采煤機搖臂行星減速器密封結構的優化

李建光

（山西寧武榆樹坡煤業有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

采煤機是煤礦機械化生產的重要設備，主要功能是割煤和裝煤。采煤機包括截割部、電動機、行走機構、牽引部、電氣控制系統和輔助裝置等[1]。其中，截割部包括固定減速箱、搖臂和滾筒。截割部是采煤機的核心部件之一，依靠截割部采煤機才能完成斜切進刀開機窩、一次采全高、落煤和裝煤等作業。相對于采煤機的其余部件，截割部的工作環境最為惡劣，因此對其設計要求更為嚴格。

搖臂行星減速機構是滾筒調高的部件，同時還是截割部的減速箱。搖臂行星減速機構一般是兩級行星減速設計。通過螺栓聯接第二級行星減速器的行星架、法蘭和滾筒，利用螺栓將密封蓋和軸承杯同內齒圈聯接。目前，采煤機采用浮動油封實現行星架與軸承杯的密封。某礦2806綜采工作面采用的是MG300/700-WDK型采煤機。該工作面的煤層厚度為 1.70～3.40 m，平均厚度為 2.50 m，傾角為 1°～3°，平均為2°，富存穩定屬于近水平煤層。在使用過程中，MG300/700-WDK型采煤機時常出現搖臂行星減速器浮動油封破損漏油等故障，導致行星輪打齒、軸承磨損加速等。因此，亟待對采煤機搖臂行星減速機構進行優化，以提高采煤機的可靠性，降低其維護費用，提高煤礦的經濟效益。

1 行星減速器的結構

MG300/700-WDK型采煤機的搖臂行星減速器是傳動的最后一級減速裝置。相較于其他型號的截割行星減速器，該減速器多一個行星輪，其內含有四個行星輪，并且還包括一個浮動的太陽輪。因此，該減速器的制造、安裝要求更高。若安裝不合要求，極易導致其無法均載。行星架與行星輪可以進行通過軸承獨立成套安裝。通過NU1044軸承和3003156軸承支撐行星架。在進行安裝時，依靠端蓋對軸承間隙進行調整，保證軸承端面間距為0.1～0.3 mm。依靠法蘭端蓋聯接行星減速器的輸出端和滾筒。如圖1所示，為浮動油封結構示意圖。在法蘭端蓋與30031256軸承之間設有密封端蓋以避免在該處出現漏油，同時在其外部設有單溝迷宮槽避免煤塵進入其中。

圖1 浮動油封結構示意圖

2 故障及后果分析

2.1 故障分析

2.1.1 油封承受徑向荷載破損

2806回采工作面的地質情況復雜，含有較多斷層，當采煤機進行割煤作業時，常會切割到矸石，搖臂產生行星減速器的行星架兩端的軸承會受力。其中，3003156軸承會受到軸向力和徑向力的共同作用，而NU1044軸承只能承受徑向荷載，無法承受軸向作用力。隨著采煤機使用時間的增長，3003156軸承的游隙就會增大，同時法蘭端和軸承之間的間隙也會增大，導致行星減速器上的法蘭沿軸向對浮動油封施加荷載。當荷載超過浮動油封的承載極限時，浮動油封就會出現破損。在超出承載極限較少時，“O”形圈會出現破損，導致行星減速器出現漏油。因此，選用的“O”形圈應具有更高的抗剪切破壞能力。當超出承載極限較多時，浮動油封中的浮動鋼圈也會出現斷裂，導致大量漏油。

2.1.2 油封安裝偏斜，摩擦破損

在進行安裝油封時，要求唇口和軸頸之間緊密聯接，保證其完全貼合。若由于安裝精度不足極易出現油封安裝偏斜，導致油封的唇口與軸頸及連接桿由垂直變為不垂直。在采煤機搖臂轉動時，在骨架的牽引作用下，唇口會出現變形，部分區域就會沒有貼合而出現空隙導致漏油。

2.1.3 密封材料不合格

進行密封安裝時，密封力會隨著密封空間的縮小而增大，在此過程中，潤滑液油膜會出現損壞。而且在采煤機工作過程中油封內的溫度會逐漸升高，使得密封效果變差。主要原因是在溫度過高的條件下橡膠圈容易出現彈性變形，氧化加速。并且浮環在選材時未考慮耐磨性能，在使用過程中會由于摩擦而出現磨損，導致出現縫隙而漏油。

2.2 后果分析

當發現行星減速器漏油后，應立刻對破損的油封進行更換，并對軸承的端面間隙進行調整。由于3003156軸承與NU1044軸承的安裝位置為行星輪架的兩端，一旦3003156軸承的游隙過大，就會導致行星輪架向NU1044軸承所處方向竄動。而NU1044軸承在設計時只考慮徑向承載，無法承受軸向荷載。一旦軸向荷載過大極易出現損壞。在NU1044軸承失效后，整個行星輪架就會出現偏移，并發生故障。如3003156軸承破壞失效、行星輪之間打牙斷裂、齒圈齒咬斷、太陽輪輪齒擠壓破損和行星輪架損壞等。出現上述故障，不僅增加維修費用，還會導致開機率降低，不利于綜采工作面實現高效安全生產。

3 機構優化

MG300/700-WDK型采煤機搖臂行星減速器浮動油封的造價超過3700元，每次更換需要耗費大量的時間和成本，因此需對其進行改進。針對采煤機搖臂行星減速器存在的問題，可從如下方面進行優化改進：

1）選用帶凹槽的浮環。浮動油封采用帶有凹槽的浮環可以使在采煤機搖臂運動時，橡膠環和浮環之間不產生相對滑動[2]。不出現滑動就不會出現橡膠圈摩擦破損，從而保證橡膠圈處于密封狀態避免漏油[3]。同時采用的橡膠圈應為矩形，因為矩形橡膠圈相較于圓柱形橡膠圈可以提供更大的補償量，有利于延長浮動油封的使用壽命。

2）增設浮動油封盤。浮動油封若安裝偏斜會加速浮動油封的磨損而出現漏油，因此在進行安裝時增加一個浮動油封盤。即生產廠家在出廠時就將浮動油封安裝在可移動的浮動油封盤上。當需要在井下安裝時，將已裝有浮動油封的圓盤對應的安裝在方形套和搖臂殼體上。通過此種設計可以避免在安裝時出現偏斜的問題。

3）其他改進。在保證與行星減速器輸出端聯接的法蘭端蓋其他結構尺寸不變的前提下，將法蘭端蓋原有的浮動密封區位改成雙骨架油封區位，同時將單溝迷宮槽增加為雙溝迷宮槽已保證防塵效果；對法蘭端蓋與3003156軸承之間的密封端蓋進行調整，保證其能與優化后的法蘭端蓋相匹配。

同時還應加強對搖臂的檢修力度，避免漏油導致的其他事故。尤其是保證3003156軸承的游隙在0.17～0.26 mm內。軸承壓蓋和軸承之間的間隙在0.05～0.25 mm內。

4 現場應用

某礦于2015年9月將經過改進的MG300/700-WDK型采煤機搖臂行星減速機構投入綜掘工作面生產使用，經過為期半年的工業試驗，現場驗證有效降低了采煤機搖臂行星減速器密封結構的檢修費用，如表1所示。由表1可知，經過改進，每臺采煤機每月可以節省在搖臂行星減速器密封結構方面的檢修費用達2.3萬元。

表1 MG300/700-WDK型采煤機搖臂行星減速器密封結構改進前后檢修費用對比表

5 結論

通過選用帶凹槽的浮環、增設浮動油封盤和改進迷宮溝槽等措施對采煤機搖臂行星減速器密封結構進行優化改進，并提高檢修要求，經現場應用表明此改進可以在提高采煤機搖臂行星減速器密封結構可靠性的同時，每月節約檢修費超過2.3萬元，從根本上解決了采煤機搖臂行星減速器漏油的問題，提高了采煤機的開機率，為煤礦企業的生產效率和經濟效益的提高提供了保障。