張海濱

摘要：本文根據(jù)易維護(hù)直齒搖臂在大柳塔煤礦7米大采高綜采工作面的使用情況，詳細(xì)介紹了該搖臂的結(jié)構(gòu)及使用情況，并對(duì)該搖臂現(xiàn)存在問題提出改進(jìn)建議，為以后易維護(hù)直齒搖臂的應(yīng)用及推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：易維護(hù)；全直齒；搖臂；7米大采高

1 引言：7米大采高工作面作業(yè)環(huán)境惡劣，對(duì)采煤機(jī)可靠性要求較為苛刻。進(jìn)口采煤機(jī)搖臂內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行星頭容易損壞，維護(hù)困難且不易更換。為了提高采煤機(jī)搖臂的可靠性，神華集團(tuán)與中傳重型裝備有限公司聯(lián)合研發(fā)了易維護(hù)全直齒搖臂，不僅制造簡(jiǎn)單，而且減少了齒輪傳動(dòng)時(shí)的軸向力，增強(qiáng)了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性，同時(shí)提高了搖臂的使用效率以及降低檢修維護(hù)工的勞動(dòng)強(qiáng)度，屬世界煤炭技術(shù)裝備的首創(chuàng)。

該搖臂采用五級(jí)全直齒傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，且在使用過程中只需要進(jìn)行對(duì)潤(rùn)滑油的定期更換、取樣化驗(yàn)等基礎(chǔ)性維護(hù)，預(yù)期實(shí)現(xiàn)齒輪、軸承和密封的免維護(hù)。

2 易維護(hù)直齒搖臂的意義

神東公司7米大采高綜采工作面之前使用的進(jìn)口采煤機(jī)搖臂內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用過程中行星頭齒輪易損壞，甚至內(nèi)部其它傳動(dòng)齒輪因此而全部打碎，維修時(shí)不得不將齒輪全部更換，加之齒輪更換困難，造成維護(hù)成本明顯增高。與之前的進(jìn)口搖臂相比，該臺(tái)大采高易維護(hù)全直齒搖臂全部采用直齒傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)，運(yùn)行過程中只需要進(jìn)行齒輪油的定期更換、取樣化驗(yàn)等基礎(chǔ)性維護(hù)，預(yù)期實(shí)現(xiàn)齒輪、軸承，密封的免維護(hù)。同時(shí)，該搖臂首次采用五級(jí)全直齒傳動(dòng)，降低了軸向力影響，提高了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性。該搖臂的設(shè)計(jì)理念是7米大采高雙滾筒采煤機(jī)搖臂技術(shù)創(chuàng)新的典范。

3 易維護(hù)全直齒搖臂的結(jié)構(gòu)

3.1設(shè)計(jì)方案。采用全直齒傳動(dòng)替代行星傳動(dòng)，解決搖臂維護(hù)困難的問題。技術(shù)路線：技術(shù)調(diào)研；制定設(shè)計(jì)方案；技術(shù)方案評(píng)審；技術(shù)設(shè)計(jì)；技術(shù)設(shè)計(jì)評(píng)審；工藝設(shè)計(jì)；關(guān)鍵工藝攻關(guān)；生產(chǎn)制造；廠內(nèi)試驗(yàn)；工業(yè)性試驗(yàn)；技術(shù)改進(jìn)；組織鑒定。工作面配套可行性研究：結(jié)合對(duì)現(xiàn)有中厚煤層綜采工作面設(shè)備配套研究，確定搖臂可行的結(jié)構(gòu)尺寸，解決滿足割煤斷面配套、采煤機(jī)平衡支撐、割端頭三角煤、采煤機(jī)不存在與其它設(shè)備的干涉以及不同地質(zhì)條件下的搖臂設(shè)計(jì)。

3.2模擬分析及殼體設(shè)計(jì)。首先對(duì)直齒搖臂進(jìn)行虛擬樣機(jī)建模，其中對(duì)于關(guān)鍵零部件需進(jìn)行設(shè)計(jì)或者結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，通過該過程，最后得到全直齒搖臂的虛擬樣機(jī)。其次，對(duì)于齒輪組件，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，并且對(duì)于齒輪的嚙合，通過ADAMS對(duì)其進(jìn)行剛體動(dòng)力學(xué)分析，得到齒輪的嚙合過程動(dòng)畫，并且得到齒輪嚙合時(shí)齒輪之間的受力隨著時(shí)間的變化曲線。最后對(duì)搖臂進(jìn)行受力分析，得到搖臂的受力云圖，以此完成搖臂的整個(gè)受力分析過程，為后面搖臂組件的改進(jìn)提供理論依據(jù)。通過以上可行性分析論證及改進(jìn)，建立采煤機(jī)搖臂機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型，發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)搖臂薄弱部位，為采煤機(jī)搖臂優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并在設(shè)計(jì)階段采取措施低成本地獲得最優(yōu)方案在施工中實(shí)施。最終，此搖臂殼體采用焊接和鑄造相結(jié)合的方式制成，其中容裝截割電機(jī)部分和輸出端采用鑄造件，其它部分采用Q550和Q690高強(qiáng)度鋼板焊接而成。該搖臂外形尺寸為5040X2600X1700，比進(jìn)口的艾柯夫搖臂長(zhǎng)300mm；重量為23噸，比進(jìn)口搖臂中5.5噸。

3.3搖臂的軸承和齒輪

3.3.1搖臂的軸承。鑒于原進(jìn)口搖臂的軸承及齒輪受到?jīng)_擊載荷或長(zhǎng)期運(yùn)行等工況時(shí)，易造成軸承及齒輪損壞，大大降低了搖臂的使用效率，經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)類似問題占煤機(jī)搖臂故障的95%，且損壞后，維修工作十分困難，維修成本極高。故在保證該搖臂正常使用的前提下，其軸承尺寸比原進(jìn)口搖臂安裝的軸承在不同程度上有所增加（內(nèi)徑、外徑、厚度），承受的載荷也大大提高，增加了搖臂的壽命，該搖臂的13個(gè)軸承均采用斯凱孚（SKF）進(jìn)口軸承。以最小軸承為例，原進(jìn)口搖臂中最小軸承為NJ226EC3M，其尺寸為110X200X38。而此搖臂中最小的軸承為斯凱孚生產(chǎn)的型號(hào)為NJ2222ECML的G2，尺寸為110X200X53，比進(jìn)口搖臂中的軸承在厚度上大15mm。

3.3.2搖臂的齒輪。該搖臂取消行星齒輪傳動(dòng)，采用全直齒傳動(dòng)，同時(shí)由原來的7級(jí)傳動(dòng)變成現(xiàn)在的5級(jí)傳動(dòng)。這樣不僅提高了齒輪傳動(dòng)的可靠性，同時(shí)也大大增加了搖臂的抗沖擊載荷能力。該搖臂中的齒輪是由南京高精傳動(dòng)設(shè)備制造集團(tuán)生產(chǎn)的，齒輪采用18Cr2Ni4WA高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼制造而成。另外，該搖臂均勻的安裝有4個(gè)過載剪切銷，這樣可以滿足三倍的過載要求，進(jìn)一步增強(qiáng)了搖臂的抗沖擊載荷能力。

4 存在問題及解決方案建議

該搖臂試用過程中，存在很多問題影響安全生產(chǎn)，存在問題及處理建議如下：1、建議取消強(qiáng)制潤(rùn)滑泵冷卻器，恢復(fù)內(nèi)置夾層冷卻器。強(qiáng)制潤(rùn)滑泵冷卻器比較單薄，接頭較多，在搖臂振動(dòng)大，水壓高的現(xiàn)狀下適用性差，增加故障率。2、建議放油孔位置該為下方，放油堵頭改為磁性的，現(xiàn)堵頭內(nèi)置，無(wú)法對(duì)腔體進(jìn)行清洗。3、方頭內(nèi)腔加油孔與放油孔，應(yīng)改為上下。并加大孔徑，油堵設(shè)置為內(nèi)置的，并增設(shè)排氣閥。4、頂絲孔徑太小，頂絲堵頭很難拆卸，端蓋用頂絲難頂出，建議各個(gè)端蓋減重，適當(dāng)增大頂絲孔。5、一軸內(nèi)孔徑小、并有一個(gè)小堵蓋。若堵蓋O型圈密封損壞，端蓋比較厚，無(wú)法在外部更換，必須放油拆卸端蓋更換。建議一軸端蓋改為兩層，以減輕重量；并將一軸內(nèi)孔徑擴(kuò)大，讓扭矩軸從煤壁側(cè)取出；以上各個(gè)齒輪軸可以同樣做，達(dá)到減重目的。6、內(nèi)置冷卻器為銅制產(chǎn)品，建議改為鋼制，并在內(nèi)部增加支撐點(diǎn)。搖臂內(nèi)部空間較大，可以填充隔層，減少加油量。7、搖臂鉸接孔襯套為鋼制的，對(duì)銷軸磨損比較嚴(yán)重，建議改為銅制的。8、建議注油孔改到搖臂耳座支架側(cè)。9、截割電機(jī)護(hù)罩顯笨重，固定螺絲小，破碎機(jī)裝上后無(wú)法拆卸護(hù)罩，固定螺絲經(jīng)常斷裂。建議給護(hù)罩瘦身。10、七軸端蓋向外突出，煤機(jī)割頂煤時(shí)搖臂經(jīng)常與支架頂梁剮蹭。照成端蓋邊緣變形，無(wú)法拆卸。建議七軸端蓋改為平式的，不要外突。

結(jié)語(yǔ)：采煤機(jī)易維護(hù)全直齒搖臂首次采用五級(jí)直齒減速傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，易維護(hù)，全部齒輪、軸承、密封可在井下現(xiàn)場(chǎng)更換，消除了進(jìn)口采煤機(jī)搖臂故障多，維修成本高，備件周期長(zhǎng)，影響生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)的弊端。采煤機(jī)直齒搖臂已經(jīng)在大柳塔煤礦綜采工作面成功試用，累計(jì)過煤量980萬(wàn)噸，無(wú)較大故障，經(jīng)濟(jì)效益顯著。