采煤機搖臂行星頭損壞原因分析及改進研究

郭曉明

（潞安集團常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

由于模塊采煤機的搖臂連續出現星頭迷宮槽嚴重磨損損壞、浮動油封損壞、大軸承質量不達標經常性損壞等故障。主要星頭若出現故障則可能導致煤礦采集受到嚴重影響，進而導致停產事故。對出現問題的星頭進行分析檢查，發現損壞的原因并對星頭進行了重新設計，避免了此類事故的發生。

1 造成搖臂行星頭損壞的原因

根據調查發現，行星頭出現損壞的地方主要是：位于蓋板上的迷宮槽嚴重磨損損壞，支撐搖臂的大軸承嚴重損壞，油封墊圈斷裂密封性受損，導致漏油。采煤機搖臂行星頭的結構如圖1 所示。

圖1 搖臂行星頭結構

從損壞的零件來看，導致零件出現損壞現象的主要原因是軸承稍大，端蓋無法將軸承覆蓋，而軸承之間的間隙過大，無法調整墊片與端蓋之間的安裝位置，進而使星頭的錐形軸承無法進行定位。在采煤機進行切割工作時，由于滾筒的旋轉會導致行星頭較大的反向切割力，同時也會對星頭產生一個很大的軸向力。安裝執行軸承時沒有進行定位，軸承杯與錐形軸承外側徑向的間隙過大，滾筒方榫產滾動產生的力傳導至行星架上，然后星架會在徑向上產生振動，星架的振動也進而導致了方樺的共振，并且兩個零件會繞著軸承轉動，而安裝在軸承杯上的端蓋無法振動，進而導致星架上的迷宮槽全面接觸磨損，進而導致損壞。而大幅度的振動擺動旋轉造成浮動油墊片斷裂，無法保障密封性，斷裂的碎片也能導致軸承的損壞。從上述情況分析得知，軸承縮在軸承杯下，而調整軸承于墊片之間的距離無法解決問題，造成行星頭損壞。因此需要對行星頭的尺寸進行計算[1]。

1.1 從殼體核算軸向尺寸鏈

安裝在采煤機搖臂殼體的軸承Ⅰ底部的大端面軸向尺寸為145 mm，上下偏差分別為0.1 mm 與0。相應的安裝在下面的大端面到內齒圈的距離為28 mm，上下偏差分別為0 與-0.1 mm。經過公式計算可以分別計算出I 底部到內圈齒數的最大距離與最小距離分別為117.2 mm（145+0.1-28+0.1=117.2 mm）,117 mm（148-28=117 mm）,內圈齒數軸向長度為195 mm，相應的上下偏差分別+0.072 mm 與0。

軸承杯的內圈軸向長度為130 mm，相應的上下偏差分別為0 與-0.16 mm，由公式計算可得出相應的軸承杯上端面到軸承Ⅰ的最大與最小距離為442.272 mm （117.2+195.072+130=442.272 mm）與441.81 mm（117+195+130-0.16=441.84 mm）。

1.2 從軸承處核算軸向尺寸鏈

由軸承的普通精度等級（0 或6）確定軸承Ⅰ的尺寸為87 mm，相應的上下極限偏差分別為+0.35 mm 與0.25 mm，由軸承的普通精度等級（0 或6）也可以確定軸承Ⅱ的尺寸為100 mm，相應的上下極限偏差分別為+0.4 mm 與-0.4 mm。軸承Ⅰ于Ⅱ距離為255 mm，相應的上下極限偏差分別為0 mm 與-0.081 mm，從而計算出軸承Ⅰ下底面到軸承Ⅱ上端面的最大與最小距離分別為442.75 mm 與441.269 mm，由于軸承上端面與軸承杯上端面在理論上是平整的，所以可以取442 mm 為其公差值。

通過計算得出各個工件的上下公差之后，可以推斷出：第一殼體通過計算得出的尺寸最大值與軸承計算得出的最小值相減442.272-441.269=1.003 mm,由計算的結果可以看出軸承上端面比軸承地面低了1.003 mm；第二，測量的殼體最小值與軸承測量的最大值之差441.84-442.75=-0.91 mm，計算后的結果為-0.91 mm，說明軸承杯上端面比軸承上端面低0.91 mm。

從上述計算的結果來說，每個零件的尺寸都在合理的范圍內，但由于極限偏差過大，造成煤壁側支撐軸的上端面距離軸承杯內側1.003 mm，導致在機器開工時各個零件嚴重磨損，因此造成了無法定位與間隙過大，從而導致了故障的發生[2-3]。

2 搖臂行星頭的改進方案

1）改進端蓋，如圖2 所示，可以加工一個深3 mm 的凹槽于端蓋與軸承杯之間，保證端蓋與軸承之間無間隙，為保障端蓋與軸承杯在尺寸鏈極限公差有間隙，可以將端蓋的長度減少1.5 mm。

圖2 端蓋改進前后對比（單位：mm）

2）如圖3 所示，可以將加厚的調整墊安裝在軸承杯與端蓋之間相應增加墊片的厚度，為節約成本可以在安裝時將軸承壓緊，然后測量軸承杯端蓋之間的距離并適當調整。

圖3 改進后的行星頭結構

3）為到工作地點后能夠及時調整軸承之間的距離，可以將端蓋與墊片組合在一起，避免在現場調整不方便的問題，進而引起端蓋損壞、漏油故障的發生[4-5]。

3 結語

通過上述方法對采煤機的搖臂星頭進行改進，可以有效避免無法定位而導致搖臂星頭磨損損害故障的發生，提高了采煤的采集效率，充分節約了采煤機的生產制造成本。通過改變墊片的安裝位置，有效提高了采煤機的安裝效率，有效減少了生產制造星頭的成本。將調整墊安裝在外部，可以提高安裝的效率。而為了減小間隙與提高安裝效率，將端蓋和調整墊有機組合起來，滿足了客戶的要求。對星頭的結構進行調整后有效避免了事故的發生。