采煤機截割部與牽引部鉸接處轉動異響分析

霍云虎

（潞安集團李村煤礦， 山西 長治 046000）

引言

采煤機截割部以及相應的牽引部之間的連接方式為鉸接銷軸聯(lián)接，與此同時以鉸接銷軸為旋轉中心，通過油缸伸縮來控制截割部的升降。從2018 年1 月到2019 年3 月，對潞安集團某礦安裝的采煤機鉸接軸套進行調研發(fā)現(xiàn)，出廠檢驗采煤機時，牽引部與截割部鉸接位置37%左右出現(xiàn)異響。920 系列采煤機主要能夠配套如下四種滾筒：1 800 mm、2 000 mm、2 240 mm、2 500 mm，而截深有如下兩種：630 mm、800 mm。需要尋求相應的方法解決問題。

1 異響聲音來源

從理論上分析發(fā)現(xiàn)，當任何兩個物體在進行摩擦，由于摩擦因素兩者接觸時會發(fā)出響動，可是隨著摩擦因數(shù)的變化，響動就會發(fā)生變化。

圖1 截割部以及對應的牽引部聯(lián)接結構示意圖

通過分析圖1 工作原理可以發(fā)現(xiàn)，截割單元在牽引單元發(fā)生相對移動時，當處于理想狀態(tài)下，設置在截割部耳座內的襯套與設置在牽引部耳座中的銷軸之間發(fā)生相對移動時，表現(xiàn)為旋轉，由此可以看出此位置為生源。與此同時，在調試設備時，銷軸組件內設置的錐套與牽引部耳座內設置的襯套發(fā)生相對轉動，能夠引發(fā)錐套、襯套磨損。通過機械之間的相對滑動引發(fā)聲音的原理可以看出，該位置是引發(fā)異響的原因[1-3]?？傊?，產(chǎn)生振動的位置有如下兩個位置：第一，設置在截割部耳座內的襯套與設置在牽引部耳座中的銷軸之間發(fā)生相對移動。第二，銷軸組件內設置的錐套與牽引部耳座內設置的襯套發(fā)生相對轉動。對于前者而言，其與采煤機設計問題相關，可以實現(xiàn)優(yōu)化，但是不能避免響動，對于后者而言，是一種非正常工作狀態(tài)引起的。

2 產(chǎn)生異響的機理分析

2.1 截割部耳座內的襯套與牽引部耳座中的銷軸之間相對移動

當兩個傳動機械之間發(fā)生作用力，兩者之間存在一定的摩擦響動，當相對作用力越大，相應的摩擦因數(shù)就越大，那么相應的響動越大。反之，當作用力較小時，摩擦因數(shù)越小，相應的響動就越小。假如相對移動的零件之間存在油膜，那么將不會產(chǎn)生響動[4]。而設置在截割部耳座內的襯套與牽引部耳座中的銷軸之間不存在油膜，導致襯套與銷軸直接接觸，往往發(fā)生響動，其響動激勵主要包括如下幾種：

2.1.1 銷軸與軸套作用力大

圖2 銷軸組件平面受力簡圖

如圖2 為銷軸構成的受力圖，當相同系列采煤機截割單元相同，F(xiàn) 的數(shù)值與滾筒質量相關[5]。當處于正常的工作狀態(tài)下，截割單元耳座內內部設置有襯套與銷軸組件之間存在油膜，從理想狀態(tài)而言，其不會產(chǎn)生響動，可是由于存在壓力作用，使得油被擠出，當滾筒質量越大，那么相應的壓力越大，最終導致油膜被擠出，從而產(chǎn)生響動。

通過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)異響的采煤機其滾筒直徑為Φ2 240 mm 或Φ2 500 mm，截深為800 mm，滾筒總寬在870 mm 左右，并且滾筒質量與截割部軸套與銷軸接觸表面位置所受的力呈現(xiàn)正相關。由此可以看出此類設備容易產(chǎn)生磨損，最終產(chǎn)生響動。為此可以發(fā)現(xiàn)滾筒質量大是導致銷軸與軸套之間發(fā)生響動的原因。

2.1.2 同軸度偏差大

1）同軸度理論偏差分析。設置在截割部耳座內的襯套與銷軸之間的配合等級為H7/f9，其對應的最小間隙為0.043 mm。銷軸組件中的錐套和銷軸與截割部耳座、截割部耳座襯套、牽引箱耳座、牽引箱耳座襯套的同軸度累計偏差可以達到0.11 mm，該數(shù)值大于截割部耳座內的襯套與銷軸的同軸度，最小間隙數(shù)值為0.043 mm，相應的最大過盈數(shù)值為0.067 mm。由此可以看出，截割部耳座襯套以及銷軸之間的初始值相對較小，而相應的理論同軸度相對偏差較大，從而導致出現(xiàn)異響。

2）以某臺采煤機為例子分析加工同軸度誤差，將牽引箱四個耳座對應的同軸度公差設為0.02 mm。因為四個耳座之間的距離較大，因此不能一次性實現(xiàn)對刀，而加工成四個耳座，僅僅兩次實現(xiàn)同側加工，其中另一側通過機床旋轉實現(xiàn)加工，機床在進行旋轉的過程中，通常以加工好的一側孔為定位孔，進行對側孔加工，從而使得銷軸與截割部襯套之間的局部應力超出，最終出現(xiàn)異響。在檢測已經(jīng)完成加工的牽引箱耳座內孔發(fā)現(xiàn)，同軸度誤差達到Φ0.10 mm，遠大于同軸度誤差Φ0.02 mm，由此可以看出加工同軸度誤差能夠引發(fā)異響。各種同軸度誤差都可以引發(fā)銷軸與設置在截割部耳座內的襯套出現(xiàn)過盈配合，從而使得銷軸和襯套之間出現(xiàn)較大的應力集中，由此將油膜擠出，從而產(chǎn)生響動。

2.1.3 截割部重心與油缸推移中心存在幾何偏心

借助三維軟件構建采煤機截割部模型圖，由此可以發(fā)現(xiàn)截割機的重心位置，如圖3 所示。通過分析可以發(fā)現(xiàn)截割位置與油缸推移重心不在統(tǒng)一直線上，偏差為30.4 mm。由此可以看出，聯(lián)接銷軸承擔相應的偏載力，該力能夠誘發(fā)截割部耳座襯套以及對應的銷軸之間的間隙被吃掉，最終產(chǎn)生異響。

2.2 銷軸錐套與設置在牽引單元殼體內的軸套轉動產(chǎn)生聲音

圖3 截割部重心與油缸推移中心位置圖

從理論上而言，銷軸錐套與設置在牽引單元殼體內的軸套相對靜止?？墒窃趯嶋H工作時，發(fā)生相對移動，初始運動并沒有油膜，當兩者發(fā)生相對運動時，將會產(chǎn)生移動。與此同時導致銷軸組件錐套與牽引單元耳座軸套之間發(fā)生磨損。因此需要采用相應的措施。

在安裝銷軸組件的錐套的過程中，對應的高強度緊固螺栓必須達到設定的扭矩，這樣才可以使得錐套外漲，最終錐套與牽引單元殼體的軸套之間在力的作用下實現(xiàn)緊貼，產(chǎn)生較大的摩擦，最終能夠防止相對轉動。由此可以看出，緊固螺栓扭矩不足是產(chǎn)生響動的原因。

3 改進措施及效果

3.1 改進措施

3.1.1 應用自潤滑軸套

在對異響進行分析之后發(fā)現(xiàn)，設置在截割部耳座內的襯套與銷軸發(fā)生的響動來源于兩者油膜被擠出，導致無潤滑油產(chǎn)生的響動。在對該結構進行分析發(fā)現(xiàn)，當使用固體填充的自潤滑軸套時，其可以有效地克服軸套受較大壓力被擠出，與此同時不需要注油維護，從而能夠有效地解決潤滑的問題。設計的自潤滑軸套如圖4 所示。

3.1.2 調整軸套的公差范圍

在設計軸套的過程中，可以把軸套內徑公差設定為E7。當潤滑軸套以及相應的銷軸配合完成之后，相應的公差范圍為+0.128～+0.268 mm。該范圍大于0.11 mm，由此可以看出該數(shù)值能夠滿足設計需要。

圖4 自潤滑軸套

3.1.3 改進加工工藝

該措施能夠有效地保證截割部耳座以及牽引單元耳座之間的同軸度合理，對牽引殼體耳座加工機床進行替換，這樣能夠保證在一次對刀時加工四個耳座，從而能夠有效地避免加工誤差，因此，牽引單元殼體同軸度誤差能夠達到設計需要。

3.2 改進效果

依據(jù)采煤措施進行優(yōu)化設計，兩個采煤機都設置有小2 240 mm×800 mm 大質量滾筒，經(jīng)過調試與實踐發(fā)現(xiàn)，在截割單位處于上下擺動的過程中并未發(fā)生響動，滿足生產(chǎn)需要。

4 結論

1）對920 系列采煤機軸承套公差進行改進能夠有效地改善鉸接軸套潤滑性能，能夠有效地解決因采煤機上下擺動而出現(xiàn)的響動問題，這樣能夠滿足生產(chǎn)需要。

2）本設計對于采煤機搖臂初始重心與油缸推移點不在同一條直線上的問題并未解決，這樣當截割部處于上升與下降狀態(tài)時，需要承擔一定的偏載扭矩，接下來將會對搖臂重心位置進行完善設計。