WK-55電鏟提升滾筒故障原因及修復(fù)分析

劉永紅

◆摘要：文章對投放至黑岱溝露天煤礦的WK-55電鏟設(shè)備的非齒輪側(cè)軸斷裂故障發(fā)生主要成因進(jìn)行了分析，并以此為指導(dǎo)，提出了WK-55電鏟提升滾筒故障的修復(fù)方案，即制作新的滾筒軸、法蘭以及輻板結(jié)構(gòu)，對軸與法蘭實(shí)施更新處理，同時(shí)進(jìn)行新的輻板鍛件焊接，并在此基礎(chǔ)上組織應(yīng)力消除處理，旨在降低WK-55電鏟提升滾筒故障的發(fā)生概率。

◆關(guān)鍵詞：WK-55電鏟;提升滾筒;故障原因;故障修復(fù)

一、引言

電鏟設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮著極為重要的作用，但是由于其實(shí)際生產(chǎn)工況環(huán)境相對惡劣，且運(yùn)行條件復(fù)雜，所以極容易產(chǎn)生故障問題，特別是其中包含著的提升滾筒結(jié)構(gòu)極容易發(fā)生斷裂故障，致使整個(gè)電鏟設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)程度下降，也不利于煤礦生產(chǎn)實(shí)踐。因此，需要重點(diǎn)落實(shí)對電鏟提升滾筒故障的分析與處理，盡可能延長其使用年限。

二、WK-55電鏟提升滾筒的故障案例及其表現(xiàn)說明

WK-55電鏟機(jī)高約22米，總重量1400噸，其斗容量為55立方米，年生產(chǎn)量可達(dá)1200萬立方米，即月挖掘100萬立方米，是太原重工股份有限公司具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代大型機(jī)械。該型號(hào)電鏟設(shè)備為黑岱溝露天煤礦區(qū)內(nèi)投放的主要電鏟設(shè)備。

國家能源集團(tuán)投放至黑岱溝露天煤礦的WK-55電鏟設(shè)備持續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長，且相應(yīng)設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超出三萬小時(shí)，運(yùn)行中發(fā)生WK-55電鏟提升滾筒故障的頻率逐年遞增，如非齒輪側(cè)軸斷裂故障等，降低WK-55電鏟提升滾筒的運(yùn)行質(zhì)量與平穩(wěn)程度。

在發(fā)生非齒輪側(cè)軸斷裂故障后，設(shè)備維修中心立即安排專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行故障查看與處理，對斷口展開全面性檢查，發(fā)現(xiàn)其特征與疲勞損傷斷裂的主要特征相吻合。在斷口位置，提取到的晶粒均勻分布且細(xì)致性較強(qiáng)，并未觀察到肉眼可見的、明顯的加工缺陷。主動(dòng)與生產(chǎn)廠家進(jìn)行聯(lián)系，判斷該WK-55電鏟設(shè)備嚴(yán)格遵循國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)、加工與制造，相應(yīng)性能等也與規(guī)范要求、圖紙資料內(nèi)容保持一致。

三、WK-55電鏟提升滾筒故障的主要成因分析

（一）長期滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致斷裂故障

就黑岱溝露天煤礦中投放的WK-55電鏟設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況來看，其長期維持在滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，年度累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為六千 小時(shí)左右，總體累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超出三萬小時(shí)。結(jié)合煤礦環(huán)境條件可以了解到，WK-55電鏟設(shè)備主要在惡劣氣候條件下長期保持重超載、滿負(fù)荷運(yùn)行，且發(fā)生碰撞問題的概率偏高;同時(shí)，WK-55電鏟設(shè)備的提升滾筒結(jié)構(gòu)本身在運(yùn)行中就需要頻繁進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)與制動(dòng)，所以實(shí)際承受著的交變荷載維持在偏高水平;加之露天礦生產(chǎn)中本身存在著電壓波動(dòng)程度較大等問題，綜合導(dǎo)致WK-55電鏟設(shè)備的滾筒面板與輻板焊接的位置、軸與輻板焊接的位置等在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中承擔(dān)主要受力責(zé)任的位置產(chǎn)生輕微損傷。同時(shí)，受到WK-55電鏟設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行的影響，這些輕微損傷逐步擴(kuò)大最終發(fā)展為軸斷裂問題，導(dǎo)致WK-55電鏟設(shè)備提升滾筒結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的運(yùn)行故障。

（二）實(shí)際運(yùn)行工況惡劣導(dǎo)致斷裂故障

綜合觀察投放在黑岱溝露天煤礦區(qū)內(nèi)的所有WK-55電鏟設(shè)備以及其他型號(hào)電鏟設(shè)備，發(fā)現(xiàn)在提升滾筒相同位置均存在著不同程度的損傷;而對比投放在附近其他礦區(qū)內(nèi)的電鏟設(shè)備提升滾筒結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)雖然也存在不同程度的損傷，但是總體損傷程度相比于黑岱溝露天煤礦區(qū)內(nèi)WK-55電鏟設(shè)備提升滾筒損傷程度更低（使用時(shí)間與設(shè)備型號(hào)相同）?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，造成這一結(jié)果差異性的主要原因?yàn)椋卺窚下短烀旱V區(qū)的工況條件更為惡劣，相比于相鄰礦區(qū)，黑岱溝露天煤礦區(qū)的巖層厚度更大，即便在實(shí)施爆破處理后也會(huì)生成大量大塊巖石，相對應(yīng)的，該礦區(qū)內(nèi)投放的電鏟設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中受到的損傷程度也更為嚴(yán)重，所以損傷程度也較為嚴(yán)重。

（三）操作不當(dāng)導(dǎo)致斷裂故障

如果在操作WK-55電鏟設(shè)備的過程中，技術(shù)人員沒有將提升與下放控制器移動(dòng)至中間零位，極容易導(dǎo)致提升滾筒結(jié)構(gòu)損壞程度增高的問題發(fā)生，從而加速非齒輪側(cè)軸斷裂故障的生成。實(shí)際操作中，要求著技術(shù)人員在落實(shí)提升與下方操作轉(zhuǎn)換時(shí)，控制主令控制器由提升方向返回至中間零位，并在此基礎(chǔ)上操作主令控制器移動(dòng)至下放方向。依托這樣的操作，能夠降低電鏟提升滾筒結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)工作中軸承位置承受的反向作用力大小?？傮w而言，受到長期性操作不當(dāng)?shù)挠绊?，也使得WK-55電鏟提升滾筒故障頻發(fā)。

四、WK-55電鏟提升滾筒故障的修復(fù)方案與實(shí)踐

（一）故障修復(fù)方案的設(shè)計(jì)

在WK-55電鏟設(shè)備中，提升滾筒輻板與連接軸均包含在鍛件的范疇內(nèi)，在針對提升滾筒的非齒輪側(cè)軸斷裂故障進(jìn)行解決處理時(shí)，主要落實(shí)對滾筒軸、法蘭以及輻板的重新制作，對軸與法蘭實(shí)施更新處理，同時(shí)進(jìn)行新的輻板鍛件焊接，并在此基礎(chǔ)上組織應(yīng)力消除處理。WK-55電鏟提升滾筒故障的修復(fù)方案具體操作要點(diǎn)如下所示：

在原有提升滾筒、輻板位置進(jìn)行軸結(jié)構(gòu)的切除處理，并從原有滾筒結(jié)構(gòu)中切除法蘭以及輻板;對法蘭、軸結(jié)構(gòu)實(shí)施重新性的加工鍛造，組織探傷檢驗(yàn)，并在檢驗(yàn)合格后安裝軸結(jié)構(gòu);依托過盈配合的方式處理法蘭、軸結(jié)構(gòu)、輻板之間的配合關(guān)系，針對法蘭與輻板展開加熱焊接，并在緩冷后組織探傷檢驗(yàn);在滾筒內(nèi)加設(shè)外側(cè)輻板，落實(shí)加熱焊接處理，并在緩冷后組織探傷檢驗(yàn)。需要注意的是，整個(gè)故障修復(fù)過程對于焊接有著較為嚴(yán)格的要求，且在選取板材、鍛件時(shí)，必須要保證相應(yīng)構(gòu)件通過探傷檢驗(yàn);在實(shí)際的焊接操作前需要針對焊接區(qū)域?qū)嵤╊A(yù)熱處理，同時(shí)嚴(yán)格控制焊接過程中的溫度，避免相應(yīng)區(qū)域的溫度參數(shù)出現(xiàn)較大的波動(dòng)情況;完成焊接操作后，可以依托在外部包裹絕緣毯的方式實(shí)現(xiàn)緩冷處理;針對所有的焊縫，均要實(shí)施無損探傷操作，嚴(yán)禁存在裂紋。

（二）故障修復(fù)工藝的實(shí)施

提前引入機(jī)加工操作落實(shí)對斷軸結(jié)構(gòu)的全面剔除，并重點(diǎn)實(shí)施以下WK-55電鏟提升滾筒故障修復(fù)工藝操作：

第一，在機(jī)床位置，對滾筒結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)情況（是否存在變形等）、加工工藝基準(zhǔn)等內(nèi)容落實(shí)全面性檢驗(yàn)與確認(rèn)，并將所有獲取到的信息數(shù)據(jù)實(shí)施匯總記錄。第二，針對存在于Ф380毫米軸端的各類零部件進(jìn)行拆除操作，包括隔套、軸承、定距環(huán)、擋蓋等等。明確滾筒與齒輪的相配位置，并進(jìn)行明顯標(biāo)記，隨后組織螺栓螺母（數(shù)量為36套）以及齒輪的拆卸。在此過程中，相關(guān)人員要注意使用保護(hù)性拆除手段，盡可能規(guī)避拆除操作中損毀零部件問題的發(fā)生。提取齒輪防護(hù)罩，對其密封部位實(shí)施外觀檢驗(yàn)，使用修磨拋光的方式消除磕碰痕跡或是劃痕。第三，在切割操作的支持下，落實(shí)對Ф380毫米軸端外露軸徑部位的切除處理。第四，針對存在于Ф380毫米軸端軸承座孔內(nèi)的軸徑，主要利用鏜床鉆鏜掉處理的方式實(shí)施清除。在整個(gè)加工過程中，要求嚴(yán)格依照相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)要求落實(shí)找正、墊平、卷圓處理，且要著重規(guī)避對軸承座孔造成損傷，并需要相關(guān)人員對相應(yīng)座孔的現(xiàn)實(shí)尺寸公差進(jìn)行精準(zhǔn)檢測與記錄。第五，控制滾筒裝置軸較大尺寸的一端保持向上，針對Ф410毫米軸端的輻板展開切割處理，吊出輻板以及殘軸。第六，嚴(yán)格依照工藝基準(zhǔn)在立車上落實(shí)找正墊平操作，并針對新輻板的內(nèi)圓止口實(shí)施加工焊接處理。在此過程中，要求對原有止口直徑進(jìn)行增大處理（增加6毫米），以此體現(xiàn)出對由焊接導(dǎo)致的熱影響區(qū)實(shí)現(xiàn)消除的效果。第七，對新的軸承座結(jié)構(gòu)與輻板展開配置與焊接。實(shí)踐中，為了更好消除焊接應(yīng)力，可以引入振動(dòng)時(shí)效的方法，并在完成焊接操作后針對焊縫實(shí)施探傷檢驗(yàn)，確保相應(yīng)結(jié)構(gòu)的安裝符合工藝要求。第八，在把控工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，在鏜床上組織找正、墊平、卷圓處理，對所需要焊接座的孔進(jìn)行加工。與此同時(shí)，要求嚴(yán)格保證新開設(shè)的孔與未更換端的軸承座孔之間維持在同心度水平。第九，完成新滾筒結(jié)構(gòu)的加工后，將其轉(zhuǎn)移至加熱爐內(nèi)實(shí)施加熱處理，促使新滾筒結(jié)構(gòu)的溫度上升至180℃，隨后組織10小時(shí)的保溫操作;將新滾筒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移出加熱爐、擺正，并落實(shí)對新滾筒軸的吊裝。提取前期操作中標(biāo)注出的位置結(jié)構(gòu)進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)以及螺栓螺母的安裝，擰緊所有螺栓螺母。第十，在車床上展開對軸兩端、滾筒上工藝基準(zhǔn)處同心度的嚴(yán)格檢驗(yàn)，提取誤差，保證相應(yīng)誤差數(shù)據(jù)維持在可控與允許范圍內(nèi)，以此維護(hù)整個(gè)修復(fù)操作的質(zhì)量水平。

五、總結(jié)

綜上所述，WK-55電鏟為黑岱溝露天煤礦區(qū)內(nèi)投放的主要電鏟設(shè)備，在長時(shí)間的生產(chǎn)中，發(fā)生非齒輪側(cè)軸斷裂故障的頻率增高。對相應(yīng)故障的成因進(jìn)行深入探究發(fā)現(xiàn)，受到長期滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、實(shí)際運(yùn)行工況惡劣、操作不當(dāng)?shù)挠绊?，提升滾筒故障問題更為常見。針對這一問題現(xiàn)狀主要設(shè)定如下修復(fù)方案：落實(shí)對滾筒軸、法蘭以及輻板的重新制作，對軸與法蘭實(shí)施更新處理，同時(shí)進(jìn)行新的輻板鍛件焊接，并在此基礎(chǔ)上組織應(yīng)力消除處理，以此實(shí)現(xiàn)對WK-55電鏟使用年限的延長。

參考文獻(xiàn)

[1]高啟林，賀棟，陳澤健.P&H4100XPC電鏟提升滾筒調(diào)整分析[J].煤礦機(jī)械，2021，42（02）：90-92.

[2]蘭曄東.礦用電鏟提升滾筒軸座的焊修工藝[J].世界有色金屬，2020（12）：37-38.

[3]李新彪.8750型邁步式吊斗鏟提升/回拉滾筒端軸更換工藝流程探討[J].電力設(shè)備管理，2020（04）：92-94.