浅谈易维护全直齿采煤机摇臂的应用

    张海滨

    摘要：本文根据易维护直齿摇臂在大柳塔煤矿7米大采高综采工作面的使用情况，详细介绍了该摇臂的结构及使用情况，并对该摇臂现存在问题提出改进建议，为以后易维护直齿摇臂的应用及推广积累经验。

    关键词：易维护；全直齿；摇臂；7米大采高

    1 引言：7米大采高工作面作业环境恶劣，对采煤机可靠性要求较为苛刻。进口采煤机摇臂内部结构复杂，行星头容易损坏，维护困难且不易更换。为了提高采煤机摇臂的可靠性，神华集团与中传重型装备有限公司联合研发了易维护全直齿摇臂，不仅制造简单，而且减少了齿轮传动时的轴向力，增强了传动机构的可靠性，同时提高了摇臂的使用效率以及降低检修维护工的劳动强度，属世界煤炭技术装备的首创。

    该摇臂采用五级全直齿传动，结构简单，运行稳定，且在使用过程中只需要进行对润滑油的定期更换、取样化验等基础性维护，预期实现齿轮、轴承和密封的免维护。

    2 易维护直齿摇臂的意义

    神东公司7米大采高综采工作面之前使用的进口采煤机摇臂内部结构复杂，使用过程中行星头齿轮易损坏，甚至内部其它传动齿轮因此而全部打碎，维修时不得不将齿轮全部更换，加之齿轮更换困难，造成维护成本明显增高。与之前的进口摇臂相比，该台大采高易维护全直齿摇臂全部采用直齿传动，其结构简单易维护，运行过程中只需要进行齿轮油的定期更换、取样化验等基础性维护，预期实现齿轮、轴承，密封的免维护。同时，该摇臂首次采用五级全直齿传动，降低了轴向力影响，提高了传动机构的可靠性。该摇臂的设计理念是7米大采高双滚筒采煤机摇臂技术创新的典范。

    3 易维护全直齿摇臂的结构

    3.1设计方案。采用全直齿传动替代行星传动，解决摇臂维护困难的问题。技术路线：技术调研；制定设计方案；技术方案评审；技术设计；技术设计评审；工艺设计；关键工艺攻关；生产制造；厂内试验；工业性试验；技术改进；组织鉴定。工作面配套可行性研究：结合对现有中厚煤层综采工作面设备配套研究，确定摇臂可行的结构尺寸，解决满足割煤断面配套、采煤机平衡支撑、割端头三角煤、采煤机不存在与其它设备的干涉以及不同地质条件下的摇臂设计。

    3.2模拟分析及壳体设计。首先对直齿摇臂进行虚拟样机建模，其中对于关键零部件需进行设计或者结构的改进，通过该过程，最后得到全直齿摇臂的虚拟样机。其次，对于齿轮组件，需进行结构改进设计，并且对于齿轮的啮合，通过ADAMS对其进行刚体动力学分析，得到齒轮的啮合过程动画，并且得到齿轮啮合时齿轮之间的受力随着时间的变化曲线。最后对摇臂进行受力分析，得到摇臂的受力云图，以此完成摇臂的整个受力分析过程，为后面摇臂组件的改进提供理论依据。通过以上可行性分析论证及改进，建立采煤机摇臂机械系统动态仿真模型，发现采煤机摇臂薄弱部位，为采煤机摇臂优化设计提供理论依据，并在设计阶段采取措施低成本地获得最优方案在施工中实施。最终，此摇臂壳体采用焊接和铸造相结合的方式制成，其中容装截割电机部分和输出端采用铸造件，其它部分采用Q550和Q690高强度钢板焊接而成。该摇臂外形尺寸为5040X2600X1700，比进口的艾柯夫摇臂长300mm；重量为23吨，比进口摇臂中5.5吨。

    3.3摇臂的轴承和齿轮

    3.3.1摇臂的轴承。鉴于原进口摇臂的轴承及齿轮受到冲击载荷或长期运行等工况时，易造成轴承及齿轮损坏，大大降低了摇臂的使用效率，经初步统计类似问题占煤机摇臂故障的95%，且损坏后，维修工作十分困难，维修成本极高。故在保证该摇臂正常使用的前提下，其轴承尺寸比原进口摇臂安装的轴承在不同程度上有所增加（内径、外径、厚度），承受的载荷也大大提高，增加了摇臂的寿命，该摇臂的13个轴承均采用斯凯孚（SKF）进口轴承。以最小轴承为例，原进口摇臂中最小轴承为NJ226EC3M，其尺寸为110X200X38。而此摇臂中最小的轴承为斯凯孚生产的型号为NJ2222ECML的G2，尺寸为110X200X53，比进口摇臂中的轴承在厚度上大15mm。

    3.3.2摇臂的齿轮。该摇臂取消行星齿轮传动，采用全直齿传动，同时由原来的7级传动变成现在的5级传动。这样不仅提高了齿轮传动的可靠性，同时也大大增加了摇臂的抗冲击载荷能力。该摇臂中的齿轮是由南京高精传动设备制造集团生产的，齿轮采用18Cr2Ni4WA高强度优质钢制造而成。另外，该摇臂均匀的安装有4个过载剪切销，这样可以满足三倍的过载要求，进一步增强了摇臂的抗冲击载荷能力。

    4 存在问题及解决方案建议

    该摇臂试用过程中，存在很多问题影响安全生产，存在问题及处理建议如下：1、建议取消强制润滑泵冷却器，恢复内置夹层冷却器。强制润滑泵冷却器比较单薄，接头较多，在摇臂振动大，水压高的现状下适用性差，增加故障率。2、建议放油孔位置该为下方，放油堵头改为磁性的，现堵头内置，无法对腔体进行清洗。3、方头内腔加油孔与放油孔，应改为上下。并加大孔径，油堵设置为内置的，并增设排气阀。4、顶丝孔径太小，顶丝堵头很难拆卸，端盖用顶丝难顶出，建议各个端盖减重，适当增大顶丝孔。5、一轴内孔径小、并有一个小堵盖。若堵盖O型圈密封损坏，端盖比较厚，无法在外部更换，必须放油拆卸端盖更换。建议一轴端盖改为两层，以减轻重量；并将一轴内孔径扩大，让扭矩轴从煤壁侧取出；以上各个齿轮轴可以同样做，达到减重目的。6、内置冷却器为铜制产品，建议改为钢制，并在内部增加支撑点。摇臂内部空间较大，可以填充隔层，减少加油量。7、摇臂铰接孔衬套为钢制的，对销轴磨损比较严重，建议改为铜制的。8、建议注油孔改到摇臂耳座支架侧。9、截割电机护罩显笨重，固定螺丝小，破碎机装上后无法拆卸护罩，固定螺丝经常断裂。建议给护罩瘦身。10、七轴端盖向外突出，煤机割顶煤时摇臂经常与支架顶梁剐蹭。照成端盖边缘变形，无法拆卸。建议七轴端盖改为平式的，不要外突。

    结语：采煤机易维护全直齿摇臂首次采用五级直齿减速传动，结构简单，制造成本低，易维护，全部齿轮、轴承、密封可在井下现场更换，消除了进口采煤机摇臂故障多，维修成本高，备件周期长，影响生产时间长的弊端。采煤机直齿摇臂已经在大柳塔煤矿综采工作面成功试用，累计过煤量980万吨，无较大故障，经济效益显著。