WJ—2型地下鏟運機中央鉸接部分結構改進

牟少良

摘 要：WJ-2型鏟運機是目前國內礦山掘進裝載工作中使用最普遍的一種機型，在實際使用過程中經常出現故障。文章在論述地下鏟運機中央鉸接點結構型式、對各鉸接結構進行比較分析的基礎上對WJ-2型鏟運機中央鉸接結構進行了結構改進。

關鍵詞：WJ-2地下鏟運機；中央鉸接；結構改進

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0048-02

地下鏟運機因其使用場所限制，要求其具有轉向半徑小，移動靈活等特點。因此地下鏟運機多采用前后機架中央鉸接結構型式。該結構相比地下傳統車型的非轉向剛性車架轉彎半徑小，前后機架便于制造和拆裝。對于礦井口尺寸達不到鏟運機尺寸或罐籠等井下提升設備尺寸不滿足鏟運機整體尺寸，鏟運無法投放下井使用的情況下，因其使用的中央鉸接結構可以將鏟運機前后機架拆解兩半后進行運輸下井，然后在井下對前后機架再進行快速鉸接組裝。改結構大大減少因前期構建過程中井口小或提升設備小對井下用鏟運機型號大小的限制，并提高再組裝的工作效率。該結構轉彎半徑小的特點也特別適合于井下狹窄場地的作業條件。

WJ-2地下鏟運機一種斗容為2m2的內燃鏟運機，在中小型礦山采掘運輸過程中普通使用，是鏟運機的主力機型。該機型是我國80年代在引進消化吸收美國Wagner技術的基礎上自行研制的一種機型。在長期的井下使用過程中，發現該機型中央鉸接結構極易出現螺栓松脫、鉸接體開裂，軸承損壞等失效問題。

中央鉸接部位使地下鏟運機的一個關鍵部位。在實際使用過程中，井下使用惡劣環境。地面凹凸不平的石塊路，導致車架鉸接處不僅承受很大的軸向力，而且還承受很大的徑向剪切應力和很大的扭矩；井下潮濕高溫的環境導致車架鉸接極易出現故障。

1 鏟運機鉸接結構常見類型及分析

地下鏟運機中央結構型式主要有單臂種形式：單臂鉸接形式、雙臂鉸接形式。其中雙臂鉸接形式又分為銷套式、球鉸式和圓錐式。

1.1 單臂鉸接式

圖1是單臂鉸接結構圖。單臂鉸接結構形式鏟運機前后機架采用單臂鉸接。銷軸通過1圓形螺母鎖緊，防止上下竄動。鎖止螺母的作用是把銷軸和螺母連為一體，使螺母和銷軸同時轉動，防止螺母松動。鉸接結構上下間隙通過調整墊圈進行調節。改結構因為采用單臂連接，減少了上下兩臂同軸度加工進度就該結構的影響，使用壽命較長。該結構受限于上下方向尺寸，多用于斗容1m3以下的小型鏟運機。該結構簡單，易于加工，耐使用；出現的失效形式多為后機架上下板前后方向出現橢圓式磨損。

1.2 雙臂鉸接式

雙臂式鉸接結構簡便來說就是在上下結構中采用兩套單臂鉸接形式，該結構適用于斗容2m3以上鏟運機使用。改結構增加了上下結構鉸接尺寸，改善了單臂鉸接結構的鉸接受力情況。但是該種結構因采用兩套單臂式結構，對兩套單臂結構間同軸度要求較高，加工精度要求高，加工成本高。雙臂式鉸接結構上下兩個單臂式鉸接一般結構相同，零部件便于共用和互換，經濟性高。

1.2.1 關節軸承式。關節式是目前常用的一種鉸接形式，我公司WJ-2型地下鏟運機即采用該種結構。圖2中銷軸通過上蓋12銑出的長形孔鎖定，使用時不能和車架相互轉動。上下方向通過關節軸承6和上蓋12定位，使銷軸不上下竄動。該機構上下間隙通過調整擋圈8調整。前機架上裝有球鉸軸承，關節軸承的調心作用，改善了銷軸的受力情況，同時降低了對加工時同軸度的影響，便于加工和裝配。軸承的上下裝有油封，既避免了注入的潤滑油脂流出，又避免外界泥沙侵入關節軸承，避免了關節軸承的磨損，增加了使用壽命。

1.2.2 銷套式。圖3為銷套式結構圖，前后機架通過銷軸直接連接，上下通過鎖板定位。后車架在前車架鉸接部位中上下尺寸通過前車架上下鉸接板控制。該結構缺點是前車架上下鉸接板上下間隙尺寸加工精度要求高，裝配時前車架不易進入后車架鉸接部位，裝配困難。另外在長時間使用后易出現銷軸套磨損，導致銷軸和銷軸套的粘連，出現轉向困難或產生異響的故障。

1.2.3 圓錐軸承式。圖4是圓錐滾子軸承式結構圖，該結構將關節軸承換成了圓錐滾子軸承。銷軸通過軸承外圈和上壓蓋1進行上下定位。上壓蓋1和銷軸用4和后機架的上鉸接板連接，此結構既使銷軸壓緊軸承內圈，又可以保證銷軸和后機架連接為一體，不發生相互轉動。圓錐軸承外圈通過軸承上壓蓋4和軸承下壓蓋6連接在后機架上，上下軸承壓蓋通過螺栓連接，這樣可保證軸承外圈和后機架組成一個剛體，減少加工誤差導致的軸承外圈非預期轉動，軸承壽命得到提高。通過調整墊片2的厚度調整上壓蓋1和后機架上鉸接板的間隙從而調整前機架與后機架鉸接相對位置。密封圈3分上下兩個，可以防止灰塵，顆粒等雜物進入軸承，同時把鋰脂潤滑油儲存在兩個密封圈組成的密閉空間內，保證軸承的潤滑，改善了軸承的工作環境，增加軸承的壽命。

2 WJ-2鏟運機鉸接部位出現故障分析及改進

我公司的WJ-2鏟運機采用圖2的關節軸承式鉸接結構。在實際生成過程中由于加工誤差的影響，導致前機架整體在后車架上下竄動，因此設計調整擋圈8調整前機架在鉸接中間的位置。但是由于關節軸承內圈尺寸的限制，設計的調整擋圈徑向厚度尺寸不能超過3mm。經過多年的井下現場環境的實驗，由于井下復雜惡劣的使用環境，鉸接部位不但承受徑向力，還經受軸向力的擠壓和彎矩等復合力的影響，小小的調整擋圈顯然經受不住如此剪切擠壓復合力的影響，往往出現磨損快、擠壓碎裂等故障。當井下鏟運機的使用人員沒有及時發現該部件損壞而繼續使用設備，失去調整擋圈支撐定位的軸承內圈在只在上部銷軸單向力的作用下很快就會與軸承外圈錯位失效，軸承失效就會導致鉸接體變形、碎裂等惡性故障的發生。該故障頻繁的發生降低了設備的工作效率，影響了客戶的效益。針對上述缺陷，綜合分析了上述幾種鏟運機的鉸接結構，最終采用了圓錐式鉸接結構。改進后的結構如圖4。（1）將關節軸承型式改為雙排圓錐滾子軸承型式。原關節軸承可承受徑向載荷任意方向較小的軸向載荷，而雙排圓錐滾子軸承能夠承受較重的復合（徑向與軸向）載荷，剛性強，能適應復雜的復合載荷，在鏟運機鉸接部位中采用雙列圓錐滾子軸承明顯優于關節軸承，使用后故障少。（2）將調整擋圈改為調節墊片，通過墊片的厚度調整鉸接間隙。因為墊片的接觸面積明先大于調整擋圈，徑軸比（徑向尺寸與軸向尺寸比值）大于調整擋圈，單位面積上收到的壓力小于調整擋圈，很難出現磨損情況，更不會有擠壓碎裂情況的發生。（3）縮小雙懸臂中單懸臂的軸向尺寸，去掉了后機架下鉸接板的內套，用銷軸直接和下鉸接板配合，縮短了銷軸的長度，這種情況下銷軸所受彎矩力改善，減少了復合力，減少了斷裂的可能情況的發生。另外縮短單懸臂的軸向尺寸，這樣相當于把兩個合頁式的圓柱鉸接簡化為球鉸接，減少了因加工時同軸度誤差對鉸接結構的影響，使鉸接結構工作更加可靠，壽命更長。

3 結束語

經過改進后的鏟運機鉸接部位由原來的2400小時故障到現在設備須大修時不出現故障。改進后在玲瓏金礦等幾大集團內礦山中使用后，無一出現故障，深受用戶的好評。改進后的結構使用可靠，通用性強；該結構改進的成功為后續鏟運機鉸接結構的設計指出了一條道路，而且該結構不僅適用于地下鏟運機前后車架部位的鉸接，同時適用與其他類型的工程機械。

參考文獻：

[1]高夢雄.地下裝載機結構設計與應用[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[2]張棟林.地下鏟運機[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[3]杜杏，王志偉.裝載機前后車架鉸接失效分析[J].建筑機械，2015，3；95-96.