采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

李建光

（山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

采煤機(jī)是煤礦機(jī)械化生產(chǎn)的重要設(shè)備，主要功能是割煤和裝煤。采煤機(jī)包括截割部、電動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、牽引部、電氣控制系統(tǒng)和輔助裝置等[1]。其中，截割部包括固定減速箱、搖臂和滾筒。截割部是采煤機(jī)的核心部件之一，依靠截割部采煤機(jī)才能完成斜切進(jìn)刀開機(jī)窩、一次采全高、落煤和裝煤等作業(yè)。相對(duì)于采煤機(jī)的其余部件，截割部的工作環(huán)境最為惡劣，因此對(duì)其設(shè)計(jì)要求更為嚴(yán)格。

搖臂行星減速機(jī)構(gòu)是滾筒調(diào)高的部件，同時(shí)還是截割部的減速箱。搖臂行星減速機(jī)構(gòu)一般是兩級(jí)行星減速設(shè)計(jì)。通過螺栓聯(lián)接第二級(jí)行星減速器的行星架、法蘭和滾筒，利用螺栓將密封蓋和軸承杯同內(nèi)齒圈聯(lián)接。目前，采煤機(jī)采用浮動(dòng)油封實(shí)現(xiàn)行星架與軸承杯的密封。某礦2806綜采工作面采用的是MG300/700-WDK型采煤機(jī)。該工作面的煤層厚度為 1.70～3.40 m，平均厚度為 2.50 m，傾角為 1°～3°，平均為2°，富存穩(wěn)定屬于近水平煤層。在使用過程中，MG300/700-WDK型采煤機(jī)時(shí)常出現(xiàn)搖臂行星減速器浮動(dòng)油封破損漏油等故障，導(dǎo)致行星輪打齒、軸承磨損加速等。因此，亟待對(duì)采煤機(jī)搖臂行星減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以提高采煤機(jī)的可靠性，降低其維護(hù)費(fèi)用，提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。

1 行星減速器的結(jié)構(gòu)

MG300/700-WDK型采煤機(jī)的搖臂行星減速器是傳動(dòng)的最后一級(jí)減速裝置。相較于其他型號(hào)的截割行星減速器，該減速器多一個(gè)行星輪，其內(nèi)含有四個(gè)行星輪，并且還包括一個(gè)浮動(dòng)的太陽(yáng)輪。因此，該減速器的制造、安裝要求更高。若安裝不合要求，極易導(dǎo)致其無法均載。行星架與行星輪可以進(jìn)行通過軸承獨(dú)立成套安裝。通過NU1044軸承和3003156軸承支撐行星架。在進(jìn)行安裝時(shí)，依靠端蓋對(duì)軸承間隙進(jìn)行調(diào)整，保證軸承端面間距為0.1～0.3 mm。依靠法蘭端蓋聯(lián)接行星減速器的輸出端和滾筒。如圖1所示，為浮動(dòng)油封結(jié)構(gòu)示意圖。在法蘭端蓋與30031256軸承之間設(shè)有密封端蓋以避免在該處出現(xiàn)漏油，同時(shí)在其外部設(shè)有單溝迷宮槽避免煤塵進(jìn)入其中。

圖1 浮動(dòng)油封結(jié)構(gòu)示意圖

2 故障及后果分析

2.1 故障分析

2.1.1 油封承受徑向荷載破損

2806回采工作面的地質(zhì)情況復(fù)雜，含有較多斷層，當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)時(shí)，常會(huì)切割到矸石，搖臂產(chǎn)生行星減速器的行星架兩端的軸承會(huì)受力。其中，3003156軸承會(huì)受到軸向力和徑向力的共同作用，而NU1044軸承只能承受徑向荷載，無法承受軸向作用力。隨著采煤機(jī)使用時(shí)間的增長(zhǎng)，3003156軸承的游隙就會(huì)增大，同時(shí)法蘭端和軸承之間的間隙也會(huì)增大，導(dǎo)致行星減速器上的法蘭沿軸向?qū)Ω?dòng)油封施加荷載。當(dāng)荷載超過浮動(dòng)油封的承載極限時(shí)，浮動(dòng)油封就會(huì)出現(xiàn)破損。在超出承載極限較少時(shí)，“O”形圈會(huì)出現(xiàn)破損，導(dǎo)致行星減速器出現(xiàn)漏油。因此，選用的“O”形圈應(yīng)具有更高的抗剪切破壞能力。當(dāng)超出承載極限較多時(shí)，浮動(dòng)油封中的浮動(dòng)鋼圈也會(huì)出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致大量漏油。

2.1.2 油封安裝偏斜，摩擦破損

在進(jìn)行安裝油封時(shí)，要求唇口和軸頸之間緊密聯(lián)接，保證其完全貼合。若由于安裝精度不足極易出現(xiàn)油封安裝偏斜，導(dǎo)致油封的唇口與軸頸及連接桿由垂直變?yōu)椴淮怪薄Ｔ诓擅簷C(jī)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在骨架的牽引作用下，唇口會(huì)出現(xiàn)變形，部分區(qū)域就會(huì)沒有貼合而出現(xiàn)空隙導(dǎo)致漏油。

2.1.3 密封材料不合格

進(jìn)行密封安裝時(shí)，密封力會(huì)隨著密封空間的縮小而增大，在此過程中，潤(rùn)滑液油膜會(huì)出現(xiàn)損壞。而且在采煤機(jī)工作過程中油封內(nèi)的溫度會(huì)逐漸升高，使得密封效果變差。主要原因是在溫度過高的條件下橡膠圈容易出現(xiàn)彈性變形，氧化加速。并且浮環(huán)在選材時(shí)未考慮耐磨性能，在使用過程中會(huì)由于摩擦而出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致出現(xiàn)縫隙而漏油。

2.2 后果分析

當(dāng)發(fā)現(xiàn)行星減速器漏油后，應(yīng)立刻對(duì)破損的油封進(jìn)行更換，并對(duì)軸承的端面間隙進(jìn)行調(diào)整。由于3003156軸承與NU1044軸承的安裝位置為行星輪架的兩端，一旦3003156軸承的游隙過大，就會(huì)導(dǎo)致行星輪架向NU1044軸承所處方向竄動(dòng)。而NU1044軸承在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮徑向承載，無法承受軸向荷載。一旦軸向荷載過大極易出現(xiàn)損壞。在NU1044軸承失效后，整個(gè)行星輪架就會(huì)出現(xiàn)偏移，并發(fā)生故障。如3003156軸承破壞失效、行星輪之間打牙斷裂、齒圈齒咬斷、太陽(yáng)輪輪齒擠壓破損和行星輪架損壞等。出現(xiàn)上述故障，不僅增加維修費(fèi)用，還會(huì)導(dǎo)致開機(jī)率降低，不利于綜采工作面實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)。

3 機(jī)構(gòu)優(yōu)化

MG300/700-WDK型采煤機(jī)搖臂行星減速器浮動(dòng)油封的造價(jià)超過3700元，每次更換需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本，因此需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)采煤機(jī)搖臂行星減速器存在的問題，可從如下方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：

1）選用帶凹槽的浮環(huán)。浮動(dòng)油封采用帶有凹槽的浮環(huán)可以使在采煤機(jī)搖臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡膠環(huán)和浮環(huán)之間不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)[2]。不出現(xiàn)滑動(dòng)就不會(huì)出現(xiàn)橡膠圈摩擦破損，從而保證橡膠圈處于密封狀態(tài)避免漏油[3]。同時(shí)采用的橡膠圈應(yīng)為矩形，因?yàn)榫匦蜗鹉z圈相較于圓柱形橡膠圈可以提供更大的補(bǔ)償量，有利于延長(zhǎng)浮動(dòng)油封的使用壽命。

2）增設(shè)浮動(dòng)油封盤。浮動(dòng)油封若安裝偏斜會(huì)加速浮動(dòng)油封的磨損而出現(xiàn)漏油，因此在進(jìn)行安裝時(shí)增加一個(gè)浮動(dòng)油封盤。即生產(chǎn)廠家在出廠時(shí)就將浮動(dòng)油封安裝在可移動(dòng)的浮動(dòng)油封盤上。當(dāng)需要在井下安裝時(shí)，將已裝有浮動(dòng)油封的圓盤對(duì)應(yīng)的安裝在方形套和搖臂殼體上。通過此種設(shè)計(jì)可以避免在安裝時(shí)出現(xiàn)偏斜的問題。

3）其他改進(jìn)。在保證與行星減速器輸出端聯(lián)接的法蘭端蓋其他結(jié)構(gòu)尺寸不變的前提下，將法蘭端蓋原有的浮動(dòng)密封區(qū)位改成雙骨架油封區(qū)位，同時(shí)將單溝迷宮槽增加為雙溝迷宮槽已保證防塵效果；對(duì)法蘭端蓋與3003156軸承之間的密封端蓋進(jìn)行調(diào)整，保證其能與優(yōu)化后的法蘭端蓋相匹配。

同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)搖臂的檢修力度，避免漏油導(dǎo)致的其他事故。尤其是保證3003156軸承的游隙在0.17～0.26 mm內(nèi)。軸承壓蓋和軸承之間的間隙在0.05～0.25 mm內(nèi)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

某礦于2015年9月將經(jīng)過改進(jìn)的MG300/700-WDK型采煤機(jī)搖臂行星減速機(jī)構(gòu)投入綜掘工作面生產(chǎn)使用，經(jīng)過為期半年的工業(yè)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證有效降低了采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)的檢修費(fèi)用，如表1所示。由表1可知，經(jīng)過改進(jìn)，每臺(tái)采煤機(jī)每月可以節(jié)省在搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)方面的檢修費(fèi)用達(dá)2.3萬元。

表1 MG300/700-WDK型采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后檢修費(fèi)用對(duì)比表

5 結(jié)論

通過選用帶凹槽的浮環(huán)、增設(shè)浮動(dòng)油封盤和改進(jìn)迷宮溝槽等措施對(duì)采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并提高檢修要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明此改進(jìn)可以在提高采煤機(jī)搖臂行星減速器密封結(jié)構(gòu)可靠性的同時(shí)，每月節(jié)約檢修費(fèi)超過2.3萬元，從根本上解決了采煤機(jī)搖臂行星減速器漏油的問題，提高了采煤機(jī)的開機(jī)率，為煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提高提供了保障。