KHYD400型煤礦用巖石電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

■ 洛陽(yáng)風(fēng)動(dòng)工具有限公司 （河南洛陽(yáng) 471009） 李景濤

1. 技術(shù)背景

為了滿足煤礦探水、探瓦斯作業(yè)對(duì)探測(cè)煤層深度不斷提高的要求，公司新研發(fā)了一種KHYD400型煤礦用巖石電鉆。該鉆機(jī)能夠低速鉆進(jìn)（主軸轉(zhuǎn)速140r/min），大轉(zhuǎn)矩輸出（輸出轉(zhuǎn)矩1 500N·m），鉆孔直徑100～160m m，最大鉆進(jìn)深度500m。主機(jī)采用行星齒輪結(jié)構(gòu)，滿足大減速比要求，輸出轉(zhuǎn)矩大，結(jié)構(gòu)尺寸小、質(zhì)量輕，便于煤礦下的搬運(yùn)，適合鉆機(jī)的轉(zhuǎn)向和調(diào)頭操作。

2. 主機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，電動(dòng)機(jī)4通過(guò)螺栓和后殼體5連接，電動(dòng)機(jī)齒輪7通過(guò)鍵6和電動(dòng)機(jī)軸連接。電動(dòng)機(jī)齒輪7漸開(kāi)線花鍵部分和小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)漸開(kāi)線花鍵部分安裝在齒套8的內(nèi)花鍵孔中。大頂頭3安裝在電動(dòng)機(jī)齒輪7的右端孔中，小頂頭2安裝在主軸19左端的內(nèi)孔中，小雙聯(lián)齒輪10軸向浮動(dòng)安裝在大頂頭3大端端面和小頂頭2大端端面之間。大雙聯(lián)齒輪14安裝在6205型深溝球軸承15上，小隔墊13、大隔墊16和兩個(gè)深溝球6205型軸承15安裝在支承軸12上，支承軸12的兩端安裝在行星架17上的孔中，支承軸12軸端通過(guò)螺釘、擋盤11與行星架17聯(lián)接。零件11～16共有三組，均勻安裝于行星架17徑向120°三等分位置的孔上，小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)大端齒部和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14（大端齒部）嚙合。行星架17左右側(cè)支承均為6218型深溝球軸承9，分別安裝在前殼體18和后殼體5中。內(nèi)齒圈24通過(guò)螺栓、螺紋套23和中殼體1聯(lián)接，三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14（小端齒部）和內(nèi)齒圈24嚙合。30216型圓錐滾子軸承20安裝在前殼體18中，用于支承主軸19。主軸19的左端通過(guò)花鍵和行星架17聯(lián)結(jié)，密封圈21安裝在前端蓋22中，前端蓋22通過(guò)螺栓和前殼體18聯(lián)接。

起動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)4傳遞到電動(dòng)機(jī)齒輪7，通過(guò)齒套8，動(dòng)力傳到小雙聯(lián)齒輪10，小雙聯(lián)齒輪10和大雙聯(lián)齒輪14（大端齒部）嚙合，動(dòng)力傳到大雙聯(lián)齒輪14上，大雙聯(lián)齒輪14（小端齒部）和內(nèi)齒圈24嚙合，內(nèi)齒圈24固定不動(dòng)，大雙聯(lián)齒輪14作行星運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)行星架17旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力傳遞到行星架17上，主軸19通過(guò)花鍵和行星架17聯(lián)結(jié)，最終動(dòng)力傳遞到主軸19上。

3. 用戶使用中出現(xiàn)的問(wèn)題

樣機(jī)在客戶處試用三個(gè)月后，客戶反映使用過(guò)程中出現(xiàn)以下問(wèn)題。鉆機(jī)在煤礦井下使用中長(zhǎng)時(shí)間鉆進(jìn)時(shí)，主軸出現(xiàn)抱死的現(xiàn)象。公司維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)拆開(kāi)主機(jī)后，發(fā)現(xiàn)幾處異常情況：小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)大端齒部多數(shù)齒的齒面有擠傷痕跡。小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損明顯不均勻，左側(cè)小端部靠右側(cè)部的漸開(kāi)線花鍵部分磨損較輕，靠左側(cè)的漸開(kāi)線花鍵部分磨損重。

圖1 電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)

4. 原因分析

（1）主軸出現(xiàn)抱死的原因 小頂頭2大端端面到大頂頭3大端端面之間的距離尺寸尤為重要。如果該距離尺寸小于小雙聯(lián)齒輪10總長(zhǎng)度，小雙聯(lián)齒輪10的浮動(dòng)間隙為零，就會(huì)失去其浮動(dòng)作用，導(dǎo)致小頂頭2大端端面的磨損比一般正常浮動(dòng)情況下加??；由于小雙聯(lián)齒輪10不能浮動(dòng)，鉆機(jī)長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，隨著齒輪溫度升高，小雙聯(lián)齒輪10無(wú)法同時(shí)和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14正常嚙合，造成齒輪卡死，出現(xiàn)鉆機(jī)主軸抱死事故。如果該距離尺寸大于小雙聯(lián)齒輪10總長(zhǎng)度過(guò)多，嚴(yán)重影響小雙聯(lián)齒輪10的浮動(dòng)效果，會(huì)使小雙聯(lián)齒輪10軸線傾斜過(guò)大，造成小雙聯(lián)齒輪10和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14齒輪嚙合間隙過(guò)于不均勻，從而卡死，導(dǎo)致鉆機(jī)主軸抱死。

（2）小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損不均勻原因 由于齒套8在軸向沒(méi)有定位，在使用過(guò)程中，存在鉆機(jī)機(jī)身傾斜鉆孔的情況。起動(dòng)鉆機(jī)前，鉆機(jī)扳傾斜角度時(shí)，齒套8沿著軸線方向滑動(dòng)，使得小雙聯(lián)齒輪10與齒套8配合處漸開(kāi)線花鍵沒(méi)有全部結(jié)合，造成了小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損不均勻。由于試用時(shí)鉆機(jī)頻繁向上仰角鉆孔，齒套8沿著軸線向左滑動(dòng)，造成小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端部靠右側(cè)的漸開(kāi)線花鍵磨損較輕，靠左側(cè)部分的漸開(kāi)線花鍵磨損比較重。

5. 改進(jìn)方法

1）小雙聯(lián)齒輪10改為彈性浮動(dòng)支承結(jié)構(gòu)，在小雙聯(lián)齒輪10的右側(cè)端面依舊采用固定頂頭，左側(cè)端面改為帶彈簧調(diào)節(jié)的彈性頂頭。如圖2所示，將大頂頭3插入在彈簧26中，彈簧26安裝在電動(dòng)機(jī)齒輪7端面孔中，小雙聯(lián)齒輪10的軸向位置可調(diào)，靠彈簧26的彈力使得小雙聯(lián)齒輪10的兩端面與大頂頭3端面、小頂頭2端面壓緊。鉆機(jī)使用時(shí)，小頂頭2的端面雖然在鉆機(jī)使用中逐漸磨損，但靠彈簧26的彈力使得小雙聯(lián)齒輪10的兩端面和頂頭保持在浮動(dòng)接觸狀態(tài)。同時(shí)降低了小雙聯(lián)齒輪10、大頂頭3、小頂頭2三個(gè)零件長(zhǎng)度的加工精度。在鉆機(jī)使用中，隨主機(jī)中齒輪的溫度變化，依靠彈簧26的伸縮調(diào)節(jié)，小雙聯(lián)齒輪10的浮動(dòng)間隙能夠保持在合適的范圍，很好地解決了主軸瞬間抱死的問(wèn)題。

2）在齒套8的中部車削加工一個(gè)孔用彈性擋圈槽，在其中安裝孔用彈性擋圈25，起到軸向的限位作用。在鉆機(jī)機(jī)身傾斜鉆孔時(shí)，由于孔用彈性擋圈25對(duì)齒套8起到軸向的限位作用，齒套8不能沿著軸線方向大距離滑動(dòng)。有效解決了小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端部漸開(kāi)線花鍵磨損不均勻的問(wèn)題。

圖2 改進(jìn)后的電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)

6. 使用反饋

改進(jìn)主機(jī)結(jié)構(gòu)后的KHYD400型煤礦用巖石電鉆，在煤礦井下試用12個(gè)月，沒(méi)有再發(fā)生過(guò)主軸抱死的情況。試用期結(jié)束后，公司維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，拆卸鉆機(jī)后，小雙聯(lián)齒輪10的右側(cè)大端齒面沒(méi)有擠傷的痕跡。小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)漸開(kāi)線花鍵磨損均勻，沒(méi)有出現(xiàn)漸開(kāi)線花鍵部分左右磨損不均勻的現(xiàn)象。

7. 結(jié)語(yǔ)

本次對(duì)主機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，有效地解決了試用中出現(xiàn)的問(wèn)題，完善了KHYD400型煤礦用巖石電鉆，為下一產(chǎn)品的定型、批量生產(chǎn)及推向市場(chǎng)打下了基礎(chǔ)。