雙輸入型掘錨機加載試車裝置研究

0 引言

掘錨機是將掘進(jìn)機和錨桿機綜合一起的一體機，能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的并行作業(yè)，效率高，是掘進(jìn)機發(fā)展的重要方向。掘錨機是在連采機寬滾筒截割的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的掘錨一體化設(shè)備，真正實現(xiàn)了截割、裝載、運輸和錨護(hù)同步進(jìn)行，全斷面截割，一次成巷，能顯著提升開拓效率，并確保操作人員的安全。雙輸入型掘錨機是掘進(jìn)機的重要組成部分，掘錨機減速器與寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司的刮板輸機減速器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及使用工況差異較大，試車工藝及試車裝置也存在著較大差別，對雙輸入型掘錨機減速器試車裝置的研究與應(yīng)用顯得尤為重要。

1 現(xiàn)狀

關(guān)于掘錨機截割減速器，寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司已有開發(fā)研制、生產(chǎn)制造經(jīng)驗。已生產(chǎn)LM0102截割齒輪箱，目前4臺設(shè)備均已完成廠內(nèi)試驗，其中一臺已按照《連續(xù)采煤機截割減速器試驗大綱》完成了空載、效率、噪聲、超載、溫升等要求的各項試驗項目，結(jié)果全部合格。2020年始，神東高端開發(fā)部開展進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化開發(fā)工作中，公司對MB670掘錨機用截割減速器進(jìn)行國產(chǎn)化開發(fā)，通過對截割減速器元件測繪，零部件材料及熱處理方法研究、齒輪參數(shù)分析、關(guān)鍵零部件可靠性分析等產(chǎn)品的逆向設(shè)計，制造工藝方案的擬定，多次技術(shù)論證等，完成了截割減速器的產(chǎn)品研發(fā)、樣機制造、進(jìn)行了空載試驗、效率試驗、噪聲試驗、溫升試驗、耐壓試驗等性能試驗，工業(yè)性試驗。此類產(chǎn)品的制造已積累了經(jīng)驗。

目前，掘錨機試車方案主要有以下兩種：如圖1所示為雙輸入型對托加載方案，該加載方案需要兩臺加載電機、兩臺主試電機，而現(xiàn)有的試驗臺僅有一臺驅(qū)動電機和一臺加載電機，無法滿足對托實驗；如圖2所示為單電機空載試車方案，該方案輸入端為一側(cè)連接，一側(cè)空置，將導(dǎo)致在加載試驗中有可能出現(xiàn)偏載、燒損軸承等情況，無法進(jìn)行動態(tài)試驗，無法反應(yīng)出減速器的溫度、噪聲、運轉(zhuǎn)情況等各項性能指標(biāo)參數(shù)。

圖1 雙輸入型對托加載方案

圖2 雙輸入型單電機空載方案

寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司試制的雙輸入型大功率掘錨機截割減速器為首次試制產(chǎn)品，對雙輸入型掘錨機減速器試車裝置研究的開展將為公司積累掘錨機制造經(jīng)驗，在作為技術(shù)儲備的同時，截割減速器制造成功后，隨著掘錨機設(shè)備的廣泛應(yīng)用，將給公司帶來新的經(jīng)濟(jì)效益。

2 研究目標(biāo)

研究一種雙輸入型掘錨機試車裝置，通過對齒輪箱出廠前的加載試驗，實際反映出齒輪箱的油溫、噪聲、平穩(wěn)性、過載等各項指標(biāo)，可模擬齒輪箱在實際使用工況中的齒輪、軸承運轉(zhuǎn)情況。通過出廠前的加載試驗，檢查截割齒輪箱運轉(zhuǎn)平穩(wěn)情況，各連接件、緊固件是否發(fā)生松動，各密封處、結(jié)合處是否有滲油現(xiàn)象，是否有沖擊及劇烈震動；通過溫升試驗，在齒輪箱達(dá)到熱平衡后，檢測各測點溫度，各密封處是否有漏油現(xiàn)象；通過過載試驗，檢驗齒輪箱在瞬間超載情況下，是否還能繼續(xù)正常工作。解決齒輪箱在使用過程中出現(xiàn)的明顯故障及問題，驗證各項指標(biāo)的符合性，保證產(chǎn)品質(zhì)量并按期完成交貨。

3 研究內(nèi)容和研究方案

3.1 原理

本文主要通過連采機用截割齒輪箱加載試驗裝置的研究、設(shè)計制造，對齒輪箱進(jìn)行加載試驗。此裝置為雙輸入端布置形式，布置原理為：驅(qū)動直流電機—電機連接盤—電機半聯(lián)軸器—彈性盤—支撐架半聯(lián)軸器減—支撐架組件——花鍵軸—掘錨機減速器—花鍵軸——支撐架組件—支撐架半聯(lián)軸器—彈性盤—電機半聯(lián)軸器—電機連接盤—加載直流電機。

通過對齒輪箱出廠前的加載試驗，實際反映出齒輪箱的油溫、噪聲、平穩(wěn)性、過載等各項指標(biāo)，可模擬齒輪箱在實際使用工況中的齒輪、軸承運轉(zhuǎn)情況。通過出廠前的加載試驗，檢查截割齒輪箱運轉(zhuǎn)平穩(wěn)情況，各連接件、緊固件是否發(fā)生松動，各密封處、結(jié)合處是否有滲油現(xiàn)象，是否有沖擊及劇烈震動；通過溫升試驗，在齒輪箱達(dá)到熱平衡后，檢測各測點溫度，各密封處是否有漏油現(xiàn)象；通過過載試驗，檢驗齒輪箱在瞬間超載情況下，是否還能繼續(xù)正常工作。實驗完畢，齒輪箱靜置12h，各浮動密封容許漏油小于0.5ml，才表示完成齒輪箱整個加載試驗過程。

3.2 研究內(nèi)容

3.2.1 試驗準(zhǔn)備

①對橫軸式截割減速器加載試驗裝置的發(fā)明、設(shè)計及制造。

②對試驗臺架進(jìn)行調(diào)試及緊固，由驅(qū)動電機開始，按順序組裝試驗臺架、減速器、傳動齒輪、減速器、試驗臺架、加載電機等零件，保證正確組裝，組裝減速器時用手持式千斤頂支撐，要求傳動平穩(wěn)。

③調(diào)整電機中心高尺寸及各位置度尺寸公差，并保證減速器輸入軸和輸出軸與試驗平臺垂直，符合試驗要求及設(shè)計圖紙要求。

3.2.2 組裝過程

對試驗平臺進(jìn)行調(diào)試及緊固，安裝驅(qū)動直流電機及加載直流電機，調(diào)整電機中心高尺寸743±0.5及各位置度尺寸公差，符合試驗要求。

調(diào)整驅(qū)動直流電機軸和加載直流電機軸中心距符合截割齒輪箱兩輸入端中心距尺寸1806±0.5。

將截割齒輪箱與試車臺架進(jìn)行組裝，并組裝兩個平鍵及一個圓柱銷用于徑向和軸向定位。

將兩個花鍵軸分別與減速器半聯(lián)軸器進(jìn)行組裝（平鍵連接）。

將與減速器半聯(lián)軸器組裝到一起的花鍵軸裝入到截割齒輪箱兩輸入端。

將電機連接盤與電機半聯(lián)軸器進(jìn)行組裝，然后整體和電機輸出軸緊固相聯(lián)。

將彈性盤組裝至電機半聯(lián)軸器上。

將組裝有齒輪箱的試車臺架整體吊起后與電機半聯(lián)軸器相連，保證電機半聯(lián)軸器、減速器半聯(lián)軸器、彈性盤完全配合，用卡尺檢測是否組裝到位。

順利組裝后，反復(fù)檢查各零件的緊固情況及相對位置，保證各零部件符合試驗要求。

3.2.3 實驗過程

結(jié)合齒輪箱的設(shè)計結(jié)構(gòu)和使用情況，緩慢啟動驅(qū)動直流電機，讓減速器慢慢空轉(zhuǎn)起來，逐漸增加轉(zhuǎn)速，使減速器空轉(zhuǎn)30分鐘后，改變減速器運轉(zhuǎn)方向，再空轉(zhuǎn)30分鐘。按照空載試驗、效率試驗、溫升試驗、過載試驗要求進(jìn)行加載試驗。

空載試驗：截割齒輪箱在水平位置正向連續(xù)運轉(zhuǎn)2小時，不允許附加冷卻措施，發(fā)現(xiàn)任何異常需要立即停車，并檢查分析出現(xiàn)的問題，分析潛在的缺陷和故障。

效率試驗：截割齒輪箱應(yīng)分別按額定載荷的25%、50%、75%、100%逐級加載，對應(yīng)時間分別為60、60、80、90、100min，油溫控制在95℃以下，要求額定載荷下機械效率不小于0.91。

溫升試驗：截割齒輪箱應(yīng)在額定載荷下連續(xù)運轉(zhuǎn)至油溫達(dá)到熱平衡。記錄5個測點溫度及試驗相關(guān)數(shù)據(jù)，無任何異常即可緩慢停車。過載試驗：在額定載荷的125%情況下運轉(zhuǎn)5min。滿載負(fù)荷試驗完畢后，按要求如實填寫試驗記錄。

3.3 關(guān)鍵零件設(shè)計

①整體設(shè)計方案：設(shè)計一種雙輸入型加載試驗裝置主要由驅(qū)動直流電機、電機連接盤、電機半聯(lián)軸器、彈性盤、支撐架半聯(lián)軸器減、支撐架組件、花鍵軸、掘錨機減速器、加載直流電機以及緊固件組成。通過設(shè)計制造試驗臺架、連接盤、半聯(lián)軸器、花鍵軸、支撐架組件及定位圓柱銷等零件。同時采用雙輸入端布置形式。

②設(shè)計直徑小于￠270的小型半聯(lián)軸器以及彈性盤、花鍵軸、試車臺架，保證加載試車過程中電機和齒輪箱之間的聯(lián)接部件傳動平穩(wěn)，花鍵軸嚙合無偏斜、無卡頓現(xiàn)象。

③雙如輸入型掘錨機加載試驗裝置，在輸入端增加溫度、聲音、震動傳感器可用于對齒輪箱各處密封、噪音、振動（齒輪嚙合的平穩(wěn)性）、溫升等指標(biāo)進(jìn)行檢測，保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶使用要求。

④通過花鍵套等零件從一端輸入、另一端輸出進(jìn)行連接，解決了試驗中減速器發(fā)生偏載、燒軸承等情況，使試驗安全可靠。

⑤掘進(jìn)機用橫軸式截割減速器加載試驗裝置，軸與聯(lián)軸器中間用彈性盤進(jìn)行連接，并對減速器底部采用便攜式千斤頂支撐，避免了電機與減速器中心高不一致的問題，保證試驗的可靠性。

3.4 試車方案的關(guān)鍵技術(shù)

如圖3、圖4所示，掘進(jìn)機用雙輸入型掘錨機減速器加載試驗裝置，可用于對雙輸入型掘錨機減速器進(jìn)行加載試驗，對減速器不同工況的機械性能進(jìn)行全面測試，保證產(chǎn)品質(zhì)量，解決瓶頸問題。判斷各齒側(cè)間隙、接觸區(qū)是否符合圖紙要求，整機組裝方法及工藝雖存在難點，但寧夏天地奔牛實業(yè)集團(tuán)有限公司在減速器組裝、齒輪副調(diào)整擁有豐富經(jīng)驗，并且組裝過相似類型掘錨機截割減速器，積累了組裝經(jīng)驗。

圖3 雙輸入型掘錨機減速器試車組裝圖a

圖4 雙輸入型掘錨機減速器試車組裝圖b

3.5 試車方案的優(yōu)勢

使用本裝置完成雙輸入型掘錨機減速器的加載試車，成功解決了齒輪箱在使用過程中出現(xiàn)的明顯故障及問題，驗證了各項指標(biāo)的符合性，保證產(chǎn)品質(zhì)量并按期完成交貨。

掘進(jìn)機用雙輸入型掘錨機減速器加載試驗裝置的發(fā)明、設(shè)計及制造，包括試驗平臺、試驗臺架、傳動齒輪、軸承壓蓋、聯(lián)軸器等零件設(shè)計加工。研究出新型雙輸如端布置形式，解決了試驗中減速器發(fā)生偏載、燒軸承等情況，使試驗安全可靠。

可以安全可靠地完成減速器加載試驗，在試驗過程中準(zhǔn)確實際地反應(yīng)出減速器的溫度和噪聲等各項性能指標(biāo)參數(shù)，也可以模擬減速器在實際工況中的齒輪、軸承運轉(zhuǎn)情況?？杀ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶使用要求，推動同系列減速器的生產(chǎn)和制造。

4 總結(jié)

本文主要通過對雙輸入型掘錨機減速器加載試驗裝置的設(shè)計、制造、組裝的關(guān)鍵技術(shù)研究，對減速器進(jìn)行加載試驗。采用新型雙輸端出布置形式，布置原理為：驅(qū)動直流電機—電機連接盤—電機半聯(lián)軸器—彈性盤—支撐架半聯(lián)軸器減—支撐架組件——花鍵軸—掘錨機減速器—花鍵軸——支撐架組件—支撐架半聯(lián)軸器—彈性盤—電機半聯(lián)軸器—電機連接盤—加載直流電機。

對減速器進(jìn)行出廠前的加載試驗，能反應(yīng)出減速器的溫度、噪聲等各項性能指標(biāo)參數(shù)，可模擬減速器在實際使用工況中的齒輪、軸承運轉(zhuǎn)情況。通過空載試驗，檢查減速器運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，各連接件、緊固件是否發(fā)生松動，各密封處、結(jié)合處是否有滲油及漏油現(xiàn)象，是否有沖擊及強烈震動。通過溫升試驗，在減速器達(dá)到熱平衡后，檢測各測點溫度，各密封處是否有滲漏現(xiàn)象，完成減速器加載試驗。

本文研究的雙輸入型掘錨機減速器可對雙輸入型掘錨機減速器進(jìn)行加載試驗，模擬減速器在實際使用工況中的齒輪、軸承運轉(zhuǎn)情況，預(yù)判設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中可能出現(xiàn)的故障及問題，并及時改進(jìn)，可提高產(chǎn)品可靠性，給客戶交付質(zhì)量最優(yōu)的產(chǎn)品。