提高采煤机机械部分寿命的方法探讨_孟岩.pdf

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050220引言采煤机是一个综合性重型机械设备，其内部系统相对复杂，涉及到机械、液压、电气自动化等各领域的技术，而机械部分占比较大。本文分别从采煤机滚筒、传动系统、壳体三方面入手，探讨提高采煤机机械部分寿命的方法。1提高采煤机滚筒寿命采煤机滚筒用来实现截煤和装煤，消耗整机总功率的80%左右，其受到的阻力和磨损程度也是最恶劣的。采煤机滚筒的寿命主要是由端盘设计、截齿、内喷雾、螺旋叶片、齿座、焊接工艺、防护等多种因素决定的。采煤机滚筒结构示意图如图1所示，滚筒截煤时需要保证端盘板与煤壁面之间有间隙，这样才能保证煤块顺利地滚动排出，但是由于边缘截齿的安装角度是倾斜的，这就使煤块的排出遇到了阻碍，增加对端盘的挤压和磨损。因此要求在设计采煤机滚筒端盘时做到以下几点：确保在同一截线上的截齿受力均匀，一旦受力不均，就会出现采煤机滚筒叶片的变形和截齿的脱落；采煤机滚筒切削面积从由煤壁侧到采空侧逐渐增加，缩短摇臂行星轴的力臂，提高装煤效率；在截齿强度允许的情况下，尽量减少截齿的数量，减轻端盘阻力，减小变形量。由于采煤机滚筒叶片厚度较薄，在不影响装煤效果的情况下，应尽量在采煤机滚筒叶片边缘加焊耐磨性材料，提高叶片的耐磨强度。采煤时，截齿的损耗量很大，所以提高截齿和齿座的材料强度尤为关键，一般使用性能优良的低合金结构钢；卡套式固定方式安装方便，稳定性也相对较好，在设计端盘和叶片时，在边缘留有匹配齿座的开口，将齿座嵌入开口中焊接牢固，大大提高齿座的承载能力，这样即使受到较大载荷时，齿座也不会脱落，更换截齿即可。齿座的焊接角度即截线设计一定要合理，尽量做到各齿受力均匀，同时设计好叶片旋角和开口角度，提高采煤机滚筒的装煤效果，也能减小滚筒所受载荷。采煤机滚筒的内喷雾可以降低截煤时产生的大量粉尘，同时也可以为采煤机滚筒冷却降温，增加其使用寿命。图1采煤机滚筒结构示意图2提高传动系统寿命采煤机的截割部是采煤机主要工作机构，其工作原理是电动机带动各级齿轮进行逐级减速，将扭矩通过联接盘传递给采煤机滚筒，使采煤机滚筒转动完成截煤和装煤。在整套截割部传动系统中，齿轮的稳定性和寿问题探讨提高采煤机机械部分寿命的方法探讨孟岩（上海创力集团股份有限公司 采煤机研究院，上海202208）摘要：目前井下采煤设备以采煤机为主，采煤机一旦出现故障停机，将会给矿方造成巨大损失。从采煤机滚筒、传动系统和壳体三方面研究了提高工作稳定性、增加设备寿命的方法。关键词：采煤机滚筒；传动系统；壳体；齿轮；机械部分寿命中图分类号：TD421.6文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0070 02Discussion on Methods of Improving Life of Shearer Mechanical PartMeng Yan(Shearer Research Institute,Shanghai ChuangLi Group Co.,Ltd.,Shanghai 202208,China)Abstract:At present,the underground coal mining equipment is mainly the shearer.Once the shearerbreaks down,the losses caused to the mining party are quite huge.The methods of improving workingstability and increasing equipment life were studied from three aspects of shearer drum,transmissionsystem and shell.Key words:shearer drum；transmission system；shell；gear；machinical part life70第44卷第5期Vol.44 No.5提高采煤机机械部分寿命的方法探讨孟岩命尤为关键。由于井下环境十分恶劣，采煤机工作时会产生巨大的振动和截割阻力，各级齿轮承受巨大的接触应力和剪切应力，这种情况下，齿轮极易发生损伤。摇臂齿轮有多种损伤形式：断齿、磨损、点蚀、塑性变形和胶合等。为了避免各种损伤的产生，齿轮的材料选择尤为关键，既要有足够的强度，又需要 足 够 的 韧 性。经 过 不 断 的 试 验，齿 轮 材 料18Cr2Ni4WA得到了各方的认可，这种合金钢通过齿面渗碳、整体淬火的热处理后，有效硬化层深度达到1.2 mm，齿面硬度达到62 HRC，磨齿机进行磨齿后再进行齿根强化喷丸处理，在经过各项工序之后，齿轮便能获得良好的综合机械性能。除了齿轮之外，轴承扮演着更重要的角色，据统计，50%以上的采煤机事故是由于轴承失效引发机械故障。不同部位的轴承转速和受力情况均不一样。比如电机输出轴，由于长期过热造成轴承径向游隙变小，如果遇到少油或者短时间缺油就容易发生烧伤，产生噪声和振动；再比如行星机构中的轴承，承受扭矩大，轴承滚道与滚动体表面接触应力高，易发生早期点蚀和严重磨损，该处轴承常处于油池最高处，冷却与润滑条件均不好，极易发生烧伤。因此在设计摇臂传动系统时，一定要仔细分析轴承受力情况，选择合适的轴承类型，并注意轴承润滑，这样可以大大增加轴承的使用寿命。浮动油封和骨架油封也属于摇臂中的易损件。浮动油封属于动密封，2个平面金属环在O形密封圈的支撑下进行相对转动，平面之间有一层油膜，一旦密封圈老化变形，金属面挤压过紧，没有了油膜润滑，金属环就会很快磨损发生漏油。因此在选购浮动油封的时候一定要确保材料的可靠，一般会选择德国格茨品牌，尽管价格昂贵，但是故障率低。骨架油封一般用在电机输出轴位置，电机转速很高，转轴在与油封摩擦时会产生大量的热，一旦油封内径变形就会发生漏油，因此在选择骨架油封时，要选择耐磨、耐热的材料，一般会选用进口氟橡胶。除了材料，2种油封的安装工艺也十分考究，设计时要保证油封外圈与安装孔的过盈配合，避免发生相对转动，造成油封失效。牵引减速箱的传动系统与截割部的原理基本相同，也是电机扭矩通过各级齿轮传递给行走轮，使其与销轨啮合带动整个采煤机行走。因此提高其稳定性的方法与截割部大体一样，都是注重齿轮、轴承和油封的设计和装配。其实无论是齿轮还是轴承油封都离不开润滑油，油池里的润滑油量少，会直接导致齿轮的磨损和轴承油封的烧毁，因此采煤机工作之前，一定要观察各个油标油位，如有缺少要及时添加。齿轮箱里的润滑油使用一段时间后会沉积大量的金属细屑，这种杂质会加快齿轮、轴承和油封的磨损，因此在设计时应在各油池增加磁铁组件一类的可以吸附或者清理油池铁屑等杂质的机构，以 增 加传动系统整体寿命。3提高壳体寿命井下作业环境恶劣，采煤机工作时会受到岩石、煤块以及其他矿山机械的磨损和撞击，采煤机壳体变形情况十分常见，截割部壳体受到的磨损和冲击最为严重，而产生的后果也相对严重，因为一般摇臂壳体表面会布满冷却水道和油道，一旦壳体破损开裂，会导致漏水、漏油，这直接影响摇臂内部传动系统的寿命。现在比较好的壳体材料是ZG25CrNiMoA进行调质处理，这种材质耐磨性比较好，但是焊接难度相对较大，对焊接工艺要求较高。采煤机滚筒是采煤机的截煤、装煤机构，采煤机滚筒截落的煤基本上都会从摇臂下方被推挤到刮板输送机上，这就会对壳体造成冲击。采煤机截煤时，有时需要挑顶和卧底，一不注意就会出现割顶或者与槽帮刮蹭，所以想要提高壳体寿命，采煤机司机的操作水平也很关键。由于壳体内部齿轮快速转动会产生大量的热，工作时摇臂壳体温度有时会达到80 以上，这会使壳体变软，更易损坏，因此要提供充足的喷雾冷却水来冷却壳体。对于较厚的煤层，采煤时会出现较大煤块或者片帮，对采煤机下方的过煤位置会产生很大破坏，甚至会破坏刮板输送机，这就需要加装破碎系统，把较大的煤块打碎，以减轻对机器的损伤。其实无论是机械、电气还是液压系统，无论哪方面出现问题，都会造成采煤机工作停滞，给用户造成损失。采煤机厂家应提高防患意识，从设计计算、材料选择、生产加工、操作培训等环节认真把控，提高采煤机工作稳定性，延长整体使用寿命，努力将与国外先进采煤机技术的差距逐步缩小，将矿方的损失降到最低。4结语本文主要研究了提高采煤机工作稳定性、增加机械部分使用寿命的方法。首先分析影响采煤机滚筒使用寿命的因素，并找到针对性的解决办法；其次分析了传动系统各组件的易损原因，并提出解决方案；最后分析了提高壳体寿命的方法。参考文献：1蒋广玉.采煤机截割部齿轮破坏原因及预防措施J.煤矿机械,2003,24(11):116-117.2田金凤，祁恒军，毛淑兰，等.采煤机截齿可靠性和寿命分析J.煤矿机械,2002,23(2):26-27.3杨爱琴.电牵引采煤机摇臂常见故障分析及处理J.科技创新与应用,2012(28):107-108.作者简介：孟岩（1989-），女，黑龙江哈尔滨人，本科，研究方向：煤矿机械.责任编辑：张欣收稿日期：2022101271