張曉峰

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006）

PH4100XPC 電鏟是美國P＆H 公司生產制造的一款大型礦用挖掘機，具有生產率高、作業(yè)率高、操作成本低等特點，是目前采礦業(yè)最為先進機型之一。中煤平朔集團公司于2008—2009 年為安太堡露天礦和安家?guī)X露天礦購進并相繼投入運行了7 臺4100XPC 電鏟，在2011—2012 年為東露天礦購置了4 臺4100XPC 電鏟。4100XPC 電鏟整機工作質量約為1 600 t。結構主要有行走系統（側機架、車體）、回轉系統（回轉框架）、提升系統（大臂、提升滾筒）推壓系統（勺桿、鏟斗）[1]，位于電鏟下部的行走系統承載著整機的工作質量并用來完成電鏟的行走。電鏟的車體起電鏟底座的作用，側機架固定在車體的左右兩側，起承載和控制履帶行進裝置的作用。

1 行走系統的特點及參數

1）電鏟自身質量大。4100XPC 電鏟作為履帶式行走設備其自身質量為1 486 900 t（76＂履帶板）；1 491 400 kg（87＂履帶板）。

2）履帶較寬。提供不同寬度履帶板。由于設備使用環(huán)境不同要求對地壓強不同，為適應電鏟所處工作面較低的壓強要求，采用較寬的履帶減小對地壓強，大型履帶板常采用不帶履刺的平底結構[2]。

3）爬坡度較小。上下坡行走的最大傾角為20%，橫向行走的最大傾角為10%，不建議反向上下坡行走。在水平表面的反向行走應盡可能避免，因為對履帶零部件的壓力太大。同時電鏟在傾角較大時發(fā)生溜車現象，斜坡上可能會發(fā)生傾倒或者損壞，導致嚴重的傷亡或者財產損失，一般情況不要超過最大推薦坡度[3]。

4）行走速度慢。大型電鏟挖掘機的行走速度較低，約為1.609 3 km/h。行走速度超過設計值后對行走系統“四輪一帶”的考驗是巨大的，同時對行走電機以及行走減速箱等總成件也會造成損壞，加速電鏟上部的震動，縮短相關部件的使用壽命[4]。

2 支重輪的承重能力計算

行走系統中16 個支重輪支撐起了整個電鏟的重量，也就是說支輪銅套是支重輪的主要磨損件，已知銅套直徑D 為216 mm，寬度h 為231 mm，電鏟的自重為1 600 t。根據壓強公式：

式中：p 為支重輪的平均壓強，Pa；F 為支重輪所承受的力，N；G 為電鏟重力，N；S 為16 個支重輪也就是32 個銅套的總面積，m2；Sm為每個銅套接觸面積，m2。

經計算可得支重輪的平均壓強p 為9.82 MPa。當電鏟出現極端工況，只有2 個支重輪受力的時候，也就是左右兩側受力時，則有支重輪的平均壓強的最大值pmax為78.56 MPa。為了減小支重輪的承重壓強，就要讓支重輪銅套的接觸面積增大。

3 現行走系統所暴露出的問題

3.1 行走系統故障率高

4100 電鏟自2008 年投入運行以來，已使用了接近14 年，側機架結構件開裂、磨損、變形嚴重。造成的一些支重輪安裝基孔損壞，需要在坑下電鏟作業(yè)面停機檢修，進行臨時堆焊、鏜孔。甚至有一些故障較為復雜的檢修工作，不得不進行側機架結構件和“四輪一帶”部件的總成件整體更換造成故障停機時間長、采礦生產壓力增大，維修作業(yè)安全生產也存在較大安全隱患。據電鏟使用跟蹤，每個月4100 電鏟故障停機時間為15.58 h，行走系統的故障能達到12.21 h，占故障時間的80%，4100XPC 電鏟主要故障來自行走系統，可見行走系統的故障是較高的[5]。

3.2 支重輪使用壽命明顯縮短

國內供應商提供的支重輪新件尺寸大于P＆H圖紙尺寸，1754 電鏟于2019 年12 月更換支重輪，超過1.5 年后，右側支重輪尺寸仍然超過P＆H 圖紙尺寸，最大的測量值約超圖紙尺寸2%。

國內供貨商的熱處理控制是否滿足質量穩(wěn)定性要求，同側的支重輪如果尺寸和硬度不均勻，易造成各支重輪受力不均勻，載荷集中，各輪磨損值經過一段時間運行后，磨損差異增大，更加惡化這種趨勢，同時也加劇了履帶板金屬流動現象。同側支重輪尺寸差異以1754 電鏟左側為例，最大最小測量值相差超過8%。3010 電鏟拆下的報廢支重輪直徑799 mm，遠大于P＆H 圖紙尺寸787.4 mm。

3.3 側機架裝配基準丟失

電鏟行走系統單側8 個支重輪、雙側16 個支重輪是要求在同一水平面、軸心在同一水平線上作業(yè)的，平均分攤設備整機的工作載荷的。相反安裝基準不同心或不同軸會造成嚴重的部件偏磨和損壞事故?，F場更換支重輪時臨時性的堆焊和機加支重輪基孔。達不到設計要求的同心度、同軸度的要求，為部件的過度磨損、損壞留下隱患，使用壽命縮短。間接造成支重輪部件的使用壽命縮短，由于機械的關聯性，造成其他安裝配合組件的加速磨損和使用壽命達不到預期。據調查，拆卸下來的側機架結構件目前是外委給承修商進行。承修過程只是進行了裂紋的焊修，機加面沒有進行測量是否變形，是否滿足和車體貼合面的零間隙配合要求無法論證，所有軸孔堆焊后重新機加是沒有原廠設計圖紙對照，機加公差要求范圍也沒有標準[6-7]。

通過對拆下的側機架對比發(fā)現的問題：①結構鋼板、筋板、翼板、滑道、焊縫存在裂紋、磨損、錯位變形；②側機架“四輪”安裝基孔磨損，結構鋼板、擋圈磨損，筋板變形、磨損；③與車體裝配貼合面機加面破壞受損、變形，嚴重超出原始設計尺寸公差范圍；④潤滑、氣路管路附件裝置存在斷絲、變形、損壞。

4 性能提升方案

4.1 側機架結構件修理解決方案

借助OEM 廠家通過側機架整體檢修，對側機架來了整體校正處理，找回基準滿足行走部件的安裝配合尺寸，具體實施方案如下。

1）原OEM 廠家通過參照制造標準對側機架結構件進行整體檢查評估。對現場臨時修復的超標不合格處進行恢復修理，特別是“四輪”的安裝基孔的尺寸恢復。

2）整體結構尺寸按照原始制造設計圖紙，使用三維坐標儀進行測量檢查，對比原始設計制造尺寸，記錄偏差結果，對超出公差的部分，制定恢復設計制造尺寸修復工藝方案。

3）針對“四輪”結構的恢復，涉及支重輪、后惰輪、擋圈的變形測量、部件鋼板母材的更換、焊接的質量和變形控制、安裝基孔的同心度、同軸度、安裝配合面的機加都嚴格控制在制造圖紙要求范圍內，保證能夠滿足部件的安裝精度要求。

4）挖補、更換的部件鋼板，焊補的焊材全部使用符合原廠制造用的材料要求。

5）根據原始設計制造檢驗標準，出具檢驗合格報告。

4.2 支重輪性能提升解決方案

支重輪內嵌2 個銅套，支重輪的兩側裝配有止推墊圈，側機架墊片是在側機架內側焊接固定，起到調節(jié)支重輪與側機架內側之間的間隙，減少支重輪的軸向位移。支重輪軸竄過側機架的內外兩側，擋圈和擋銷以及開口銷都是起到了固定支重輪軸不發(fā)生轉動位移，進而保證了支重輪的潤滑油脂沿著軸的內孔進入支重輪的內部支重輪銅套延長備件的整體壽命。

現場使用中發(fā)現，止推墊圈采用銅質材料起到保護支重輪和側機架內側的作用，該備件供貨廠家的產品質量良莠不齊，也就導致止推墊圈早于支重輪銅套磨損過限，導致支重輪發(fā)生了軸向位移也就加速支重輪和支重輪銅套的磨損。

因此，提出了對現有4100XPC 電鏟的支重輪結構進行技術改造的方案，將圖1 中的止推墊圈和支重輪銅套做成1 個整體，即加厚了止推墊圈為支重輪提供更好的保護，支重輪銅套的延長增加了支重輪和軸之間的接觸面積，減少側機架軌道的磨損，提高支重輪軸保持力，并提高襯套和止推墊圈的壽命。止推墊厚度增加90%，止推墊接觸面積達到原來的110%，連續(xù)銅套設計將支重輪軸受力面積增加20%，一體化潤滑油槽增加支重輪銅套的使用壽命。

4.3 行走系統潤滑系統升級

4100XPC 行走系統共有潤滑點22 個，其中支重輪16 個潤滑點，后惰輪2 個潤滑點，導向輪2 個潤滑點，驅動輪4 個潤滑點，為了保障潤滑效果，一般設置潤滑壓力值為15.51 MPa，而采用林肯注油器作為潤滑系統的主要潤滑元件，林肯為單線潤滑，控制原理靠注油器內的彈簧控制每個潤滑點的油量，注油器剛投入使用的一段時間，彈簧的彈力確實能夠滿足潤滑點的油量，而隨著電鏟的日益使用不斷壓縮，導致林肯注油器的后來潤滑油量不足，不能真正保證電鏟行走系統的油量，導致行走系統中支重輪的磨損加速，使用壽命的縮短[8]。

為此，提出對潤滑系統的改造，將單線潤滑注油器改為雙線潤滑系統，靠油脂自身的壓力推動活塞活動，而活塞的2 個方向都會擠壓出同等潤滑量的潤滑脂，使得設置值為15.51 MPa 的油量始終是一樣的，每次活塞換向都會擠壓出等同量的潤滑脂，這樣就能恒定地保證潤滑效果，進而能夠穩(wěn)定地保證支重輪的潤滑提升支重輪的使用壽命。

5 結語

通過對現有4100XPC 電鏟行走系統的使用跟蹤，發(fā)現行走系統故障率明顯偏高，高于同一礦區(qū)的其他型號的電鏟，而支重輪總成使用壽命低于預期壽命，那么多次的維修行走部件導致電鏟側機架的基準丟失，現場維修作業(yè)惡性循環(huán)，基準丟失支重輪更換頻繁，支重輪更換頻發(fā)基準的丟失更加嚴重。為此只能尋求行走系統性能提升的技改方案，恢復側機架的基準搭建好基礎，改進支重輪的裝配方式從結構上延長支重輪的使用壽命，改變系統的潤滑系統更好地保證支重輪的使用。