巴潤礦WK—20型電鏟冬季故障高發原因及處理辦法

趙樹峰　朱雷濤　周志

摘要：WK-20電鏟是我公司引進的大型礦用機械正鏟式挖掘機。本文通過對WK-20電鏟氣控系統、潤滑系；統以及大型結構件等的分析與研究，我們確定高寒地區對設備使用的影響因素，并對這些影響因素采取了進一步的解決措施，保證了設備正常高效的使用。

關鍵詞：WK-20電鏟；故障；低溫冷脆；低溫氣控系統穩定性

低碳鋼在低溫下會發生突然的斷裂，鋼材的很多力學指標隨著溫度化而發生改變。尤其隨著溫度的降低，鋼結構發生脆性破壞時的名義應力非常低。隨著溫度的降低，鋼材的脆性增大，塑性降低，結構的性能也發生很大的變化。為了保證結構設計的安全，不僅要考慮結構在某個溫度下的狀態，更需要了解在某個溫度范圍結構力學性能的變化規律。

1.工作環境及設備簡介

巴潤礦業位于蒙古高原南部，屬內陸干燥氣候區。由于受西伯利亞、貝加爾湖和溫都爾汗等強冷空氣的影響，低溫少雨，干旱多風，溫差變化大。春旱風沙大，夏短雨集中，秋爽多日照，冬長天寒冷。冬季長達7個月之久，一月平均氣溫-16.2℃，極端最低氣溫-35.1℃。氣溫在20℃以上的夏季為29.4天。

巴潤礦業引進三臺太原重工WK-20型電鏟。WK-20B型電鏟推壓機構采用齒輪-齒條推壓方式。鏟斗采用鑄焊結構。斗體采用高強度鋼板盒鑄造高錳鋼斗唇焊接而成。斗桿采用雙梁、變截面和變板厚組合式高強度斗桿，推壓齒條采用高猛鋼鑄造齒條。起重臂采用單梁箱形焊接結構，根腳與回轉平臺采用大跨距銷軸聯接。推壓機構采用硬齒面圓柱齒輪傳動，并配有力矩限制裝置。雙腳支架前壓桿和后拉桿采用板梁焊接結構。繃繩裝置采用四根等長的死繃繩結構。回轉平臺采用箱形焊接結構。提升機構采用硬齒面圓柱齒輪傳動裝置，提升鋼絲繩采用單卷筒雙鋼繩纏繞方式。回轉機構采用立式同軸硬齒面圓柱齒輪傳動裝置，回轉立軸采用簡支梁支承結構。輥盤的輥子采用圓錐形結構。底座和履帶板架采用焊接結構。履帶板行走裝置采用多支點支承型式，驅動方式采用左、右履帶板單獨驅動。行走減速機采用硬齒面圓柱齒輪傳動。驅動輪、張緊輪、支重輪等采用合金鋼或高錳鋼鑄件或鍛件，履帶板采用高錳鋼鑄件 。

2.現狀調查

根據巴潤礦業公司三臺WK-20型電鏟2013年全年的故障次數統計結果，巴潤WK-20型電鏟冬季故障次數高于夏季故障次數。根據單體故障來看，巴潤礦業地處高寒地區，設備本體極端最低氣溫-40℃左右。嚴重影響了設備氣控系統、潤滑系統以及設備本體的正常運行。

3.氣控系統故障發生率高及改進措施

3.1氣控系統原理及故障主要表現

礦用挖掘機氣路系統由空氣壓縮機組、干燥機組、防凍器、各控制閥、管道等元件組成。分成上下兩路輸送。平臺上部氣路，輸送到潤滑室內氣動加脂（油）泵、提升和回轉制動盤、喇叭、推壓制動盤；下部氣路通過旋轉油氣接頭輸送到下部氣包，再次儲存保壓后送到行走制動器。故障主要表現：①氣體管路結冰。②電磁閥沒有電源或電磁閥結冰。③壓力繼電器信號返回PLC后不能保證抱閘打開。④抱閘故障。

3.2防止和消除氣控系統單體故障發生率較高的措施

（1）將車下減壓閥、電磁閥、氣體管路全部改造移至有加熱的潤滑室內，只布置一根氣管通往行程抱閘。

（2）將壓力繼電器安裝在行程抱閘快速排氣閥前。

（3）對原行程氣控系統加裝空氣干燥器。除去壓縮空氣中的水分，油污，防止管路繡蝕；防止氣動元件結冰，保護氣動閥、氣動泵、氣缸等元件，使氣路系統能正常地工作。

（4）對原行程氣控系統管路加裝加熱毯。

4.各部零件斷裂和大型結構件開裂增加及改進措施

4.1各部零件斷裂主要表現

（1）提升減速機一軸、二軸斷裂。

（2）行程末級減速機一軸斷裂。

（3）推壓減速機二軸斷裂。

（4）大型結構件焊口開裂。

4.2防止和消除鋼結構低溫冷脆現象的措施

在長期的工程實踐中，人們總結出一整套防止和消除鋼結構低溫冷脆現象的措施。這些措施是建立在大量理論試驗研究成果及工程經驗的基礎上，并涉及鋼結構設計制作加工安裝和運輸的各個階段。下面就選材、結構類型的選擇、降低應力集中法、制作加工和安裝工藝等主要方面進行討論。

4.2.1鋼材的選用

在選材上應考慮以下因素：構件的重要性、構件制作加工及安裝的溫度條件和工藝條件等。有時還取決于所采用鋼材的極限厚度以及構件的結構型式。

4.2.2結構型式的選擇

鋼結構構件結構型式的選擇應遵循以下原則：①盡量減小由結構型式和加工工藝引起的應力集中；②降低應力集中區由于焊接熱影響造成的局部塑性變形；對組合截面的構件應保證其截面的完整性；③盡量選用較薄的板材等。

4.2.3降低應力集中法

降低應力集中法也就是從提高抗低溫冷脆性能角度出發人為地調整構件的應力狀態。有利于降低應力集中結構型式的改變都能使其韌脆轉變溫度降低，即降低構件產生脆性裂紋的危險性。

4.2.4制作加工和安裝技術措施

有關制作加工和安裝工藝方面的技術措施是建立在以下原則基礎上的：①鋼材冷加工會引起冷變形，因此在加工過程中不允許使鋼材過分硬化和產生裂紋、擦痕等等缺陷；②對焊接構件盡量排除未焊實和其它的焊縫及被連接構件中的焊接缺陷；③在焊接過程中不允許在焊件中遺留較大的熱塑性變形及其殘余應力。

5.結束語

北方冬季天氣寒冷，嚴重影響大型設備的使用，而鋼鐵的低溫下的性質很大變化，脆性增加，因此會發生突然地脆性斷裂，這對實際的工程應用帶來很大的麻煩。從鋼材力學性能隨溫度的變化趨勢可以看出，對于防止脆性斷裂的設計，最危險的溫度范圍是在韌脆轉變溫度區間。在這個區間里，隨著溫度的變化，鋼材的一些韌性指標會發生急劇的變化。在實際設備設計過程中，應充分考慮溫度的影響。

參考文獻：

[1]WK-20型礦用機械正鏟式挖掘機產品說明書.太原重工股份有限公司，2009.

[2]陳積偉.工程材料；機械工業出版社，2006.

作者簡介：趙樹峰（1986.11—），男，漢族，內蒙古包頭人，機械助理工程師，現從事設備管理工作。