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      采煤機(jī)整體式牽引鏈輪的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

      2024-01-04 11:53:28裴陸慧
      機(jī)械管理開(kāi)發(fā) 2023年11期
      關(guān)鍵詞:分體鏈輪滾子

      裴陸慧

      (沁和能源集團(tuán)有限公司永紅煤礦, 山西 晉城 048205)

      1 工程概況

      沁和能源集團(tuán)有限公司永紅煤礦3507 綜采工作面位于五采區(qū)東翼,主要開(kāi)采3 號(hào)煤層,煤層厚度2.28~6.33 m,平均煤厚4.95 m,煤層傾角5°~22°,平均傾角15°。3507 工作面采用進(jìn)口JOY 7LS6C 型采煤機(jī)落煤裝煤、SGZ764/400 型前部刮板運(yùn)輸機(jī)和SGZ800/630 后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤、ZF7200/20/32 型低位放頂煤支架進(jìn)行工作面支護(hù)和放煤。循環(huán)進(jìn)度為0.6 m,采用一刀一放的放煤方式,放煤步距為0.6 m,采用自然垮落法管理采空區(qū)頂板。

      采煤機(jī)鏈輪是采煤機(jī)重要零部件,負(fù)責(zé)采煤機(jī)的行走。目前國(guó)內(nèi)外采煤機(jī)鏈輪均為分體式結(jié)構(gòu),其中永紅煤礦采用的進(jìn)口JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪,對(duì)于煤層較硬、割巖割矸沖擊載荷較大工作面及采煤機(jī)鏈輪承受較大軸向力時(shí),采煤機(jī)鏈輪承載能力不足,圓柱銷(xiāo)斷裂,螺栓剪斷,軸承散架,鏈輪分體。因此,采煤機(jī)牽引鏈輪損壞后需停機(jī)檢修,影響到綜采工作面的工作效率,同時(shí)也增加了工作人員的作業(yè)安全隱患,有必要對(duì)JOY 7LS6C 型采煤機(jī)原鏈輪進(jìn)行全面設(shè)計(jì)改進(jìn),開(kāi)發(fā)了一種整體式牽引鏈輪,有效的提高了采煤機(jī)鏈輪的使用壽命,提高了采煤機(jī)鏈輪質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性[1-2]。

      2 JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪結(jié)構(gòu)及存在的問(wèn)題分析

      2.1 采煤機(jī)牽引鏈輪結(jié)構(gòu)

      永紅煤礦采用的進(jìn)口JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪采用分體式結(jié)構(gòu)。該分體式牽引鏈輪的根齒輪與齒軌輪采用軸與盲孔間隙配合安裝,通過(guò)4 個(gè)Φ25.4mm圓柱銷(xiāo)傳遞扭矩,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)行走。采用2 盤(pán)圓錐滾子軸承,在齒軌輪內(nèi)孔中面對(duì)面使用,采用4 個(gè)定位銷(xiāo)進(jìn)行定位,齒軌輪與根齒輪采用12 條M30-12.9 級(jí)螺栓進(jìn)行緊固。牽引鏈輪12 條M30 螺栓連接輪體并壓緊圓錐滾子軸承外圈,軸承內(nèi)圈通過(guò)軸承端蓋與軸套螺紋配合緊固壓緊。

      2.2 采煤機(jī)牽引鏈輪存在的問(wèn)題

      3507 綜采工作面3 號(hào)煤層較硬、工作面傾角變化較大,JOY 7LS6C 型采煤機(jī)在割巖割矸時(shí)因采煤機(jī)機(jī)道不平等因素,導(dǎo)致承受較大沖擊載荷,特別是當(dāng)采煤機(jī)鏈輪承受較大軸向力時(shí),采煤機(jī)鏈輪承載能力不足,進(jìn)行發(fā)生圓柱銷(xiāo)斷裂、螺栓剪斷、軸承散架、鏈輪分體等問(wèn)題,如圖1 所示。3507 綜采工作面采煤機(jī)牽引鏈輪常發(fā)生鏈輪分體情況,每次必須更換新鏈輪,影響工作面開(kāi)采效率[3]。

      圖1 JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪損壞示意圖

      3 采煤機(jī)牽引鏈輪損壞原因分析

      進(jìn)口JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪常發(fā)生斷齒及分體損壞,其原因分析如下:

      3.1 采煤機(jī)牽引鏈輪斷齒原因分析

      1)牽引鏈輪本體存在嚴(yán)重缺陷。鏈輪本體鍛造工藝未控制好,鍛造時(shí)產(chǎn)生裂紋、折疊、折皺、白點(diǎn)等異常情況,使得鏈輪本體存在缺陷;當(dāng)鏈輪承載超限時(shí),鏈輪本體缺陷處易產(chǎn)生應(yīng)力集中發(fā)生應(yīng)力裂紋,過(guò)而使得牽引鏈輪斷齒。

      2)齒根部存在應(yīng)力集中及齒輪芯部硬度過(guò)低。齒輪加工時(shí),當(dāng)齒根部及齒廓圓角過(guò)渡較小時(shí)存在應(yīng)力集中,這樣齒根圓角的地方就一定會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間使用產(chǎn)生裂紋,進(jìn)而導(dǎo)致輪齒斷裂;牽引鏈輪進(jìn)行調(diào)質(zhì)工藝時(shí)管控不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致齒輪芯部硬度過(guò)低,當(dāng)載荷過(guò)大會(huì)導(dǎo)致輪齒產(chǎn)生裂紋斷裂。

      3.2 采煤機(jī)牽引鏈輪分體原因分析

      1)牽引鏈輪軸向預(yù)緊力不足。JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪為螺栓軸向固定承受軸向力,當(dāng)承受的軸向力較大導(dǎo)致?tīng)恳溳嗇S向預(yù)緊力不足時(shí),固定螺栓會(huì)發(fā)生變形和斷裂,從而鏈輪分體。

      2)采煤機(jī)牽引鏈輪外部軸向力因素導(dǎo)致鏈輪分體。主要有:采煤機(jī)采用斜切進(jìn)刀工況下,鏈輪可產(chǎn)生較大軸向力;采煤機(jī)支撐滑靴、導(dǎo)向滑靴嚴(yán)重磨損,牽引鏈輪與銷(xiāo)排側(cè)面干涉,鏈輪可產(chǎn)生較大軸向力;遇到?jīng)_刷、斷層等構(gòu)造,該工況下采煤機(jī)作業(yè)鏈輪可產(chǎn)生較大軸向力[4]。

      3)內(nèi)部軸向力因素導(dǎo)致鏈輪分體。JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪采用2 盤(pán)圓錐滾子軸承,易產(chǎn)生較大軸向力;圓錐滾子軸承在安裝時(shí)需調(diào)整工作游隙,工作游隙過(guò)大或過(guò)小都會(huì)直接影響軸承使用壽命。

      4 采煤機(jī)整體式牽引鏈輪的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

      通過(guò)對(duì)JOY 7LS6C 型采煤機(jī)鏈輪結(jié)構(gòu)及分體原因分析基礎(chǔ)上,對(duì)采煤機(jī)鏈輪進(jìn)行全面設(shè)計(jì)改進(jìn),開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種采煤機(jī)整體式牽引鏈輪[5]。

      4.1 采煤機(jī)整體式牽引鏈輪開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案

      1)改變?cè)溳喐X輪與齒軌輪分體式設(shè)計(jì),根齒輪與齒軌輪采用過(guò)盈配合安裝,根齒輪和齒軌輪止口接觸面焊接,保證鏈輪整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

      2)采煤鏈輪軸承由圓錐滾子軸承改為調(diào)心滾子軸承,徹底解決內(nèi)在軸向力問(wèn)題。

      3)為國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)解決采煤機(jī)鏈輪分體提供技術(shù)方案。

      4.2 采煤機(jī)整體式牽引鏈輪開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

      結(jié)構(gòu)方面:將原采煤機(jī)鏈輪根齒輪和齒軌輪使用的連接螺栓固定結(jié)構(gòu)改為過(guò)盈安裝加焊接結(jié)構(gòu),通過(guò)過(guò)盈內(nèi)應(yīng)力和焊接固定保證鏈輪整體強(qiáng)度,從結(jié)構(gòu)上避免鏈輪分體情況。改進(jìn)設(shè)計(jì)后的牽引連接方式如圖2 所示。

      圖2 改進(jìn)后的牽引連接方式

      材質(zhì)方面:鏈輪采用18C2N4W 材質(zhì),提高了鏈輪的整體強(qiáng)度、滲碳深度和表面硬度,提高了鏈輪的可靠性。

      4.3 采煤機(jī)整體式牽引鏈輪開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工藝流程

      采煤機(jī)整體式鏈輪根齒輪需加熱,齒軌輪需冷凍進(jìn)行裝配,焊接采用焊前預(yù)熱、焊后保溫處理,去除焊接應(yīng)力。在各零配件尺寸檢測(cè)合格的條件下裝配,保證鏈輪合理過(guò)盈量,通過(guò)根齒輪與齒軌輪過(guò)盈產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及焊接力滿足鏈輪正常使用所需的扭矩傳遞。

      5 實(shí)踐應(yīng)用效果及效益分析

      5.1 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

      采煤機(jī)整體式牽引鏈輪完成開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及制造后,于2022 年5 月在永紅煤礦3507 綜采工作面JOY 7LS6C 型采煤機(jī)上進(jìn)行了安裝調(diào)試,并投入實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中。從2022 年5 月至今,采煤機(jī)及牽引鏈輪整體運(yùn)行穩(wěn)定,牽引鏈輪斷齒、分體等異常損壞情況未出現(xiàn),對(duì)于煤層較硬、割巖割矸沖擊載荷較大的3507 綜采工作面及采煤機(jī)鏈輪承受較大軸向力時(shí)采煤機(jī)整體牽引鏈輪均可正常工作,使用效果理想。

      采煤機(jī)整體式牽引鏈輪應(yīng)用前后主要涉及指標(biāo)對(duì)比分析:整體式牽引鏈輪使用前相關(guān)指標(biāo)值,原采煤機(jī)鏈輪分體概率約10%,大大影響了綜采工作面高效回采工作;整體式牽引鏈輪使用后相關(guān)指標(biāo)值,整體式鏈輪連接可靠,解決了鏈輪分體問(wèn)題,鏈輪使用壽命提高30%。

      先進(jìn)性及創(chuàng)新性分析:采煤機(jī)整體式鏈輪是一種全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式,通過(guò)對(duì)原采煤機(jī)鏈輪結(jié)構(gòu)分析,具體創(chuàng)新如下:改變?cè)溳喐X輪與齒軌輪分體式設(shè)計(jì),根齒輪與齒軌輪采用過(guò)盈配合安裝,根齒輪和齒軌輪止口接觸面焊接,保證鏈輪整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;采煤機(jī)鏈輪軸承由圓錐滾子軸承改為調(diào)心滾子軸承,徹底解決內(nèi)在軸向力問(wèn)題。

      5.2 效益分析

      原進(jìn)口JOY 7LS6C 型采煤機(jī)牽引鏈輪采購(gòu)價(jià)格為34.7 萬(wàn)元,每次鏈輪分體需更換新鏈輪。而設(shè)計(jì)的采煤機(jī)整體式牽引鏈輪價(jià)格為12.4 萬(wàn)元,每臺(tái)JOY 7LS6C 型采煤機(jī)一個(gè)大修周期平均使用12 件鏈輪,鏈輪分體占比約10%,采用采煤機(jī)整體式牽引鏈輪,1臺(tái)采煤機(jī)可節(jié)約費(fèi)用22.3 萬(wàn)元。按照公司在用JOY 7LS6C 型采煤機(jī)12 臺(tái)計(jì)算,整體式牽引鏈輪可節(jié)約267.6 萬(wàn)元。

      另外,采用采煤機(jī)整體式牽引鏈輪可降低采煤機(jī)的故障頻次,提高生產(chǎn)效率,降低企業(yè)生產(chǎn)成本、維修成本,為企業(yè)安全高效生產(chǎn)提供保障。

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