采煤機(jī)截割部與牽引部鉸接處轉(zhuǎn)動(dòng)異響分析

霍云虎

（潞安集團(tuán)李村煤礦， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

采煤機(jī)截割部以及相應(yīng)的牽引部之間的連接方式為鉸接銷軸聯(lián)接，與此同時(shí)以鉸接銷軸為旋轉(zhuǎn)中心，通過油缸伸縮來控制截割部的升降。從2018 年1 月到2019 年3 月，對(duì)潞安集團(tuán)某礦安裝的采煤機(jī)鉸接軸套進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，出廠檢驗(yàn)采煤機(jī)時(shí)，牽引部與截割部鉸接位置37%左右出現(xiàn)異響。920 系列采煤機(jī)主要能夠配套如下四種滾筒：1 800 mm、2 000 mm、2 240 mm、2 500 mm，而截深有如下兩種：630 mm、800 mm。需要尋求相應(yīng)的方法解決問題。

1 異響聲音來源

從理論上分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)任何兩個(gè)物體在進(jìn)行摩擦，由于摩擦因素兩者接觸時(shí)會(huì)發(fā)出響動(dòng)，可是隨著摩擦因數(shù)的變化，響動(dòng)就會(huì)發(fā)生變化。

圖1 截割部以及對(duì)應(yīng)的牽引部聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意圖

通過分析圖1 工作原理可以發(fā)現(xiàn)，截割單元在牽引單元發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，當(dāng)處于理想狀態(tài)下，設(shè)置在截割部耳座內(nèi)的襯套與設(shè)置在牽引部耳座中的銷軸之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)，由此可以看出此位置為生源。與此同時(shí)，在調(diào)試設(shè)備時(shí)，銷軸組件內(nèi)設(shè)置的錐套與牽引部耳座內(nèi)設(shè)置的襯套發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠引發(fā)錐套、襯套磨損。通過機(jī)械之間的相對(duì)滑動(dòng)引發(fā)聲音的原理可以看出，該位置是引發(fā)異響的原因[1-3]?？傊?，產(chǎn)生振動(dòng)的位置有如下兩個(gè)位置：第一，設(shè)置在截割部耳座內(nèi)的襯套與設(shè)置在牽引部耳座中的銷軸之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。第二，銷軸組件內(nèi)設(shè)置的錐套與牽引部耳座內(nèi)設(shè)置的襯套發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于前者而言，其與采煤機(jī)設(shè)計(jì)問題相關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，但是不能避免響動(dòng)，對(duì)于后者而言，是一種非正常工作狀態(tài)引起的。

2 產(chǎn)生異響的機(jī)理分析

2.1 截割部耳座內(nèi)的襯套與牽引部耳座中的銷軸之間相對(duì)移動(dòng)

當(dāng)兩個(gè)傳動(dòng)機(jī)械之間發(fā)生作用力，兩者之間存在一定的摩擦響動(dòng)，當(dāng)相對(duì)作用力越大，相應(yīng)的摩擦因數(shù)就越大，那么相應(yīng)的響動(dòng)越大。反之，當(dāng)作用力較小時(shí)，摩擦因數(shù)越小，相應(yīng)的響動(dòng)就越小。假如相對(duì)移動(dòng)的零件之間存在油膜，那么將不會(huì)產(chǎn)生響動(dòng)[4]。而設(shè)置在截割部耳座內(nèi)的襯套與牽引部耳座中的銷軸之間不存在油膜，導(dǎo)致襯套與銷軸直接接觸，往往發(fā)生響動(dòng)，其響動(dòng)激勵(lì)主要包括如下幾種：

2.1.1 銷軸與軸套作用力大

圖2 銷軸組件平面受力簡(jiǎn)圖

如圖2 為銷軸構(gòu)成的受力圖，當(dāng)相同系列采煤機(jī)截割單元相同，F(xiàn) 的數(shù)值與滾筒質(zhì)量相關(guān)[5]。當(dāng)處于正常的工作狀態(tài)下，截割單元耳座內(nèi)內(nèi)部設(shè)置有襯套與銷軸組件之間存在油膜，從理想狀態(tài)而言，其不會(huì)產(chǎn)生響動(dòng)，可是由于存在壓力作用，使得油被擠出，當(dāng)滾筒質(zhì)量越大，那么相應(yīng)的壓力越大，最終導(dǎo)致油膜被擠出，從而產(chǎn)生響動(dòng)。

通過統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)異響的采煤機(jī)其滾筒直徑為Φ2 240 mm 或Φ2 500 mm，截深為800 mm，滾筒總寬在870 mm 左右，并且滾筒質(zhì)量與截割部軸套與銷軸接觸表面位置所受的力呈現(xiàn)正相關(guān)。由此可以看出此類設(shè)備容易產(chǎn)生磨損，最終產(chǎn)生響動(dòng)。為此可以發(fā)現(xiàn)滾筒質(zhì)量大是導(dǎo)致銷軸與軸套之間發(fā)生響動(dòng)的原因。

2.1.2 同軸度偏差大

1）同軸度理論偏差分析。設(shè)置在截割部耳座內(nèi)的襯套與銷軸之間的配合等級(jí)為H7/f9，其對(duì)應(yīng)的最小間隙為0.043 mm。銷軸組件中的錐套和銷軸與截割部耳座、截割部耳座襯套、牽引箱耳座、牽引箱耳座襯套的同軸度累計(jì)偏差可以達(dá)到0.11 mm，該數(shù)值大于截割部耳座內(nèi)的襯套與銷軸的同軸度，最小間隙數(shù)值為0.043 mm，相應(yīng)的最大過盈數(shù)值為0.067 mm。由此可以看出，截割部耳座襯套以及銷軸之間的初始值相對(duì)較小，而相應(yīng)的理論同軸度相對(duì)偏差較大，從而導(dǎo)致出現(xiàn)異響。

2）以某臺(tái)采煤機(jī)為例子分析加工同軸度誤差，將牽引箱四個(gè)耳座對(duì)應(yīng)的同軸度公差設(shè)為0.02 mm。因?yàn)樗膫€(gè)耳座之間的距離較大，因此不能一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)刀，而加工成四個(gè)耳座，僅僅兩次實(shí)現(xiàn)同側(cè)加工，其中另一側(cè)通過機(jī)床旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)加工，機(jī)床在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的過程中，通常以加工好的一側(cè)孔為定位孔，進(jìn)行對(duì)側(cè)孔加工，從而使得銷軸與截割部襯套之間的局部應(yīng)力超出，最終出現(xiàn)異響。在檢測(cè)已經(jīng)完成加工的牽引箱耳座內(nèi)孔發(fā)現(xiàn)，同軸度誤差達(dá)到Φ0.10 mm，遠(yuǎn)大于同軸度誤差Φ0.02 mm，由此可以看出加工同軸度誤差能夠引發(fā)異響。各種同軸度誤差都可以引發(fā)銷軸與設(shè)置在截割部耳座內(nèi)的襯套出現(xiàn)過盈配合，從而使得銷軸和襯套之間出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，由此將油膜擠出，從而產(chǎn)生響動(dòng)。

2.1.3 截割部重心與油缸推移中心存在幾何偏心

借助三維軟件構(gòu)建采煤機(jī)截割部模型圖，由此可以發(fā)現(xiàn)截割機(jī)的重心位置，如圖3 所示。通過分析可以發(fā)現(xiàn)截割位置與油缸推移重心不在統(tǒng)一直線上，偏差為30.4 mm。由此可以看出，聯(lián)接銷軸承擔(dān)相應(yīng)的偏載力，該力能夠誘發(fā)截割部耳座襯套以及對(duì)應(yīng)的銷軸之間的間隙被吃掉，最終產(chǎn)生異響。

2.2 銷軸錐套與設(shè)置在牽引單元?dú)んw內(nèi)的軸套轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生聲音

圖3 截割部重心與油缸推移中心位置圖

從理論上而言，銷軸錐套與設(shè)置在牽引單元?dú)んw內(nèi)的軸套相對(duì)靜止。可是在實(shí)際工作時(shí)，發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，初始運(yùn)動(dòng)并沒有油膜，當(dāng)兩者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。與此同時(shí)導(dǎo)致銷軸組件錐套與牽引單元耳座軸套之間發(fā)生磨損。因此需要采用相應(yīng)的措施。

在安裝銷軸組件的錐套的過程中，對(duì)應(yīng)的高強(qiáng)度緊固螺栓必須達(dá)到設(shè)定的扭矩，這樣才可以使得錐套外漲，最終錐套與牽引單元?dú)んw的軸套之間在力的作用下實(shí)現(xiàn)緊貼，產(chǎn)生較大的摩擦，最終能夠防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可以看出，緊固螺栓扭矩不足是產(chǎn)生響動(dòng)的原因。

3 改進(jìn)措施及效果

3.1 改進(jìn)措施

3.1.1 應(yīng)用自潤(rùn)滑軸套

在對(duì)異響進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，設(shè)置在截割部耳座內(nèi)的襯套與銷軸發(fā)生的響動(dòng)來源于兩者油膜被擠出，導(dǎo)致無潤(rùn)滑油產(chǎn)生的響動(dòng)。在對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用固體填充的自潤(rùn)滑軸套時(shí)，其可以有效地克服軸套受較大壓力被擠出，與此同時(shí)不需要注油維護(hù)，從而能夠有效地解決潤(rùn)滑的問題。設(shè)計(jì)的自潤(rùn)滑軸套如圖4 所示。

3.1.2 調(diào)整軸套的公差范圍

在設(shè)計(jì)軸套的過程中，可以把軸套內(nèi)徑公差設(shè)定為E7。當(dāng)潤(rùn)滑軸套以及相應(yīng)的銷軸配合完成之后，相應(yīng)的公差范圍為+0.128～+0.268 mm。該范圍大于0.11 mm，由此可以看出該數(shù)值能夠滿足設(shè)計(jì)需要。

圖4 自潤(rùn)滑軸套

3.1.3 改進(jìn)加工工藝

該措施能夠有效地保證截割部耳座以及牽引單元耳座之間的同軸度合理，對(duì)牽引殼體耳座加工機(jī)床進(jìn)行替換，這樣能夠保證在一次對(duì)刀時(shí)加工四個(gè)耳座，從而能夠有效地避免加工誤差，因此，牽引單元?dú)んw同軸度誤差能夠達(dá)到設(shè)計(jì)需要。

3.2 改進(jìn)效果

依據(jù)采煤措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，兩個(gè)采煤機(jī)都設(shè)置有小2 240 mm×800 mm 大質(zhì)量滾筒，經(jīng)過調(diào)試與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在截割單位處于上下擺動(dòng)的過程中并未發(fā)生響動(dòng)，滿足生產(chǎn)需要。

4 結(jié)論

1）對(duì)920 系列采煤機(jī)軸承套公差進(jìn)行改進(jìn)能夠有效地改善鉸接軸套潤(rùn)滑性能，能夠有效地解決因采煤機(jī)上下擺動(dòng)而出現(xiàn)的響動(dòng)問題，這樣能夠滿足生產(chǎn)需要。

2）本設(shè)計(jì)對(duì)于采煤機(jī)搖臂初始重心與油缸推移點(diǎn)不在同一條直線上的問題并未解決，這樣當(dāng)截割部處于上升與下降狀態(tài)時(shí)，需要承擔(dān)一定的偏載扭矩，接下來將會(huì)對(duì)搖臂重心位置進(jìn)行完善設(shè)計(jì)。