8750-65型拉铲回转系统故障分析及检修方案.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月国能准能集团有限责任公司黑岱沟露天煤矿在用的8750-65型拉铲是国内第1台齿轮传动大型拉铲，是目前亚洲最大的迈步式拉铲，悬臂长109.7m，回转平台长38.4 m，宽29 m，挖掘深度71 m，铲斗容积90万m3，整机质量4 900 t，整机工作质量5 300 t1，每小时倒堆量可达4 000 m3。随着运行时间的增加，回转系统突发性故障频率逐渐增多，主要体现在已累计发生10次立轴断裂故障及6次立轴轴头裂纹故障。回转系统故障损坏，存在次生损坏严重，检修周期长，检修难度高，成本大的特点，严重制约设备的出动率和生产任务指标的完成。故需要对拉铲回转系统故障进行详细分析和研究，制定预防措施和相应的检修方案，保障拉铲的正常运行。1回转系统故障分析拉铲回转系统故障多体现在回转立轴断裂，及其断裂多引发的次生故障现象，例如回转立轴轴头断裂后可能引发其轴承座变形，回转减速箱地板变形和隔舱顶部开裂，相邻立轴隔舱中间筋板变形等次生损坏。1.1回转立轴断裂回转立轴断裂主要体现在轴端断裂，发生在小齿轮安装位置，断口形式多为疲劳撕裂。通过设备的运行观察可知，回转立轴轴头端安装的小齿轮要与回转大齿圈进行啮合，而大齿圈为分段制造和安装，由于制造过程中的加工误差和安装误差无法避免，8750-65 型拉铲回转系统故障分析及检修方案李新彪（国能准能集团有限责任公司 物资供应中心,内蒙古 鄂尔多斯 010300）摘要：对黑岱沟露天煤矿8750-65型拉铲的回转系统故障检修情况进行了总结，结合实际检修情况的数据分析，对诱发故障的原因进行了系统详细的阐述,给出了回转系统检修的局部数据标准，并依据不同的故障损坏特点给出了详细的检修工艺方案。结果表明:检修工艺方案符合现场生产检修要求，能够促使回转系统恢复至最佳运行状态，确保设备正常运行。关键词：疲劳裂纹；UT探伤；8750-65型拉铲；回转系统；故障分析中图分类号：TD源圆圆援圆垣猿文献标志码：B文章编号：员远苑员原怨愿员远（圆园23）03原园118原园4Failure analysis and maintenance plan of 8750-65 dragline slewing systemLI Xinbiao（Material Supply Center,China Energy Group Zhungeer Energy Co.,Ltd.,Ordos 010300,China）Abstract:This article summarizes the fault maintenance of the slewing system of 8750-65 dragline in Heidaigou Open-pit CoalMine.Combined with the data analysis of the actual maintenance situation,the article systematically elaborates the causes ofinduced faults,gives the local data standard for the overhaul of the slewing system,and gives the detailed overhaul process planaccording to different fault damage characteristics.The results show that the maintenance process plan meets the on-site productionmaintenance requirements,which can promote the slewing system to return to the best operating state and ensure the normaloperation of the equipment.Key words:fatigue crack;UT flaw detection;8750-65 dragline;slewing system；fault analysisDOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.032李新彪.8750-65 型拉铲回转系统故障分析及检修方案 J.露天采矿技术，2023，38（3）：118原121.LI Xinbiao.Failure analysis and maintenance plan of 8750-65 dragline slewing system 允.Opencast MiningTechnology,2023,38（3）:118原121.移动扫码阅读收稿日期：2022-0源-1猿责任编辑：张夙作者简介：李新彪（1968）男，内蒙古伊金霍洛旗人，高级工程师，本科，2007 年毕业于内蒙古科技大学，从事大型采矿设备维修管理工作。118露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 1立轴与中心轴的轴间距测量结果表 1轨道磨损量导致设备运行过程中回转小齿轮与大齿圈啮间隙发生变化，出现受力不均，长时间的受力不均，促使轴头端出现疲劳应力集中，最终体现为应力裂纹，裂纹未及时发现，经拓展后出现立轴轴端断裂2。在对发生轴端断裂后原因分析过程中，以中心轴为基准，利用百分表对直径为13 873.99 mm的拉铲回转大齿圈进行测量，发现齿顶圆测量值高点和低点的差值范围是0耀7.5 mm。对四周均布的6个回转立轴与中心轴的轴间距进行测量，立轴与中心轴的轴间距测量结果如图1。通过设备空载和重载2种状态下，测量回转立轴与中心轴的轴间距的实际尺寸值，发现较回转立轴与中心轴的轴间距标准尺寸值6 603.492 mm小0.5耀4 mm，即6根回转立轴中心整体向中心轴位置偏移，导致大齿圈和小齿轮咬合间隙变大，转动过程中的连续受力变成渐断受力，体现为运行过程中的撞击声，对齿牙冲击损害严重3。1.2变形和撕裂故障当断轴故障发生时，回转立轴断裂的瞬间会产生较大的冲击力，对回转减速箱安装底座、轴承杯、回转中盘及回转大齿圈造成瞬间冲击受力，发生次生故障现象4，主要体现为导致均布的回转立轴、中心轴、回转大齿圈、上下环轨、第3轨、回转滚子等零部件的形位公差发生变化。严重时促使回转中盘筋板发生扭曲变形和撕裂损坏。拉铲在长时间的走铲中，由于采矿工艺、工作面平整度、司机操作等因素影响，或因频繁的回转立轴断裂冲击，导致回转立轴轴承基座及大齿圈基座均产生不同程度的变形，立轴基座中心分度圆与中心轴平行度、同心度存在偏差。当基座底端变形严重时，甚至出现基座筋板撕裂损坏。1.3磨损损坏故障在日常检修和大修过程中，发现目前拉铲回转系统各部陆续出现磨损超出极限，回转中心轴轴承间隙增大，上下环轨、第3轨、回转滚子均发生不同程度的磨损。主要原因为8750-65型拉铲生产效率高，已运行14年，能够实现每天24 h连续工作运转。设备使用过程中为了保证拉铲的年产能、充分调动设备可动率，日常运行尽可能地扩大采掘深度和斗容量，因此设备工作负荷大，损耗较严重。在检修过程中对第3段环轨分4段（1#、2#、3#、4#），每段分别取2个位置进行测量，对比新轨道配件厚度尺寸值104.5 mm，检修标准中要求当磨损量达极限尺寸9.25 mm时，必须对第3轨进行新件更换。轨道磨损量见表1。2回转系统局部标准1）中心轴要求为锻件加工，外径是800 mm，内径是267 mm。2）下回转轨道为完整的环形，由24块完全相同的扇形轨道段组成。每段轨道的接口方向与径向方向是偏斜的，要求辊轮在接口处能平滑地通过。轨道之间的接口间隙约是1.5 mm。在底部外侧安装ASTM 514-69标准的合金钢耐磨板，耐磨板的厚度为22 mm，硬度为360BHN。3）导向装置中的1对导向轮垂直分开布置，分开的距离至少是钢丝绳直径的60倍。4）回转平台与上回转轨道的接合面是由23块扇形轨道段组成的2段半圆弧，2段圆弧共345毅，其中包括19个中间轨道段和4个端头轨道段，预留2个7.5毅的开口，用于拆装、更换辊轮。5）回转轨道安装面平面度要求为0.083 mm/m，在整个轨道安装平面的范围内，平面度误差要求限制在1.522 mm之内。回转平台的下平面与底盘上平面之间的间隙高度是740 mm。6）上、下轨道之间有138个直径355 mm的无缘辊轮。辊轮的外径尺寸公差为依0.05 mm，相邻2个辊轮的直径差要在0.013 mm之内。7）回转齿圈齿顶面到中心轴中心为（6 914.05依环轨1#2#3#4#3.203.152.393.003.273.812.243.83磨损量/mm位置 1位置 2119露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月0.1）mm，且整个齿圈椭圆度小于0.2 mm。3回转系统预防措施1）以周运行时间为期限，由专业技术人员对6根回转立轴利用60毅斜探头进行UT探伤，并记录探伤情况报告，若发现异常情况时，即刻安排检修人员进行拆解检查并更换。2）回转立轴、小齿轮、轴承杯等关键部件在上机前和下机后，均应进行全面UT探伤检查。3）新立轴装机运行满5 500 h，应下机进行全面检查，将回转小齿轮和隔套拆除后，对立轴轴颈和小齿轮等进行UT探伤，发现裂纹立即更换。4）定期对回转大齿圈进行齿顶面UT探伤和齿表面着色探伤。4回转系统各部检修方案4.1中心轴检修利用千分尺、激光跟踪仪检测轴套内外径尺寸、轴承外圆尺寸，轴承孔内孔尺寸，根据检测结果确定检修方案。如轴套和轴承磨损，则应进行更换新件处理。如轴孔磨损，应采取堆焊修复，再进行镗削加工的方式进行尺寸精度恢复，尺寸标准公差范围是+0.30。检修方案步骤如下：1）利用激光跟踪仪测量中心轴中心，在底盘上布置并焊接固定基准点作为后续加工及检测的参考基准点。2）为防止拆卸中间轴及后续加工时发生位置变动，需要在底盘和旋转平台2个地方用槽钢在外侧焊接固定，角度位置分别在0毅、90毅、180毅、270毅。3）按照中心轴拆装工艺标准，拆除中间轴、铜套以及轴承，利用清洗剂对轴孔进行清洗5，在使用内径千分尺测量中心轴轴承孔的磨损情况。4）若轴承孔磨损严重，则采取焊接补焊的方式对失圆轴孔进行补焊操作，补焊过程中要避免夹杂、焊瘤等焊接缺陷的出现，堆焊完成后进行保温缓冷。5）堆焊完成后，利用大型便携镗孔机进行轴孔的镗削加工，利用事先确定的基准点，实施镗孔机镗杆的找正对中，利用激光跟踪仪辅助调整，直至镗杆与基准中心轴线重合，误差约0.05 mm/m。6）镗削加工过程中，粗车进刀量控制在3 mm左右，当距标准尺寸3 mm时，开始半精确加工，直至留有1 mm的精加工余量，最后进行精确镗削加工至标准公差范围的尺寸值6。7）轴孔完成精加工修复后，按照标准检修工艺将轴套、轴承及中心轴进行安装，恢复正常运行。4.2大齿圈检修首先对回转平盘进行受力分析，完成载荷计算，确定支撑的最佳位置和承载载重7。其次对大齿圈底面顶坏处进行查验，若加工面损坏严重，发生穿孔现象，应对损坏部位进行挖补切割，重新焊接钢板。若加工面磨损，则先检测出最高点位置进行保留，其他区域进行堆焊，最终通过铣削加工的方式进行修复，恢复其尺寸精度，平面度小于0.5 mm，表面粗糙度小于Ra3.2。检修方案步骤如下：1）对24段大齿圈进行解体检测，利用激光跟踪仪检测底板的平面度，并在底板上焊接测量参考基准。2）安装便携式镗铣床，并依据基准点进行装夹固定，对于需要镗削加工的安装面，测量出待加工量，进行粗铣和精铣加工。3）铣削加工过程中，粗铣进刀量控制在1 mm左右，当距标准尺寸1 mm时进行精加工，最后精确铣削加工至标准公差范围的尺寸值。4）待360毅范围内底板均分段铣削完成后，利用激光跟踪仪复测平面度，控制在0.3 mm范围内。5）底面平面度调整结束后，开始大齿圈的分段安装，先焊接压板螺丝和顶丝板，轻轻压住第1段齿圈，利用激光跟踪仪检测中心轴中心到第1节齿圈齿顶的尺寸半径值。6）利用靶球放在第1段齿圈两边的齿顶面上，用顶丝进行尺寸调整，完成第1段齿圈的调整。7）采取同样的方式进行第2段齿圈的装配，与第1段齿圈的齿顶接触面不得超过0.15 mm的公差范围，依次完成其余齿圈的装配8。8）24段齿圈装配完成后，用激光跟踪仪以中心轴为基准复测齿圈的平面度和圆柱度，符合装配尺寸要求后，安装定位销和螺栓完成大齿圈的安装。4.3回转立轴检修回转立轴轴孔检修时，测量过程中应以中心轴为基准，采用激光跟踪仪检测传动轴轴承孔尺寸，根据中心距（6 603.492依0.1）mm，确定其修复量。修复量确定后，实施轴孔的堆焊填充焊接，待补焊完成后，利用便携式镗削加工设备进行镗削修复，确保中心距为（6 603.492依0.1）mm，垂直度小于0.1 mm。检修方案步骤如下：1）利用激光跟踪仪以中心轴中心为基准，在底板上焊接设置测量基准点作为参考。120露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月成这种现象的主要原因是C乜-3Y型挖掘机生产能力较小，导致新水平开拓降深速度较慢。针对这种现状，抚矿集团公司成功应用了FWK-6L型上装式挖掘机。FWK-6L型上装式挖掘机，在采掘高度、卸载高度、采掘半径、卸载半径、生产能力以及司机操作难易程度方面均有较大提高。抚顺东露天矿使用FWK-6L型上装式挖掘机，通过加快掘沟进度，加快采区新水平开拓降深速度，增大整体工作帮坡角，为采区富矿接续提供了良好条件，为抚矿集团油页岩富矿增产提供了有力保障。参考文献：员 煤炭工业部沈阳设计研究院援抚顺东露天矿恢复工程初步设计 砸 援沈阳：煤炭工业部沈阳设计研究院，圆园园源援圆 张防修，尹有德，蒙涛援 抚顺东露天矿开采方式及开采程序的选择 允 援露天采矿技术，圆园员圆（杂圆）：苑原愿援猿 李惠发，李焕忠，陈思，等援抚顺东露天矿合理开采的可行性研究 允 援露天采矿技术，圆园园愿（远）：圆愿原猿园援源 赵洪泽，曹博援露天采矿学 酝 援北京：煤炭工业出版社，圆园员怨援缘 高国骧援抚顺西露天矿开采技术 酝 援北京：煤炭工业出版社，员怨怨猿.远 张富民援采矿设计手册 酝 援北京：中国建筑工业出版社，员怨愿苑援苑 荆元昌援露天采矿机械 酝 援北京：煤炭工业出版社，员怨愿远援愿 杨占军援提高单斗铁道工艺深凹露天矿电铲的生产能力 允 援露天采煤技术，圆园园员（圆）：苑原怨援怨 吴迪援抚顺东露天矿生产运输方式 允 援露天采矿技术，圆园员源（员员）：缘园原缘圆援（上接第117页）2）激光跟踪仪放在回转立轴孔心底板位置，安装靶球，读取数据，再检测回转立轴轴承孔尺寸，确定其失圆磨损量。3）采取堆焊补焊的方式对失圆轴孔进行补焊操作，补焊过程中要避免夹杂、焊瘤等焊接缺陷的出现，堆焊完成后进行保温缓冷。4）轴孔焊接完成后，将便携式镗孔机的镗杆穿入孔内，利用定位支架粗调镗杆位置，点焊固定支架。5）将镗杆盖板装入镗杆上离加工面500 mm位置锁紧，用1台激光跟踪仪放在底板位置固定，实时监测底板部分镗杆的位置并进行调整，直至镗杆中心和立轴中心轴线重合。6）用底板处激光跟踪仪把总基准数据转移到中层并焊接固定参考基准点，用另1台激光跟踪仪建立中心轴基准，实时监测中层部分镗杆位置并进行调整，直至中层镗杆中心和中心轴线重合，同时底板处的激光跟踪仪实时监测底板处镗杆的位置变化，最终保证整根镗杆中心线和中心轴线重合误差0.05mm内。7）安装镗杆驱动单元、刀架等，开始镗削加工，粗车进刀量控制在3 mm左右，当距标准尺寸3 mm时，开始半精确加工，直至留有1 mm的精加工余量，进行精确镗削加工至标准公差范围的尺寸值。8）待轴孔加工完成后，再拆掉刀架，安装铣削刀架，对回转立轴轴孔端面进行铣削加工，加工完成后用激光跟踪仪复测传动轴孔尺寸和位置度，误差不超过0.1 mm。5结语8750-65型拉铲的回转系统是整机日常检修中的重点，一旦发生故障损坏，检修周期长，难度高，成本大的特点，将严重制约设备的出动率。依据以上检修标准和工艺要求做好每次的日常点检维护监测以及故障检修处理，用以保障拉铲回转系统的正常运行。参考文献：1 王桂林.提高吊斗铲系统生产效率的途径 J 援露天采矿技术，2012（6）：16-18.2 董新援EX3600-6 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