曹 宇

（山西潞陽投資有限公司昌泰煤業(yè)有限公司，山西晉中 045400）

0 引言

采煤機搖臂利用傳動系統(tǒng)來向截割滾筒提供動力，從而完成破煤、落煤等一整套操作，該設(shè)備在采煤機中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。采煤機搖臂內(nèi)部安裝的傳動系統(tǒng)一般都運用兩級行星和兩級直齒輪來發(fā)揮減速作用，作為一種末級減速機構(gòu)，行星機構(gòu)承擔著較大的輸出扭矩，并且利用浮動油封設(shè)備來實現(xiàn)封油的目的。由于行星機構(gòu)在運行的過程中不具備較強的穩(wěn)定性，時常會出現(xiàn)漏油的問題，因此本文對行星機構(gòu)進行了深入研究，對浮動油封及圓錐滾子軸承運行過程中的穩(wěn)定性進行分析，最后優(yōu)化改良了其裝配工序。

1 大功率采煤機搖臂行星機構(gòu)的構(gòu)成

圖1 行星機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)備大多采用雙排圓錐滾子軸承來作為輸出端，將浮動油封的構(gòu)造設(shè)定為DO型，采取雙錐及圓柱兩類軸承來精確定位行星機構(gòu)，如圖1所示。其中行星機構(gòu)所受到的力大部分都由雙排圓錐滾子軸承所承擔，此時浮動油封所發(fā)揮的作用就是密封。作為行星機構(gòu)的核心構(gòu)成，浮動油封及雙排圓錐滾子所具有的穩(wěn)定性將會對行星機構(gòu)造成較大的影響。

2 雙排圓錐滾子軸承的穩(wěn)定性

雙排圓錐滾子軸承存在的初始游隙是最主要的參數(shù)，對行星機構(gòu)的正常運行造成了影響。其軸向游隙的數(shù)值越大，軸承所發(fā)生的偏移量及竄動量將會越大。若存在較大的竄動量時，浮動油封將會出現(xiàn)過松或過緊的問題，過緊將會造成嚴重的磨損、O 形圈受熱損壞等故障，間接造成漏油問題的產(chǎn)生；過松將會造成泄漏問題的發(fā)生。因此，積極提升行星機構(gòu)運行的穩(wěn)定性，對游隙進行嚴格控制，避免軸承出現(xiàn)嚴重的偏移和竄動，盡可能避免浮動油封出現(xiàn)漏油問題[1]。

2.1 軸承的承載能力、壽命及變形

根據(jù)軸承實際運轉(zhuǎn)的狀況，在對其進行分析的過程中，應(yīng)當對各個溫差下的變形程度、軸承的承擔水平及偏移量進行分析。由分析結(jié)果可知，在該工況下，軸承的可使用壽命及所能承載的能力可以達到標準要求；但如果存在過大的游隙，軸承就會出現(xiàn)較大的偏移量及變形量。

2.2 軸向游隙的合理性

軸承所存在的游隙類型主要有軸向和徑向2 種，其關(guān)系如下：

式中：Δa為軸向游隙，mm；Δr為徑向游隙，mm；α 為軸承接觸角，（°）；e為軸承的計算系數(shù)。

由式（1）可知，軸向及徑向兩種游隙呈現(xiàn)出正相關(guān)性，通過對軸向游隙進行嚴格的控制，就可以實現(xiàn)徑向游隙的控制。

2.3 軸承內(nèi)、外圈徑向及軸向游隙的有效性

（1）行星架、軸承座及滾筒連接套與軸承存在一定的關(guān)系，對于這些部件出現(xiàn)的材質(zhì)過軟問題，可以通過加強材質(zhì)的硬度來進行改善；

（2）為了使軸承內(nèi)圈不會因受熱膨脹而與行星架產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)，內(nèi)圈應(yīng)當更完美地配合行星架；

（3）嚴格控制滾筒的連接套及壓蓋的尺寸，避免軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)問題；

（4）將軸承座的尺寸進行更換，擴大外圈的接觸面積，確保軸承維持穩(wěn)定運行。

2.4 內(nèi)、外圈匹配度的控制

雙列圓錐滾子軸承外圈是一個整體，內(nèi)圈則由3 部分構(gòu)成，即上半、下半和中間格圈。由于生產(chǎn)制造中存在誤差，與外圈形成配合的上、下內(nèi)圈不能更換，因此，軸承生產(chǎn)商必須在內(nèi)、外圈做好標記，即Ⅰ、Ⅱ面，在安裝及應(yīng)用的過程中，應(yīng)當確保內(nèi)、外圈相對應(yīng)，以避免軸承游隙因其配對失誤而發(fā)生改變，進而影響到行星機構(gòu)的整體使用。

2.5 擰緊力矩

根據(jù)要求的擰緊力矩來預(yù)緊滾筒連接套、壓蓋及二級行星機構(gòu)中的螺栓，滾筒連接套與壓蓋應(yīng)直接作用于軸承的內(nèi)、外圈上，其預(yù)緊力的大小將會對軸承的穩(wěn)定運行造成直接的影響。另一方面，在搖臂的整體運行中，行星機構(gòu)運行的穩(wěn)定性對其造成了直接的影響，因此必須嚴格遵照要求力矩來擰緊以上3個機構(gòu)的螺栓及螺釘。

3 浮動油封的可靠性

裝配難度大是DO 型浮動油封實際應(yīng)用中最常見的問題，特別是處于作業(yè)面照明較差、空間不足及工具不完善的背景下，其裝配的難度更大，更加無法達到預(yù)期的裝配效果。為此，本文提出了下列幾點改善措施。

（1）運用分體式結(jié)構(gòu)來設(shè)計滾筒聯(lián)接套、壓蓋與浮動油封的底腔。圖2 所示為浮動油封的分體式結(jié)構(gòu)，不僅有助于浮動油封底腔的生產(chǎn)與質(zhì)檢，而且有利于滾筒聯(lián)接套與壓蓋的生產(chǎn)制作，同時又可以避免因底腔受損而更換壓蓋及聯(lián)接套，極大節(jié)省了資源。在實際運用的過程中，可以將浮動油封裝配在地面上，礦井下應(yīng)當采用O 形圈來進行密封、聯(lián)接螺釘?shù)?，使浮動油封的安裝難度降低，安裝效果得到改善[2]。

（2）當行星機構(gòu)發(fā)生偏載問題時，滾筒聯(lián)接套與壓蓋之間將會出現(xiàn)磨損問題，應(yīng)當適當擴大浮動油封的迷宮槽間隙。

（3）嚴格遵照標準來標注浮動油封的溝槽，并加強檢測。對滾筒連接套及壓蓋浮動油封溝槽進行嚴格地檢測，確保浮動油封具有穩(wěn)定有效的外界應(yīng)用條件。圖3所示為浮動油封溝槽的檢測，通過對（x2，t1），（x2，t2）的實際位置進行檢測，可間接取得溝槽的角度，即：

式中：x1為測量點1橫向尺寸，x2為測量點2橫向尺寸，t1為測量點1徑向尺寸，t2為測量點2徑向尺寸。

圖2 分體式浮動油封座腔結(jié)構(gòu)

圖3 浮動油封溝槽的檢測

（4）采用格茨丁晴橡膠材質(zhì)來制作浮動油封。浮動油封所具備的性能主要與構(gòu)造、材質(zhì)及廠商存在一定的關(guān)系。經(jīng)過大量的試驗及實踐可知，丁晴橡膠、氫化丁晴橡膠O 形圈與采煤機的應(yīng)用需求基本一致，具備較高的經(jīng)濟性和實用性；高鉻合金鑄鐵浮封環(huán)因其具備較高的潤滑油吸附性而形成了較高的耐磨性，其優(yōu)勢要大于鋼浮封環(huán)；通過開展一系列的試驗可知，對于浮動油封所具有的性能而言，德國格茨廠家的產(chǎn)品更具優(yōu)勢[3]。因此，現(xiàn)階段所使用的浮動油封大多來自于德國某公司。

4 二級行星機構(gòu)裝配工藝

在行星機構(gòu)中安裝的各個部件及雙列圓錐滾子軸承和浮動油封進行相應(yīng)的分析及優(yōu)化之后，為了不斷提高行星機構(gòu)的穩(wěn)定性，針對裝配階段存在的核心環(huán)節(jié)及應(yīng)當重視的問題來設(shè)計出相應(yīng)的裝配指導文件，用來改善行星機構(gòu)的工序、提高質(zhì)量控制點尋找的精確性及確定裝配階段應(yīng)當重視的問題[4]。

4.1 雙列圓錐滾子軸承的檢測

在行星機構(gòu)中，該軸承是其關(guān)鍵部件，其是否具備穩(wěn)定的運行將會對行星機構(gòu)的有效性造成影響。通過對該軸承進行嚴格的檢測來增強運行的穩(wěn)定性。如圖4所示。根據(jù)圖中所顯示的軸承尺寸，可以計算出軸向油隙[5]。

圖4 雙列圓錐滾子軸承的檢測

4.2 雙列圓錐滾子軸承內(nèi)外圈的防跟轉(zhuǎn)

該軸承在運行的過程中，其內(nèi)、外圈處于固定狀態(tài)，而對于外界溫度對其造成的影響可以利用游隙的控制來完成，因此在裝配的過程中確保軸承內(nèi)、外圈的緊固是其關(guān)鍵點。確保外圈保持緊固的尺寸如圖5所示，對行星架的高度L1、軸承座的深度尺寸L2、壓蓋的高度L3進行詳細測量及記錄，結(jié)果顯示L3＞L2-c1，以確保軸承外圈完成裝配之后保持壓緊狀態(tài)[6]。

圖5 保證軸承外圈緊固的相關(guān)尺寸示意圖

軸承外圈若要取得較好的安裝效果，則需要運用尺寸合理的零件來實現(xiàn)，而為了確保內(nèi)圈的安裝效果，則需要通過在安裝過程中進行逐步測量來實現(xiàn)，安裝過程必須保證外圈的穩(wěn)定，其尺寸如圖6所示，L4為下列內(nèi)圈的安裝高度，L5為上列內(nèi)圈的安裝高度。在安裝內(nèi)圈的時候，通過將上、下內(nèi)圈的裝配高度進行測量比較，即L5和L1-H、L4和L1-h1之間存在的差值，明確其是否位于可控的區(qū)域之內(nèi)，以確保軸承內(nèi)圈得到科學地安裝[7]。

圖6 保證軸承內(nèi)圈緊固的尺寸示意圖

4.3 浮動油封尺寸的明確及比壓測試

為了使浮動油封維持有效運行，必須對其溝槽進行嚴格的測量，另外，在實際裝配的過程中，通常都需要對浮動油封所形成比壓進行模擬分析來適當調(diào)整工作油壓，其比壓的示意圖如圖7所示。

圖7 浮動油封比壓實驗示意圖

浮動油封的比壓：

式中：m為配重的質(zhì)量，kg。

針對軸承壓蓋與滾筒聯(lián)接套的安裝，應(yīng)詳細檢測及記錄配重前后的高度差，即E＝L7-L8+C，可以對浮動油封存在的比壓進行校核，判斷是否與設(shè)計要求相一致[8]。

4.4 行星機構(gòu)裝配過程中的實際間隙測量

在實際裝配的過程中，通過將滾筒聯(lián)接套所具有的支撐面高度L6、壓蓋的高度L9和上列內(nèi)圈的高度L5進行檢測與記錄，可以得出行星機構(gòu)完成裝配之后的實際間隙，即L6+L9-L5，其間隙的檢測如圖8所示。L9為軸承壓蓋高度。

圖8 裝配間隙的測量

5 結(jié)束語

通過上述的研究及優(yōu)化，針對某個時間段的行星機構(gòu)實施追蹤，對各個行星機構(gòu)的裝配過程進行全程追蹤，并對后期的實際應(yīng)用進行分析，其中包含產(chǎn)量、行星機構(gòu)的故障問題等。根據(jù)調(diào)研結(jié)果可知，搖臂行星機構(gòu)在經(jīng)過優(yōu)化并投入應(yīng)用之后，滾筒聯(lián)接套在與壓蓋相互摩擦的過程中并未產(chǎn)生磨損狀況，浮動油封的運行也沒有出現(xiàn)故障，效果較好。