采煤机行星架铸件质量优化.pdf

332023,61(10)总第7 10 期机械制造材料制造采煤机行星架铸件质量优化口李超常熟天地煤机装备有限公司江苏苏州215505摘要：行星架是采煤机的关键传动零部件，其铸件质量直接影响采煤机的运行品质。通过工艺性分析，进行结构局部优化，并制订合理的铸造工艺流程，进行关键工序控制，使采煤机行星架铸件的质量得到优化。关键词：采煤机行星架铸件质量 优化中图分类号：TD421.6文献标志码：A文章编号：10 0 0-49 9 8(2 0 2 3)10-0 0 33-0 3Abstract:The planetary frame is a key transmission component of the coal mining machine,and itscasting quality directly affects the operation quality of the coal mining machine.Through the process analysis,the local optimization of the structure,the formulation of a reasonable casting process,and the key processcontrol,the quality of the planetary frame casting of the coal mining machine was optimized.Keywords:Coal Mining MachineePlanetaryFrameCastingQualityOptimization1优化背景行星架的结构紧凑，体积小，传动比大，承载能力强，工作稳定。目前，行星架在采煤机的截割部、牵引部等传动系统中已经得到了广泛应用。由于井下环境的恶劣性，采煤机作业时间长，导致行星架在使用中经常发生变形、裂纹、断裂等故障。行星架一旦发生结构断裂，将直接导致采煤工作停顿，甚至造成一定的安全威胁。行星架断裂与采煤机截割部、牵引部等部位的结构设计或装配不合理有一定关联，但产品本体的制造质量不过关才是最大症结。产品热处理不当，带有缺陷的不合格铸件交付，是行星架质量不佳的根源。因此，对现有行星架铸件的质量进行分析并提出改进意见，是十分有必要的。笔者对采煤机行星架铸件质量进行优化。2工艺性分析通过大量生产过程中出现的问题收集，以及客户使用信息反馈，笔者对行星架易发生裂纹断裂的部位进行取样研究分析，如图1所示。特别关注行星架铸件的调质硬度和金相组织，裂纹处放大5 0 0 倍的金相组织如图2 所示，非裂纹处放大5 0 0 倍的金相组织如图3所示。要生产质量合格的行星架铸件，需要从三个方面加以控制：产品工艺性结构设计局部优化；制订合理的铸造工艺流程；关键工序控制，主要在于缺陷补焊及热处理过程控制。A图1行星架断裂部位20um图2裂纹处5 0 0 倍金相组织3结构设计局部优化笔者对行星架断裂铸件进行失效模式分析，认为行星架内腔拐角部位断裂与设计不合理有一定关联。按照原设计结构，行星架的铸造圆角在机加工工序342023,61(10)总第7 10 期机械制造制造材料20um图3非裂纹处5 0 0 倍金相组织中被加工去除，但行星架最终成品要求该转角处要圆弧过渡，为了保证装配尺寸精度，又采用机加工的方式重新获得半径为5 10 mm的圆角。行星架内腔采取机加工成型的圆角，极易成为应力集中源，在实际使用过程中成为断裂原因。铸造圆角加工去除如图4所示。基于以上分析，在行星架的设计时，将该处圆角改为内凹式。在加工工序编排过程中，将该部位的铸造圆角保留，将过渡处修磨圆滑。内凹式铸造圆角如图5 所示。此举降低了机加工产生应力的风险，减小了加工量，降低了加工难度，缩短了生产周期。图4铸造圆角加工去除4-R109-4-R10图5内凹式铸造圆角4制订合理铸造工艺流程行星架材料选用ZG42CrMo，这一材料铸造性能较差，凝固收缩率大，易产生缩孔等缺陷。大型铸钢件的浇铸温度高，钢液的流动性较差，不利于铸件充型，所以需要对模具、砂箱进行预热，使钢水易氧化，同时需要加快浇注速度。笔者对加工工艺流程进行两方面改变。4.1增加退火去应力工序ZG42rMo材料的碳含量较高，为0.38%0.45%，热敏感性较强，具有较强的冷裂纹和热解理裂纹倾向，焊接性较差。出于以上考虑，在毛坏未割冒口前增加去应力退火工序，保证铸造内应力的消除。从实际生产情况看来，这一举措十分有效，消除了由铸造内应力引起的裂纹。4.2增加粗加工工序行星架铸件对硬度有指标要求，热处理方式为调质。ZG42rMo材料的淬透性虽然整体很好，但是毛坏状态淬透层深度均匀性受限。在调质处理前增加粗加工工序，这样一方面可以确保行星架铸件的硬度均匀性，另一方面能够有效排除毛坏表面粘砂和杂物对热处理效果的影响，由此进一步提高行星架铸件的综合机械性能。5关键工序控制通过前期行星架铸件试制过程中的摸索，进行了关键工序识别，将铸件补焊、热处理确定为关键工序。补焊工艺过程控制可以有效降低后续生产过程中次生缺陷的发生概率，热处理控制可以使铸件获得更加稳定的综合性能。5.1补焊工序控制焊前准备时，采用机械钻孔冷作的方式钻止裂孔，将裂纹两端的末梢去除，以防止裂纹延展。用机床或由钳工用角磨机打磨去除所有裂纹、砂眼、气孔等。无损探伤后，确定无铸造缺陷。焊丝选用TWE-711，直径为1.2 mm，化学成分见表1。表1焊丝化学成分元素CSiMnSP含量0.05%0.55%1.45%0.008%0.015%补焊前，采用氧乙炔焰进行局部预热，预热温度为250300，裂纹面积大或有多处裂纹，可采用整体预热。使用气体保护焊机，保护气体选用8 0%氩气+20%二氧化碳混合气体。施焊过程中，尽可能保持平焊位置。要严格控制焊接热输入，选取较低焊接电流、电弧电压，控制合适的保护气流。焊接工艺参数见表2。焊后先局部烘烤2 0 min，然后覆盖石棉布保温缓冷，在30 0 保温1.5 2 h。钳工打磨补焊部位平整。（下转第8 0 页）802023,61(10)总第7 1 0 期机械制造上接第34 页）罡编辑收稿时间：2 0 2 3-0 7A安全故障研究，在传统励磁变压器单绕组集总参数等效电路模型的基础上进行改进，利用Multisim软件建立励磁变压器双绕组集总参数等效电路模型，进行不同程度短路故障的模拟。通过研究确认励磁变压器绕组发生短路故障之后，分布参数发生变化，从而引起谐振频率变化。可以根据谐振频率变化情况，判断励磁变压器绕组变形程度，为励磁变压器绕组变形检测提供参考。参考文献1周楠，王昕，杨海龙.基于超声合成孔径弧形扫描联合算法的变压器绕组故障检测方法J.电力科学与技术学报,2 0 2 2,37(5):1 9 8 -2 0 6.2涂正宏，李磊，徐鹏程，等.基于多点阵列式三维成像的变压器绕组超声波检测系统研究J.机电工程，2 0 1 8,35(6):613-617.3刘英环.电力变压器绕组变形原因分析及测试方法J.科技创新与应用，2 0 2 0,1 0（2 6）：1 4 2-1 4 3.4曾卓维，李克讷，胡旭初.变压器铁芯参数化绘制系统J.机械制造,2 0 2 3,6 1(1)：1 8-2 1,34.5田昊洋，胡敏，徐鹏，等.振动检测法在短路试验中的应用研究J.变压器,2 0 1 9,5 6(7)：5 5-6 1.6张立坚.浅析短路阻抗法在变压器绕组变形试验中的应表2焊接工艺参数项目数值焊接电流/A220电弧电压/V30干伸长/mm20气体流量/(Lmin-l)255.2热处理工序控制调质处理前，行星架铸件外部加工面通过磁粉探伤，内腔非加工面采用超声探伤，严格控制铸件上的裂纹缺陷。淬火完成后，检测行星架的本体硬度，根据所测数据调整回火工艺。回火采用水冷的方式，避免铸件回火脆性的发生。6结束语笔者分析采煤机行星架铸件加工过程中的质量控制规律，对行星架铸件进行工艺性结构设计局部优化，制订合理的铸造工艺流程，控制补焊和热处理，进而提高结构性能，降低故障率。对行星架铸件进行质量优化，为行星架产品量身打造工艺设计，从内部质量与机械性能表现两方面对行星架产品的正常使用起到双重保障，也为采煤机其它零部件的结构性能改进提供了参考。参考文献1刘林，蔡淑芳，刘黎南，等.ZC42CrMo大型铸钢齿轮质量用J.中国水能及电气化，2 0 1 9（1 0）：5 5-5 7.7周中锋,刘强，刘行行，等.分布电容法和短路阻抗法在变压器绕组变形综合诊断中的应用J.河北电力技术,2 0 1 9,38(2):39-40,53.8李宏达，黄鼎琨，张彬，等.改进的低压脉冲法对变压器绕组变形的探测研究J.南京理工大学学报，2 0 2 0,4 4(1):15-20.9车月月.基于ANSYSMaxwell的电力变压器绕组模型参数获取方法研究D.西安：西安理工大学,2 0 2 2.10DICK E P,ERVEN C C.Transformer Diagnostic Testing byFrequency Response Analysis J.IEEE Transactions onPower Apparatus and Systems,1978,PAS-97(6):2144-2153.11电力变压器绕组变形的频率响应分析法：DL/T9112016S.作者简介：楼彬（1 9 8 9 一），女，讲师，主要研究方向为机电装调与自动控制。控制与热处理J.铸造，2 0 0 9,5 8（7）：7 33-7 36.2尹立孟.ZG42CrMo轨道梁的修复J.焊接，2 0 0 3（1）：4 4-45.3李超.采煤机导向滑靴导向面耐磨焊层的修复工艺J.机械制造,2 0 1 7,5 5（7）：8 7,1 0 3.4王话,孙爱新，杨纯辉，等.采煤机摇臂的铸造工艺研究J.铸造,2 0 1 2,6 1(7):7 9 9-8 0 1.5曹松，李伟，杜天彬.导向滑靴铸钢件的质量优化J.中国铸造装备与技术，2 0 1 5,5 0（5）：1 2-1 3.6李嘉倩，季德生，徐超，等.大型行星架铸钢件浇注系统设计J.大型铸锻件,2 0 2 1（3）：1 3-1 4,1 8.7李超.采煤机行走箱的修复焊接工艺J.机械制造，2 0 2 1，59(6):66-68.8袁岳东.采煤机行星架铸造工艺优化J.金属加工（热加工),2 0 2 2(9）：1 0 3-1 0 5.9邱桂永，杨智勇，管遵辉，等.风电机组铸钢行星架铸造工艺J.中国铸造装备与技术，2 0 1 1,4 6（2：2 4-2 7.10韩忠亮，杨梅.采煤机截割部二级行星架有限元分析J.煤矿机械,2 0 1 1,32(1 0）：1 1 5-1 1 6.收稿时间：2 0 2 3-0 5作者简介：李超（1 9 8 1 一），男，高级工程师，主要研究方向为矿用设备零部件制造工艺。（编辑屏丁罡）