張 強(qiáng)

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

SF33900 電動(dòng)輪卡車是由我國湖南湘電重型裝備股份有限公司生產(chǎn)，載重量為220 t，2009 年開始在準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦投入使用，現(xiàn)2 個(gè)礦區(qū)共有19 臺(tái)，使用年限均有10 年左右，是2 個(gè)礦區(qū)的主要排土運(yùn)輸設(shè)備。近年來由于露天礦排土量的不斷增大、卡車服役年限的增長(zhǎng)，導(dǎo)致電樞軸磨損日漸嚴(yán)重，電樞軸前、后軸端花鍵齒套掉落現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了露天礦的日常生產(chǎn)工作。

電樞在使用壓力機(jī)直接退軸的過程中，極易造成電樞軸孔的拉傷、磨損，致使電樞的使用壽命降低，而且經(jīng)外委維修，成本較高，周期較長(zhǎng)。通過對(duì)電樞軸更換工藝的不斷探討和研究，對(duì)SF33900 電動(dòng)輪電樞軸更換技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，通過對(duì)電樞軸的鏜削和制作新的工裝器具，對(duì)SF33900 電動(dòng)輪電樞軸進(jìn)行了更換，并做到電樞軸孔無損傷，節(jié)約了大量的維修成本，提高了SF33900 電動(dòng)輪卡車的使用率，為露天礦創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 SF33900 電動(dòng)輪電樞結(jié)構(gòu)及故障產(chǎn)生的原因

1）電動(dòng)輪電樞結(jié)構(gòu)。SF33900 電動(dòng)輪電樞由電樞鐵芯、電樞繞組、電樞軸3 部分組成[1]，經(jīng)測(cè)量電樞鐵芯長(zhǎng)560 mm，直徑490 mm，電樞繞組長(zhǎng)680 mm，電樞軸長(zhǎng)1 500 mm。電樞繞組結(jié)構(gòu)是嵌入線槽中銅條為導(dǎo)體，銅條的兩端用短路環(huán)焊接起來，所以SF33900 電動(dòng)輪為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)[2]，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，適用范圍廣，在我國工業(yè)生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。

2）電動(dòng)輪電樞故障產(chǎn)生的原因。SF33900 卡車電動(dòng)輪電樞軸損壞的原因有很多，其中主要有以下幾點(diǎn)：①SF33900 電動(dòng)輪經(jīng)過多年的運(yùn)行，電樞軸軸承的頻繁更換，軸承位長(zhǎng)期磨損，致使電樞軸承位變??；②SF33900 電動(dòng)輪常年高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)電樞軸端齒牙形成了一個(gè)很大的作用力，在長(zhǎng)期的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸端齒牙出現(xiàn)磨損、斷裂；③SF33900 電動(dòng)輪由于電氣、機(jī)械故障等原因，使電樞軸產(chǎn)生變形、斷裂等現(xiàn)象，致使電動(dòng)輪無法運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 電樞軸鏜削準(zhǔn)備工作

SF33900 電動(dòng)輪電樞軸與鐵芯軸孔之間，是采用過盈配合來進(jìn)行連接的，在換軸過程中就要釋放鐵芯軸孔對(duì)電樞軸的應(yīng)力，因此要對(duì)電樞軸進(jìn)行鏜孔，直至電樞軸內(nèi)壁剩1 mm 為止；然后對(duì)剩余電樞軸進(jìn)行高溫加熱進(jìn)行軟化，將剩余電樞軸取出；最后用烘干箱加熱電樞，用液氮冷卻電樞軸，利用熱脹冷縮原理，擴(kuò)大電樞軸孔，縮小電樞軸，使用500 t 立式液壓機(jī)更換新的電樞軸，達(dá)到電樞軸更換的目的。

2.1 繪制電樞固定底座

將電樞在工作臺(tái)上擺放平穩(wěn)，使用角鋼將電樞兩側(cè)固定，對(duì)角鋼及電樞間距離進(jìn)行測(cè)量并統(tǒng)計(jì)。測(cè)量鏜床工作臺(tái)上固定孔間的距離，并進(jìn)行再次統(tǒng)計(jì)，最終繪制底座結(jié)構(gòu)圖[3]，固定底座結(jié)構(gòu)俯視及平視圖如圖1。

圖1 固定底座結(jié)構(gòu)俯視及平視圖

2.2 制作電樞固定底座

選用厚20 mm，長(zhǎng)、寬大于40 mm×40 mm 的鋼板，選用底寬70 mm，高50 mm，總長(zhǎng)大于800 mm 的角鋼[4]，使用數(shù)控等離子切割機(jī)進(jìn)行切割工作，最后使用電焊機(jī)對(duì)各個(gè)部件按照?qǐng)D紙進(jìn)行焊接。

數(shù)控等離子切割機(jī)（CNC plasma cutting machine），主要優(yōu)點(diǎn)在于切割厚度不大的金屬的時(shí)候，較其它切割方法等離子切割速度更快，速度可達(dá)氧切割法的3～5 倍，切割面光潔、熱變形小、幾乎沒有熱影響區(qū)。

1）等離子切割機(jī)操作流程：①啟動(dòng)空壓機(jī)、空氣干燥機(jī)；②啟動(dòng)機(jī)床控制柜；③啟動(dòng)等離子電源；④設(shè)置參數(shù)；⑤調(diào)整好割槍在板材上的位置，啟動(dòng)程序進(jìn)行切割；⑥工作完成后，關(guān)閉所有電源、氣源；⑦結(jié)束切割，下料、清理殘?jiān)Ｊ褂秒姾笝C(jī)對(duì)切割完成后的各個(gè)部件，按照底座結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行焊接[5]，將SF33900 電動(dòng)輪電樞放置在固定底座上，檢查底座是否符合固定要求。

2）數(shù)控等離子切割機(jī)設(shè)置參數(shù)步驟：①用AUTCAD制圖或用已有Solidworks 文件直接轉(zhuǎn)換為DXF 格式；②將DXF 格式或者DWG 格式的零件圖導(dǎo)入發(fā)思特FastCAM 軟件中進(jìn)行套料、轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)控NC 程序，為方便程序的調(diào)用及管理，將程序名稱保存為該零件的圖號(hào)或者其他名稱；③將轉(zhuǎn)化好的數(shù)控程序，即NC程序，用U 盤拷入機(jī)床的控制柜上；④根據(jù)所選擇程序的材料及厚度，設(shè)置工藝參數(shù)。

3 電動(dòng)輪電樞軸膛削工作

3.1 切削電動(dòng)輪前后端電樞軸

電動(dòng)輪電樞軸是選用鋼合金材料制作而成的，本次電樞軸切削所使用的鋸床是浙江偉業(yè)鋸床有限公司生產(chǎn)GY4240 液壓鋸床，用其對(duì)SF33900 電動(dòng)輪電樞軸進(jìn)行切削，需要切削電樞軸的前、后直徑尺寸均為165 mm。

GY4240 液壓鋸床操作流程：①檢查鋸床各部位潤滑情況，檢查鋸床電源線完好情況，檢查鋸床冷卻水電源情況，確認(rèn)切削液的存量是否適合本次切削；②打開電源，按下啟動(dòng)按鈕，使鋸床正常運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整鋸床調(diào)速手柄，將手柄調(diào)至上升位置，使鋸弓上升；③將SF33900 電動(dòng)輪電樞底座放在合適的位置，吊運(yùn)電樞放在底座上，電樞軸調(diào)至指定切削位置，并將電樞進(jìn)行固定，將電樞軸端位置夾緊，鋸弓要與電樞軸預(yù)計(jì)切削的位置保持一致；④將調(diào)速手柄調(diào)至下降位置，使鋸弓下降，將鋸弓下降至電樞軸預(yù)計(jì)切削的位置上方；⑤確認(rèn)需要切削電樞軸的尺寸是否準(zhǔn)確；⑥鋸床調(diào)整完成后，檢查各項(xiàng)工作是否正確，檢查完成后，打開運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕對(duì)電樞軸進(jìn)行切削，切削過程中要不斷對(duì)切削部位進(jìn)行冷卻處理；⑦同以上步驟對(duì)另一端的電樞軸進(jìn)行切削；⑧電樞軸切削完成后，調(diào)整調(diào)速手柄，將鋸弓復(fù)位，并按下停機(jī)按鈕，斷開鋸床電源；⑨對(duì)現(xiàn)場(chǎng)切削材料殘?jiān)M(jìn)行清理；⑩檢查電樞軸切削位置是否準(zhǔn)確。

根據(jù)所切削的材料對(duì)鋸床的液壓速度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)帶鋸條線轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，SF33900 電動(dòng)輪電樞軸為高合金鋼材料，因此選擇帶鋸條線轉(zhuǎn)速為30～ 40 m/min，直徑尺寸為165 mm，切削效率為30～ 35 cm2/min。鋸床加工各種材料的鋸切速度、效率見表1。

表1 加工各種材料的鋸切速度、效率

3.2 電動(dòng)輪電樞軸鏜孔

SF33900 電動(dòng)輪電樞軸為高合金鋼材料，所以應(yīng)選用高速鋼材料鉆頭[6]來進(jìn)行鏜孔工作，電樞軸孔內(nèi)直徑為165 mm，鏜孔最終達(dá)到孔內(nèi)軸壁只留有1 mm，從而釋放電樞軸與軸孔的全部應(yīng)力，達(dá)到輕松將孔內(nèi)所留電樞軸取出的目的。

臥式鏜床操作流程[7]：①檢查鏜床情況：檢查鏜床各部位潤滑情況；檢查鏜床電源線完好情況；檢查鏜床軌道面是否有雜物；檢查鏜床操控系統(tǒng)是否正常；②將電樞底座放在工作臺(tái)上，使用螺栓將其緊固，將厚10 mm、長(zhǎng)50 mm、寬50 mm 的橡膠放置在底座上方，以防止電樞鐵芯與底座磕碰、刮傷，使用固定架[8]將電樞固定平穩(wěn)；③調(diào)整滑座與主軸位置，使電樞軸中心與主軸中心在同一位置；④在主軸上安裝選好的鉆頭，直徑18 mm；⑤打開電源開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕進(jìn)行鏜孔，根據(jù)所鏜孔材料和鉆頭強(qiáng)度，調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速為600 r/min，鏜孔進(jìn)給速度為30 mm/min；⑥依次更換直徑較大的鉆頭，直至電樞軸內(nèi)壁剩1 mm 為止；⑦電樞軸鏜孔完成后，調(diào)整手柄，將主軸與滑座復(fù)位，按下停機(jī)按鈕，斷開電源；⑧對(duì)現(xiàn)場(chǎng)膛孔后的材料殘?jiān)M(jìn)行清理；⑨檢查電樞軸鏜孔后是否符合要求[8-10]。

鏜孔完成后，將電樞吊運(yùn)至工作臺(tái)上，使用水解焊機(jī)對(duì)電樞軸孔內(nèi)殘留軸進(jìn)行加熱，加熱至高溫軟化，然后使用撬棍將殘留電樞軸撬出，達(dá)到無傷退軸的效果。

4 電樞軸更換工藝

1）將電樞放置在電樞吊運(yùn)架上，使用螺栓將電樞架緊固，將電樞放入烘干箱內(nèi)進(jìn)行加熱150 ℃，加熱時(shí)間為6 h，為了不損傷電樞繞組和鐵芯的絕緣，電樞的加熱溫度一般不會(huì)超過160 ℃。

2）在新電樞軸一端安裝電樞軸專用吊裝工具，使用抹布擦拭新軸表面，使電樞軸表面保持清潔，清理電樞軸液氮槽，完成后將新電樞軸放入電樞軸液氮槽內(nèi)，電樞軸液氮槽槽長(zhǎng)2 000 mm，槽高240 mm，槽寬300 mm。待電樞加熱將近6 h，將-196 ℃、60 L 液氮2 桶依次倒入電樞軸液氮槽內(nèi)，用木質(zhì)槽蓋將電樞軸液氮槽口蓋好，放置20 min 后進(jìn)行電樞軸的安裝工作。

3）將SF33900 電動(dòng)輪電樞軸更換專用底座放置在500 t 立式壓力機(jī)底座槽上，并固定好。電樞軸更換專用底座是使用高強(qiáng)度合金材料做成的，具有較高的強(qiáng)度，可以完全適應(yīng)電樞在壓力機(jī)下所承受的壓力。專用底座俯視及平視結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 專用底座俯視及平視結(jié)構(gòu)圖

4）電樞加熱完成后，打開烘干箱，用橋式天車將電樞吊起，將電樞放置在500 t 立式壓力機(jī)專用底座上，并且使電樞保持垂直平穩(wěn)狀態(tài)，打開壓力機(jī)電源，打開控制板面電源，操作立式壓力機(jī)控制板，控制電樞夾板將電樞夾緊。

5）將冷卻好的電樞軸使用吊鉤將電樞軸吊出，保持電樞軸垂直狀態(tài)，使用橋式天車將電樞軸慢慢移動(dòng)至電樞內(nèi)腔上方，緩慢下落，將電樞軸安裝至電樞鐵芯內(nèi)，直至達(dá)到電樞軸預(yù)定位置。

假如沒有到達(dá)預(yù)定位置，則把電樞軸吊裝工具拆下，將壓力機(jī)主缸移到電樞正上方，操作控制板，使主缸正好壓在頂棒正上方，關(guān)閉防護(hù)欄門，人員撤離至安全位置。啟動(dòng)系統(tǒng)操作壓力機(jī)進(jìn)行壓軸，一邊壓軸一邊觀察壓力表，電樞軸到達(dá)位置后，將主缸收回初始位置，壓力機(jī)主缸移到初始位置，關(guān)閉壓力機(jī)電源。

保持電樞垂直向下狀態(tài)，直至電樞鐵芯、電樞軸都達(dá)到常溫狀態(tài)下，用電樞吊運(yùn)工具和橋式天車將電樞吊至檢修區(qū)，進(jìn)行后續(xù)的檢修工作，經(jīng)過以上檢修步驟，就完成了SF33900 電動(dòng)輪電樞軸的全部更換工作。

5 結(jié)語

為了解決SF33900 電動(dòng)輪電樞軸在更換過程中使用壓力機(jī)直接退軸而導(dǎo)致的電樞軸孔拉傷問題，研究新的電樞軸鏜削退軸和電樞軸的更換工藝，從而避免了電樞軸孔的損傷，降低了后期電樞軸的更換難度和維修成本，提高了露天礦SF33900 電動(dòng)輪卡車的使用率，進(jìn)而為露天礦創(chuàng)造出了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。