周興華

（國能準能集團有限責任公司 設備維修中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

國能準能集團公司黑岱溝露天煤礦所運行的都是大型礦用平路機，平路機是露天煤礦采運排開采工藝中的主要排土設備，主要承擔國能準能集團公司黑岱溝露天煤礦主干道工程修筑及輔路的拓寬和平整任務[1]。隨著礦用平路機投入運行時間較長，工程設備逐漸老化，生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，平路機機具系統(tǒng)工作裝置故障率呈現(xiàn)攀升態(tài)勢，導致生產(chǎn)成本增加，出動率降低[2]。平路機機具系統(tǒng)工作裝置經(jīng)常出現(xiàn)回轉(zhuǎn)馬達或是回轉(zhuǎn)支撐齒損壞，要維修相關部件，就必須啟動設備回轉(zhuǎn)工作裝置進行檢查調(diào)整。在整個檢修保養(yǎng)過程中可能會對檢修人員造成的身體傷害，存在很大的安全隱患[3]?；剞D(zhuǎn)支撐上的齒牙在使用10 000 h 左右就容易出現(xiàn)斷齒和偏磨的情況，浪費成本的同時影響檢修效率，導致設備長時間停機影響設備出動率。

1 平路機機具系統(tǒng)技術概況

礦用平路機機具系統(tǒng)由工作裝置、鏟刀總成、液壓控制系統(tǒng)、油缸等執(zhí)行元件幾部分組成[4]。工作裝置包括回轉(zhuǎn)馬達、鏟刀轉(zhuǎn)盤、牽引架、鏟刀、伸縮油缸等組成[5]。主要技術參數(shù)為：雙液壓馬達驅(qū)動；轉(zhuǎn)盤直徑為2 631 mm；鏟刀回轉(zhuǎn)角度為±60°；鏟刀架規(guī)格為7 300 mm×1 067 mm×50 mm；轉(zhuǎn)盤中心側(cè)移量：向右為437 mm，向左為804 mm；鏟刀側(cè)移量：向右為1 244 mm，向左為870 mm；鏟刀俯仰角度為向前40°；鏟刀最大刮坡角度為35°。

2 平路機設備特點及存在問題

工程系列平路機由華北利星行機械有限公司生產(chǎn)，公司于1992 年、2013 年、2020 年開始引進16G、24M、24H、GR5505 等型號平路機，并先后應用于黑岱溝和哈爾烏素2 個露天煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場[6]。

1）平路機設備特點。平路機與前裝機、推土機等工程設備的外形、作業(yè)性質(zhì)不同。平路機主要應用于道路刮削平整作業(yè)以及刮坡、挖溝、松土、清除路面雨雪、灑落物料石塊雜物清理等方面的施工作業(yè)。由于平路機工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常因無法判斷嵌入土層中障礙物的大小、位置和狀態(tài)，無法及時調(diào)整工作裝置鏟刀狀態(tài)，很容易造成大型石塊等障礙物對鏟刀、轉(zhuǎn)盤等工作裝置部件的沖擊和破壞，對設備相關系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)件形成疲勞沖擊，影響結(jié)構(gòu)件的使用壽命，同時對操作者形成一定影響，導致作業(yè)效率降低[7]。

2）存在的問題。在生產(chǎn)運行中礦用平路機機具系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)工作裝置和工作機構(gòu)頻繁發(fā)生故障，影響了設備性能的正常發(fā)揮。平路機回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置經(jīng)常出現(xiàn)回轉(zhuǎn)馬達頻繁損壞、回轉(zhuǎn)支撐齒開裂、耐磨條使用壽命短等故障。要維修相關部件，就必須啟動設備回轉(zhuǎn)工作裝置進行檢查調(diào)整。回轉(zhuǎn)支撐上的齒牙在使用10 000 h 左右就容易出現(xiàn)斷齒和偏磨的情況，其中齒牙修復難度大，拆裝部件工藝較多，轉(zhuǎn)盤牽引架間隙調(diào)整不均勻，設備檢修效率低，導致設備長時間停機影響設備出動率。

3 平路機設備故障成因

1）機械設備日益老化。機電設備是生產(chǎn)的主要工具[8]，隨著設備投入使用年限的增加，老化程度日益嚴重，維修的難度和任務逐年加大，設備維修不僅關系到生產(chǎn)任務的完成，同時維修費用也關系到企業(yè)的經(jīng)濟效益,建立1 套先進、科學的機電管理機制，是保證設備維修質(zhì)量和降低維修生產(chǎn)成本的關鍵。

2）操作人員的綜合素質(zhì)不足。工程機械設備的操作與管理工作落實尤為必要，要求管理人員具有較高的綜合素質(zhì)，不僅要提高自身的專業(yè)能力，還要有一定的德育素養(yǎng)，增強自身的職責意識，從而滿足機械設備的運維需求。但是部分操作人員專業(yè)素質(zhì)不足，責任心不強，工作態(tài)度不積極，缺乏職業(yè)技能培訓，操作工作全憑經(jīng)驗，不能結(jié)合機械設備的運行情況制定對應的管理計劃，即便實施管理也流于表面，管理及操作過程缺乏嚴謹性，為設備的正常使用留下安全隱患,給企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟損失。

3）檢修條件不足。目前檢修平路機設備基本上是在坑下或檢修場地，檢修空間受到局限，很多時候靠人鉆到設備里面進行檢修，達不到標準的檢修環(huán)境條件，與專業(yè)化的維修場地和車間無法相提并論；對于容易出現(xiàn)故障的部件，經(jīng)常出現(xiàn)回轉(zhuǎn)馬達或是回轉(zhuǎn)支撐齒損壞，要維修相關部件，就必須啟動設備回轉(zhuǎn)工作裝置進行檢查調(diào)整。在整個檢修過程中可能會對檢修人員造成身體傷害，存在很大的安全隱患。由于平路機設備的流動性大，作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，一旦機械設備在現(xiàn)場或半路出現(xiàn)故障，維修人員甚至直接原地進行拆裝和維修，導致很多零部件損壞、銹蝕甚至丟失，零件的清潔性得不到保障。同時過往大型車輛較多，存在安全隱患。

4 平路機工作裝置改造技術措施

4.1 基本原理與關鍵技術

根據(jù)平路機回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置的故障原因進行針對性分析，通過改變安裝位置、改進維修工藝、選用優(yōu)質(zhì)材料、優(yōu)化安裝方式、設計新部件等方式對平路機回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置進行整體優(yōu)化，達到減少設備故障率、節(jié)約維修生產(chǎn)成本、提高設備出動率的目的。

1）優(yōu)化了平路機牽引架原有的支撐方式，使用帶有軸撐的回轉(zhuǎn)支撐裝置，改善了回轉(zhuǎn)齒圈的圓弧接觸應力不均勻的情況。同時回轉(zhuǎn)支撐可以調(diào)整2次角度重復使用，大大增加了回轉(zhuǎn)支撐齒圈的使用壽命[9]。

2）設計并應用了12 cm×2 cm 長型齒圈代替原有的6 cm×4.5 cm 的矩形齒圈，消除了齒頂小圓弧接觸應力集中情況，增加了中徑大圓弧的接觸時間與接觸應力，充分利用中徑大圓弧有效接觸，從而平均接觸應力，延長了回轉(zhuǎn)齒圈的使用壽命，提高了維修效率。

3）改進工作裝置結(jié)構(gòu)與連接方式，原先的連接方式是由長條螺栓將牽引架、轉(zhuǎn)盤、減磨條、調(diào)整墊連接到一起，現(xiàn)在改造后的連接方式是將牽引架與回轉(zhuǎn)裝置中間加入可以旋轉(zhuǎn)滾珠式的回轉(zhuǎn)支撐，避免了原有方式對回轉(zhuǎn)齒圈、回轉(zhuǎn)馬達形成的沖擊性損壞。

4.2 系統(tǒng)改造

改造后的平路機回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置主要由牽引架、回轉(zhuǎn)支撐、回轉(zhuǎn)齒圈組成，替代了減磨條、調(diào)整墊等需要日常檢查調(diào)整更換的部件，避免檢修人員在檢查更換過程中的安全隱患，提高檢修效率的同時節(jié)約了大量生產(chǎn)成本。

首先將牽引架通過螺栓與回轉(zhuǎn)支撐的外圈進行連接，其次將回轉(zhuǎn)齒圈總成與回轉(zhuǎn)圈支撐的內(nèi)齒圈通過螺栓連接，回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)，進而帶動回轉(zhuǎn)圈總成旋轉(zhuǎn)。

針對回轉(zhuǎn)機構(gòu)中工作裝置進行測量分析，完成回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置的實物測繪，對回轉(zhuǎn)支撐和牽引架相關的運動軌跡圖進行分析。重新設計工作裝置的裝配形式，按照設計后的尺寸重新制作回轉(zhuǎn)支撐和牽引架，進行生產(chǎn)并安裝試用。改進后，回轉(zhuǎn)機構(gòu)運行牢靠穩(wěn)定，不存在因部件擺動而發(fā)生的齒輪損壞故障，同時也降低了回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置的故障頻次，避免了檢修人員在檢修過程擠手的安全隱患，將該環(huán)節(jié)存在隱患完全消除；解決了露天煤礦工程設備工作裝置處理過程中遇到的難題。

改造前后主要性能參數(shù)對比如下：

1）嚙合性對比。①改造前回轉(zhuǎn)齒圈的齒形為圓柱形非標齒形，嚙合性能較漸開線齒形差，與回轉(zhuǎn)馬達嚙合過程中存在滑動摩擦，齒形容易磨損，齒端受力較大，容易造成齒根斷裂；②改造后回轉(zhuǎn)齒圈的齒形為漸開線齒形，嚙合性能優(yōu)于圓柱形非標齒形，由純滾動嚙合替代原有的滑動嚙合，齒圈嚙合后傳動平穩(wěn)輕便，精度高，改造后漸開線齒降低了平均接觸應力，實現(xiàn)大圓弧滾動接觸，無應力集中區(qū)域。

2）可靠性對比。①改造前回轉(zhuǎn)齒圈綜合受力性能較差，嚙合過程中容易造成斷齒和偏磨的情況；②改造后回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的軸向和徑向撐載能力強，尤其是抗傾覆力矩的能力較優(yōu)，回轉(zhuǎn)齒圈能夠完全勝任作業(yè)過程中較大震動和沖擊的工況。

3）方便性對比。①改造前牽引架與轉(zhuǎn)盤之間設置有滑塊及銅襯墊等易損件結(jié)構(gòu)，需要定期進行易損件的檢查以及調(diào)整，如果調(diào)整不及時會影響回轉(zhuǎn)齒圈的回轉(zhuǎn)精度，甚至造成齒牙偏磨以及斷裂的情況；②改造后組裝結(jié)構(gòu)主要有外圈、內(nèi)圈和滾道。便于拆裝，不需要調(diào)整嚙合間隙，只需定期在滾道內(nèi)加注黃油即可。

礦用平路機經(jīng)常因回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置出現(xiàn)故障影響正常工程設備作業(yè)時間，據(jù)統(tǒng)計每年的故障數(shù)量在300 次左右，回轉(zhuǎn)齒圈使用壽命在10 000 h。平路機回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置創(chuàng)新改進項目實施后，機具系統(tǒng)工作裝置故障數(shù)大幅降低，且回轉(zhuǎn)支撐可以重復使用，回轉(zhuǎn)齒圈使用壽命增加。改進后的回轉(zhuǎn)支撐減少了齒頂小圓弧接觸時間和接觸應力，充分利用中徑大圓弧有效接觸，從而平均接觸應力。通過實物測繪和軌跡分析得出，回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作裝置改進前后的應力基礎數(shù)據(jù)對比。

5 平路機工作裝置改造效果

自從開展了礦用平路機機具系統(tǒng)工作裝置的創(chuàng)新與改進，解決了露天煤礦平路機工程設備工作裝置處理過程中遇到的難題，目前已在準能設備維修中心工程機械車間安裝使用，改造后，機具系統(tǒng)運行牢靠穩(wěn)定，不存在因部件擺動而發(fā)生的齒輪損壞故障，將該環(huán)節(jié)存在隱患完全消除；由原來的1 年故障300 多次降低到150 多次，回轉(zhuǎn)支撐可以調(diào)整2 次角度重復使用，壽命大約增加20 000 h，節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本，提升了檢修效率，促使工程設備每日出動率大幅度提升，間接經(jīng)濟效益可達200 余萬元。

1）管理方面。目前露天煤礦機電設備是生產(chǎn)的主要工具，設備機械化和自動化程度很高，工程設備也在不斷更新，需要從管理方面和人員培訓方面進行完善。管理人員要掌握相關機電設備方面的相關專業(yè)知識和專業(yè)技能，一旦設備發(fā)生了故障，就能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)，進而選用最佳的方法予以排除。只有對設備管理的每個方面均有切實的了解，方可保證整個管理工作有序展開。

2）培訓方面。通過理論加實踐來提高設備操作人員對相關知識的掌握，使得掌握的知識得到切實的鞏固。將一些能力較強的人員組織起來，進行故障維修的專門培訓，這樣再出現(xiàn)機械故障之時，就能夠予以有效解決，維修方面的投入就會降低很多。

3）日常維護方面。為確保設備運行平穩(wěn)，提高設備出動率，還需要加強平路機日常的維護保養(yǎng)和點檢工作，通過定期安排平路機設備日常保養(yǎng)和計劃性檢修，能夠有效地提高平路機設備的使用效能。

6 結(jié)語

在露天煤礦檢修作業(yè)中，要注重機電設備運行狀態(tài)與安全生產(chǎn)問題。為了保障整個生產(chǎn)過程的安全性和有效性，必須注重露天煤礦機電設備的故障診斷與維修，通過現(xiàn)代化技術工藝，實時監(jiān)測機電設備的運行狀態(tài)，預判設備可能出現(xiàn)的故障問題，提出相應的故障解決措施，以此確保機電設備安全穩(wěn)定運行。此外，提升設備日常保養(yǎng)與維護設備點檢工作的管理力度，全面提升檢修人員的技能水平，才能夠真正將工程機械設備的機電管理工作深入開展下去，從而為企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)做出應有的貢獻。