牟少良

摘 要：WJ-2型鏟運機是目前國內(nèi)礦山掘進裝載工作中使用最普遍的一種機型，在實際使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障。文章在論述地下鏟運機中央鉸接點結(jié)構(gòu)型式、對各鉸接結(jié)構(gòu)進行比較分析的基礎(chǔ)上對WJ-2型鏟運機中央鉸接結(jié)構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)改進。

關(guān)鍵詞：WJ-2地下鏟運機；中央鉸接；結(jié)構(gòu)改進

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0048-02

地下鏟運機因其使用場所限制，要求其具有轉(zhuǎn)向半徑小，移動靈活等特點。因此地下鏟運機多采用前后機架中央鉸接結(jié)構(gòu)型式。該結(jié)構(gòu)相比地下傳統(tǒng)車型的非轉(zhuǎn)向剛性車架轉(zhuǎn)彎半徑小，前后機架便于制造和拆裝。對于礦井口尺寸達不到鏟運機尺寸或罐籠等井下提升設(shè)備尺寸不滿足鏟運機整體尺寸，鏟運無法投放下井使用的情況下，因其使用的中央鉸接結(jié)構(gòu)可以將鏟運機前后機架拆解兩半后進行運輸下井，然后在井下對前后機架再進行快速鉸接組裝。改結(jié)構(gòu)大大減少因前期構(gòu)建過程中井口小或提升設(shè)備小對井下用鏟運機型號大小的限制，并提高再組裝的工作效率。該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小的特點也特別適合于井下狹窄場地的作業(yè)條件。

WJ-2地下鏟運機一種斗容為2m2的內(nèi)燃鏟運機，在中小型礦山采掘運輸過程中普通使用，是鏟運機的主力機型。該機型是我國80年代在引進消化吸收美國Wagner技術(shù)的基礎(chǔ)上自行研制的一種機型。在長期的井下使用過程中，發(fā)現(xiàn)該機型中央鉸接結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)螺栓松脫、鉸接體開裂，軸承損壞等失效問題。

中央鉸接部位使地下鏟運機的一個關(guān)鍵部位。在實際使用過程中，井下使用惡劣環(huán)境。地面凹凸不平的石塊路，導(dǎo)致車架鉸接處不僅承受很大的軸向力，而且還承受很大的徑向剪切應(yīng)力和很大的扭矩；井下潮濕高溫的環(huán)境導(dǎo)致車架鉸接極易出現(xiàn)故障。

1 鏟運機鉸接結(jié)構(gòu)常見類型及分析

地下鏟運機中央結(jié)構(gòu)型式主要有單臂種形式：單臂鉸接形式、雙臂鉸接形式。其中雙臂鉸接形式又分為銷套式、球鉸式和圓錐式。

1.1 單臂鉸接式

圖1是單臂鉸接結(jié)構(gòu)圖。單臂鉸接結(jié)構(gòu)形式鏟運機前后機架采用單臂鉸接。銷軸通過1圓形螺母鎖緊，防止上下竄動。鎖止螺母的作用是把銷軸和螺母連為一體，使螺母和銷軸同時轉(zhuǎn)動，防止螺母松動。鉸接結(jié)構(gòu)上下間隙通過調(diào)整墊圈進行調(diào)節(jié)。改結(jié)構(gòu)因為采用單臂連接，減少了上下兩臂同軸度加工進度就該結(jié)構(gòu)的影響，使用壽命較長。該結(jié)構(gòu)受限于上下方向尺寸，多用于斗容1m3以下的小型鏟運機。該結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，耐使用；出現(xiàn)的失效形式多為后機架上下板前后方向出現(xiàn)橢圓式磨損。

1.2 雙臂鉸接式

雙臂式鉸接結(jié)構(gòu)簡便來說就是在上下結(jié)構(gòu)中采用兩套單臂鉸接形式，該結(jié)構(gòu)適用于斗容2m3以上鏟運機使用。改結(jié)構(gòu)增加了上下結(jié)構(gòu)鉸接尺寸，改善了單臂鉸接結(jié)構(gòu)的鉸接受力情況。但是該種結(jié)構(gòu)因采用兩套單臂式結(jié)構(gòu)，對兩套單臂結(jié)構(gòu)間同軸度要求較高，加工精度要求高，加工成本高。雙臂式鉸接結(jié)構(gòu)上下兩個單臂式鉸接一般結(jié)構(gòu)相同，零部件便于共用和互換，經(jīng)濟性高。

1.2.1 關(guān)節(jié)軸承式。關(guān)節(jié)式是目前常用的一種鉸接形式，我公司W(wǎng)J-2型地下鏟運機即采用該種結(jié)構(gòu)。圖2中銷軸通過上蓋12銑出的長形孔鎖定，使用時不能和車架相互轉(zhuǎn)動。上下方向通過關(guān)節(jié)軸承6和上蓋12定位，使銷軸不上下竄動。該機構(gòu)上下間隙通過調(diào)整擋圈8調(diào)整。前機架上裝有球鉸軸承，關(guān)節(jié)軸承的調(diào)心作用，改善了銷軸的受力情況，同時降低了對加工時同軸度的影響，便于加工和裝配。軸承的上下裝有油封，既避免了注入的潤滑油脂流出，又避免外界泥沙侵入關(guān)節(jié)軸承，避免了關(guān)節(jié)軸承的磨損，增加了使用壽命。

1.2.2 銷套式。圖3為銷套式結(jié)構(gòu)圖，前后機架通過銷軸直接連接，上下通過鎖板定位。后車架在前車架鉸接部位中上下尺寸通過前車架上下鉸接板控制。該結(jié)構(gòu)缺點是前車架上下鉸接板上下間隙尺寸加工精度要求高，裝配時前車架不易進入后車架鉸接部位，裝配困難。另外在長時間使用后易出現(xiàn)銷軸套磨損，導(dǎo)致銷軸和銷軸套的粘連，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難或產(chǎn)生異響的故障。

1.2.3 圓錐軸承式。圖4是圓錐滾子軸承式結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)將關(guān)節(jié)軸承換成了圓錐滾子軸承。銷軸通過軸承外圈和上壓蓋1進行上下定位。上壓蓋1和銷軸用4和后機架的上鉸接板連接，此結(jié)構(gòu)既使銷軸壓緊軸承內(nèi)圈，又可以保證銷軸和后機架連接為一體，不發(fā)生相互轉(zhuǎn)動。圓錐軸承外圈通過軸承上壓蓋4和軸承下壓蓋6連接在后機架上，上下軸承壓蓋通過螺栓連接，這樣可保證軸承外圈和后機架組成一個剛體，減少加工誤差導(dǎo)致的軸承外圈非預(yù)期轉(zhuǎn)動，軸承壽命得到提高。通過調(diào)整墊片2的厚度調(diào)整上壓蓋1和后機架上鉸接板的間隙從而調(diào)整前機架與后機架鉸接相對位置。密封圈3分上下兩個，可以防止灰塵，顆粒等雜物進入軸承，同時把鋰脂潤滑油儲存在兩個密封圈組成的密閉空間內(nèi)，保證軸承的潤滑，改善了軸承的工作環(huán)境，增加軸承的壽命。

2 WJ-2鏟運機鉸接部位出現(xiàn)故障分析及改進

我公司的WJ-2鏟運機采用圖2的關(guān)節(jié)軸承式鉸接結(jié)構(gòu)。在實際生成過程中由于加工誤差的影響，導(dǎo)致前機架整體在后車架上下竄動，因此設(shè)計調(diào)整擋圈8調(diào)整前機架在鉸接中間的位置。但是由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈尺寸的限制，設(shè)計的調(diào)整擋圈徑向厚度尺寸不能超過3mm。經(jīng)過多年的井下現(xiàn)場環(huán)境的實驗，由于井下復(fù)雜惡劣的使用環(huán)境，鉸接部位不但承受徑向力，還經(jīng)受軸向力的擠壓和彎矩等復(fù)合力的影響，小小的調(diào)整擋圈顯然經(jīng)受不住如此剪切擠壓復(fù)合力的影響，往往出現(xiàn)磨損快、擠壓碎裂等故障。當井下鏟運機的使用人員沒有及時發(fā)現(xiàn)該部件損壞而繼續(xù)使用設(shè)備，失去調(diào)整擋圈支撐定位的軸承內(nèi)圈在只在上部銷軸單向力的作用下很快就會與軸承外圈錯位失效，軸承失效就會導(dǎo)致鉸接體變形、碎裂等惡性故障的發(fā)生。該故障頻繁的發(fā)生降低了設(shè)備的工作效率，影響了客戶的效益。針對上述缺陷，綜合分析了上述幾種鏟運機的鉸接結(jié)構(gòu)，最終采用了圓錐式鉸接結(jié)構(gòu)。改進后的結(jié)構(gòu)如圖4。（1）將關(guān)節(jié)軸承型式改為雙排圓錐滾子軸承型式。原關(guān)節(jié)軸承可承受徑向載荷任意方向較小的軸向載荷，而雙排圓錐滾子軸承能夠承受較重的復(fù)合（徑向與軸向）載荷，剛性強，能適應(yīng)復(fù)雜的復(fù)合載荷，在鏟運機鉸接部位中采用雙列圓錐滾子軸承明顯優(yōu)于關(guān)節(jié)軸承，使用后故障少。（2）將調(diào)整擋圈改為調(diào)節(jié)墊片，通過墊片的厚度調(diào)整鉸接間隙。因為墊片的接觸面積明先大于調(diào)整擋圈，徑軸比（徑向尺寸與軸向尺寸比值）大于調(diào)整擋圈，單位面積上收到的壓力小于調(diào)整擋圈，很難出現(xiàn)磨損情況，更不會有擠壓碎裂情況的發(fā)生。（3）縮小雙懸臂中單懸臂的軸向尺寸，去掉了后機架下鉸接板的內(nèi)套，用銷軸直接和下鉸接板配合，縮短了銷軸的長度，這種情況下銷軸所受彎矩力改善，減少了復(fù)合力，減少了斷裂的可能情況的發(fā)生。另外縮短單懸臂的軸向尺寸，這樣相當于把兩個合頁式的圓柱鉸接簡化為球鉸接，減少了因加工時同軸度誤差對鉸接結(jié)構(gòu)的影響，使鉸接結(jié)構(gòu)工作更加可靠，壽命更長。

3 結(jié)束語

經(jīng)過改進后的鏟運機鉸接部位由原來的2400小時故障到現(xiàn)在設(shè)備須大修時不出現(xiàn)故障。改進后在玲瓏金礦等幾大集團內(nèi)礦山中使用后，無一出現(xiàn)故障，深受用戶的好評。改進后的結(jié)構(gòu)使用可靠，通用性強；該結(jié)構(gòu)改進的成功為后續(xù)鏟運機鉸接結(jié)構(gòu)的設(shè)計指出了一條道路，而且該結(jié)構(gòu)不僅適用于地下鏟運機前后車架部位的鉸接，同時適用與其他類型的工程機械。

參考文獻：

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