EBZ—160掘進機截割部工況及故障分析

宋朝英

摘要：為了研究EBZ-160掘進機作業(yè)時截割部在不同空間位置的工況，對掘進機截割部的整體結構進行了仔細分析，根據(jù)各執(zhí)行油缸動作時的受力分析，對截割部各種工況進行了載荷分析，對掘進機截割時的穩(wěn)定性、截割順序及結構改進和優(yōu)化有參考價值，并通過故障分析，提供了相應的故障原因。

Abstract： In order to study the working conditions of the cutting part in different spatial positions during the operation of the EBZ-160 roadheader， the overall structure of the cutting part of the roadheader was carefully analyzed. According to the force analysis of each cylinder operating， the load analysis of various working conditions of cutting department was carried out， which had reference value for the stability， cutting sequence and structural improvement and optimization of the roadheader cutting， and provided the corresponding fault reason through fault analysis.

關鍵詞：EBZ-160掘進機；截割部；結構；工況分析；故障分析

Key words： EBZ-160 Type roadheader；cut section；structure；condition analysis；failure analysis

中圖分類號：U455.3+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0160-03

0 引言

隨著煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)機械化程度越來越高，機械設備故障對生產(chǎn)產(chǎn)生的影響已成為生產(chǎn)滯后的一大因素，降低機械設備故障率有利于生產(chǎn)的有序進行，而掘進機作為掘進工作面最主要的機械設備，它的正常運行是掘進工作面正常生產(chǎn)的關鍵。為此，要對掘進機的故障進行系統(tǒng)分析和處理，通過研究掘進機的結構原理、工況分析、傳動原理能對故障進行有效的判斷和處理。

1 截割部結構及工況分析

1.1 截割部總體結構分析

EBZ-160掘進機截割部由截割頭、伸縮部、截割減速機、截割電機等組成。截割部總體結構如圖1。

截割頭為園錐臺形，截割頭最大外徑為955mm，長930mm，在其圓周分布37把鎬形截齒，截割頭通過花鍵套和2個M30的高強度螺栓與主軸相聯(lián)。伸縮部位于截割頭和截割減速機中間，通過伸縮油缸使截割頭具有550mm的伸縮行程。伸縮內筒與伸縮保護筒及主軸等零件通過伸縮油缸、導向鍵一起與伸縮外筒、花鍵套產(chǎn)生前后移動，推動截割頭前移，切入掘進工作面。工作時伸縮部的主軸后端通過花鍵套與減速機輸出軸聯(lián)接一起旋轉，前端與截割頭連接使截割頭發(fā)生旋轉，實現(xiàn)切割物料的目的。截割減速機是兩級行星齒輪傳動，它與伸縮部用26個M24的高強度螺栓相聯(lián)。截割電機為雙速水冷電機，使截割頭獲得2種轉速，它與截割減速機通過定位銷和25個M24的高強度螺栓相聯(lián)。伸縮部如圖2。

1.2 截割部工況分析

掘進機工作時，截割臂伸縮油缸、升降油缸和旋轉油缸可獨立動作，也可以通過兩個以上油缸同時動作來完成其他工況的動作，各動作油缸動作時所受到的力可表示為以下四個力。

①伸縮油缸伸縮動作（伸縮油缸伸縮力F1）；

③截割部上升與下降動作（升降油缸伸縮力F3）。

根據(jù)掘進機同時動作的油缸數(shù)量的不同，將掘進機工況分解為如表1中7種工況。

表中1代表動作的發(fā)生，0代表動作不發(fā)生。

從表1中可以看出第7種工況受力最為復雜，確定為受力最復雜、負荷最大工況。

掘進機的各個工作位置是是由回轉油缸、伸縮油缸和升降油缸的位置確定的，通過通過分析不同工況下掘進機的負荷情況，可了解掘進機的最佳截割方式，從而減小設備負荷，減少故障率。

1.2.1 水平擺動力（回轉油缸）

根據(jù)不同的工作位置可以算出截割頭上的水平擺動力，回轉平臺和完成回轉運動的兩個油缸作用方式如圖3 所示。

回轉力矩根據(jù)旋轉角度α變化，通過計算得出回轉力矩最大時對應的旋轉角度。當α為0時（即處于中間位置時）回轉力矩M最大。通過對截割臂在橫向位置的分析，得出結論，掘進機在截割時應從巷道最左端或最右段開始截割，從而減少大回轉力矩啟動做功，減小設備負荷。

1.2.2 垂直升降力（升降油缸）

截割臂在垂直方向上的位置由升降油缸決定，根據(jù)截割頭和截割臂自身重量和升降油缸作用于截割臂的升降力做出截割臂在垂直方向上的受力分析如圖4。

截割臂在某個空間位置靜止時，截割頭和截割臂自身重量G在垂直方向上與伸縮油缸作用力F在垂直方向上的分力F0相等，此時伸縮油缸克服截割臂重力做功。截割頭截割進入煤壁后向下截割時，截割臂收煤壁作用于截割頭的向上的承載力，所以伸縮油缸及截割臂的在截割臂向下截割時負荷較小。通過截割臂在垂直方向上位置的分析，截割臂應盡量避免自下向上的截割動作。

1.2.3 掘進推向力（伸縮油缸）

伸縮油缸的推進力取決于伸縮油缸的推拉力，與位置無關，當伸縮油缸伸出長度最長時會改變截割臂重心前移，導致截割臂在空間位置運送時力矩增大，從而增加負荷。

通過以上分析得出結論，掘進機在截割作業(yè)時整體截割方向應自上而下、自巷道一邊巷幫至另一邊巷幫，應盡量減少伸縮油缸的伸出量，截割路線示意圖如圖5所示。

2 截割部故障分析

2.1 截割部不轉動

①截割電機損壞，截割電機絕緣老化，電動機燒毀等原因，導致電機無法啟動。

②減速箱損壞，減速箱密封損壞，潤滑油泄露嚴重，減速箱內轉動部件缺少潤滑；減速內齒輪油污染嚴重，失去潤滑作用，輪齒磨損嚴重。齒輪油污染導致潤滑效果下降，轉動部件干摩擦增加，溫度升高，溫度越高潤滑油粘度降低，潤滑膜變薄，潤滑效果走入越來越差的惡性循環(huán)，最終導致輪齒磨損，導致傳動失效。

③花鍵軸損壞，負荷過大，內外花鍵磨損嚴重，導致花鍵軸花鍵破碎、變形，導致傳動失效。

2.2 油缸不動作

①升降油缸密封損壞，導致卸壓。

②閉鎖閥損壞，無法自鎖，導致卸壓。

3 結語

在掘進機的掘進作業(yè)操作過程中，根據(jù)對不同工況的了解，可優(yōu)化不同的截割位置和截割順序，能有效減少掘進機截割部的負荷，減少故障率，同時可根據(jù)截割作業(yè)中最佳工況對截割部的結構進行優(yōu)化和改造。

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