淺談易維護全直齒采煤機搖臂的應用

張海濱

摘要：本文根據易維護直齒搖臂在大柳塔煤礦7米大采高綜采工作面的使用情況，詳細介紹了該搖臂的結構及使用情況，并對該搖臂現存在問題提出改進建議，為以后易維護直齒搖臂的應用及推廣積累經驗。

關鍵詞：易維護；全直齒；搖臂；7米大采高

1 引言：7米大采高工作面作業環境惡劣，對采煤機可靠性要求較為苛刻。進口采煤機搖臂內部結構復雜，行星頭容易損壞，維護困難且不易更換。為了提高采煤機搖臂的可靠性，神華集團與中傳重型裝備有限公司聯合研發了易維護全直齒搖臂，不僅制造簡單，而且減少了齒輪傳動時的軸向力，增強了傳動機構的可靠性，同時提高了搖臂的使用效率以及降低檢修維護工的勞動強度，屬世界煤炭技術裝備的首創。

該搖臂采用五級全直齒傳動，結構簡單，運行穩定，且在使用過程中只需要進行對潤滑油的定期更換、取樣化驗等基礎性維護，預期實現齒輪、軸承和密封的免維護。

2 易維護直齒搖臂的意義

神東公司7米大采高綜采工作面之前使用的進口采煤機搖臂內部結構復雜，使用過程中行星頭齒輪易損壞，甚至內部其它傳動齒輪因此而全部打碎，維修時不得不將齒輪全部更換，加之齒輪更換困難，造成維護成本明顯增高。與之前的進口搖臂相比，該臺大采高易維護全直齒搖臂全部采用直齒傳動，其結構簡單易維護，運行過程中只需要進行齒輪油的定期更換、取樣化驗等基礎性維護，預期實現齒輪、軸承，密封的免維護。同時，該搖臂首次采用五級全直齒傳動，降低了軸向力影響，提高了傳動機構的可靠性。該搖臂的設計理念是7米大采高雙滾筒采煤機搖臂技術創新的典范。

3 易維護全直齒搖臂的結構

3.1設計方案。采用全直齒傳動替代行星傳動，解決搖臂維護困難的問題。技術路線：技術調研；制定設計方案；技術方案評審；技術設計；技術設計評審；工藝設計；關鍵工藝攻關；生產制造；廠內試驗；工業性試驗；技術改進；組織鑒定。工作面配套可行性研究：結合對現有中厚煤層綜采工作面設備配套研究，確定搖臂可行的結構尺寸，解決滿足割煤斷面配套、采煤機平衡支撐、割端頭三角煤、采煤機不存在與其它設備的干涉以及不同地質條件下的搖臂設計。

3.2模擬分析及殼體設計。首先對直齒搖臂進行虛擬樣機建模，其中對于關鍵零部件需進行設計或者結構的改進，通過該過程，最后得到全直齒搖臂的虛擬樣機。其次，對于齒輪組件，需進行結構改進設計，并且對于齒輪的嚙合，通過ADAMS對其進行剛體動力學分析，得到齒輪的嚙合過程動畫，并且得到齒輪嚙合時齒輪之間的受力隨著時間的變化曲線。最后對搖臂進行受力分析，得到搖臂的受力云圖，以此完成搖臂的整個受力分析過程，為后面搖臂組件的改進提供理論依據。通過以上可行性分析論證及改進，建立采煤機搖臂機械系統動態仿真模型，發現采煤機搖臂薄弱部位，為采煤機搖臂優化設計提供理論依據，并在設計階段采取措施低成本地獲得最優方案在施工中實施。最終，此搖臂殼體采用焊接和鑄造相結合的方式制成，其中容裝截割電機部分和輸出端采用鑄造件，其它部分采用Q550和Q690高強度鋼板焊接而成。該搖臂外形尺寸為5040X2600X1700，比進口的艾柯夫搖臂長300mm；重量為23噸，比進口搖臂中5.5噸。

3.3搖臂的軸承和齒輪

3.3.1搖臂的軸承。鑒于原進口搖臂的軸承及齒輪受到沖擊載荷或長期運行等工況時，易造成軸承及齒輪損壞，大大降低了搖臂的使用效率，經初步統計類似問題占煤機搖臂故障的95%，且損壞后，維修工作十分困難，維修成本極高。故在保證該搖臂正常使用的前提下，其軸承尺寸比原進口搖臂安裝的軸承在不同程度上有所增加（內徑、外徑、厚度），承受的載荷也大大提高，增加了搖臂的壽命，該搖臂的13個軸承均采用斯凱孚（SKF）進口軸承。以最小軸承為例，原進口搖臂中最小軸承為NJ226EC3M，其尺寸為110X200X38。而此搖臂中最小的軸承為斯凱孚生產的型號為NJ2222ECML的G2，尺寸為110X200X53，比進口搖臂中的軸承在厚度上大15mm。

3.3.2搖臂的齒輪。該搖臂取消行星齒輪傳動，采用全直齒傳動，同時由原來的7級傳動變成現在的5級傳動。這樣不僅提高了齒輪傳動的可靠性，同時也大大增加了搖臂的抗沖擊載荷能力。該搖臂中的齒輪是由南京高精傳動設備制造集團生產的，齒輪采用18Cr2Ni4WA高強度優質鋼制造而成。另外，該搖臂均勻的安裝有4個過載剪切銷，這樣可以滿足三倍的過載要求，進一步增強了搖臂的抗沖擊載荷能力。

4 存在問題及解決方案建議

該搖臂試用過程中，存在很多問題影響安全生產，存在問題及處理建議如下：1、建議取消強制潤滑泵冷卻器，恢復內置夾層冷卻器。強制潤滑泵冷卻器比較單薄，接頭較多，在搖臂振動大，水壓高的現狀下適用性差，增加故障率。2、建議放油孔位置該為下方，放油堵頭改為磁性的，現堵頭內置，無法對腔體進行清洗。3、方頭內腔加油孔與放油孔，應改為上下。并加大孔徑，油堵設置為內置的，并增設排氣閥。4、頂絲孔徑太小，頂絲堵頭很難拆卸，端蓋用頂絲難頂出，建議各個端蓋減重，適當增大頂絲孔。5、一軸內孔徑小、并有一個小堵蓋。若堵蓋O型圈密封損壞，端蓋比較厚，無法在外部更換，必須放油拆卸端蓋更換。建議一軸端蓋改為兩層，以減輕重量；并將一軸內孔徑擴大，讓扭矩軸從煤壁側取出；以上各個齒輪軸可以同樣做，達到減重目的。6、內置冷卻器為銅制產品，建議改為鋼制，并在內部增加支撐點。搖臂內部空間較大，可以填充隔層，減少加油量。7、搖臂鉸接孔襯套為鋼制的，對銷軸磨損比較嚴重，建議改為銅制的。8、建議注油孔改到搖臂耳座支架側。9、截割電機護罩顯笨重，固定螺絲小，破碎機裝上后無法拆卸護罩，固定螺絲經常斷裂。建議給護罩瘦身。10、七軸端蓋向外突出，煤機割頂煤時搖臂經常與支架頂梁剮蹭。照成端蓋邊緣變形，無法拆卸。建議七軸端蓋改為平式的，不要外突。

結語：采煤機易維護全直齒搖臂首次采用五級直齒減速傳動，結構簡單，制造成本低，易維護，全部齒輪、軸承、密封可在井下現場更換，消除了進口采煤機搖臂故障多，維修成本高，備件周期長，影響生產時間長的弊端。采煤機直齒搖臂已經在大柳塔煤礦綜采工作面成功試用，累計過煤量980萬噸，無較大故障，經濟效益顯著。