輪的運(yùn)行速度大、導(dǎo)軌磨損速度快，而齒條導(dǎo)軌磨損速度相對(duì)比較慢，且補(bǔ)焊加高斗桿齒條導(dǎo)軌完全可以由內(nèi)部完成，無(wú)需借助外部力量，最終確定方案一最容易實(shí)現(xiàn)。并于2018年4#鏟大修時(shí)實(shí)施了該方案［3-5］，圖5為推壓機(jī)構(gòu)改進(jìn)實(shí)施效果示意圖。

4 方案實(shí)施效果

通過(guò)在4#鏟實(shí)施效果比較:未改造前，1套推壓小齒輪平均使用壽命約14個(gè)月，斗桿齒條壽命約28個(gè)月；改造后，4#鏟推壓小齒輪已使用2 a時(shí)間，根據(jù)磨損程度，還可使用約1 a時(shí)間，而斗桿齒條情況同樣良好，預(yù)計(jì)使用壽命將遠(yuǎn)高于28個(gè)月。

經(jīng)濟(jì)效益:①齒輪價(jià)值為5.6萬(wàn)元/對(duì)，齒條價(jià)格為9.8萬(wàn)元/付，根據(jù)目前使用情況，改造后推壓機(jī)構(gòu)可延長(zhǎng)壽命至少1倍，單次改造節(jié)約成本約15.4萬(wàn)元，5臺(tái)電鏟全部改造完畢后年可節(jié)約成本22.5萬(wàn)元。②齒輪維修更換時(shí)間為3 d，斗桿維修更換時(shí)間為2 d，改造完畢后可將更換斗桿及齒輪次數(shù)減半，平均每年可減少設(shè)備維修時(shí)間7 d，按照電鏟每日1.5萬(wàn)t產(chǎn)量計(jì)算，可提高產(chǎn)量約10.5萬(wàn)t。同時(shí)可有效減少維修工設(shè)備修復(fù)和斗桿更換齒條的維修量。

5 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)，司家營(yíng)研山鐵礦將改進(jìn)方案及實(shí)施效果提供備件生產(chǎn)廠家，從源頭進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。此項(xiàng)改進(jìn)措施，在降低設(shè)備故障率、降本增產(chǎn)等方面有著重要的意義。