WK-10B 礦用挖掘機四大機構主要故障檢測方法

張 建，陳紅權，尹 力，林震源，陳 勇，陶雪宏，朱龍龍

（1.安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司高村鐵礦，安徽馬鞍山 243000；2.安徽馬鋼礦業資源集團礦山科技服務有限公司，安徽馬鞍山 243000）

0 引言

WK-10B 挖掘機是我國自行研制的、適用于千萬噸級大型露天礦的主采設備[1]。馬鋼高村鐵礦于2011 年購入該型號挖掘機（圖1）。該型號挖掘機工作性能穩定、生產效率高，在運行的10 年間，回轉機構、提升機構、推壓機構和行走機構等部位出現過故障，使用科學有效的檢測方法提高檢測效率，保障設備生產效率具有重要的意義。

圖1 WK-10B 礦用挖掘機

1 機構與原理

（1）回轉機構由并聯且各自獨立的兩套機構組成。回轉電機為立式安裝的雙軸伸結構，下方軸伸安裝回轉電機小齒輪，上方軸伸安裝回轉制動器制動輪。回轉電機小齒輪帶動二軸大齒輪轉動，二軸小齒輪帶動三軸大齒輪轉動，三軸小齒輪帶動回轉立軸大齒輪轉動，回轉立軸實現動力輸出。

（2）提升機構采用雙電機驅動，機構的一級傳動為合流型式，二級傳動為分流型式。提升電機驅動二級斜齒輪減速器到提升卷筒，通過收放鋼絲繩來實現鏟斗的升降。

（3）行走機構是一套集中且獨立的傳動機構，為雙電機驅動的合流式結構，由行走電機、左/右離合器、梅花形彈性聯軸節、行走制動器、行走減速器、潤滑系統、調整墊片、聯接螺栓等組成。行走電機通過梅花形彈性聯軸節帶動一軸轉動，一軸軸齒輪與二軸大齒輪嚙合，二軸軸齒輪帶動三軸大齒輪轉動，三軸小齒輪帶動四軸大齒輪轉動，四軸通過左/右離合器將動力傳遞左/右邊軸，邊軸小人字齒輪帶動大人字齒輪，大人字齒輪通過主動軸傳遞主動輪，主動輪和履帶鏈采用亞節距嚙合，實現動力輸出。

（4）推壓機構：推壓電機通過軸頭齒輪帶動大齒輪轉動，大齒輪通過氣囊力矩限制器將動力傳遞給二軸，二軸軸齒輪帶動推壓軸大齒輪轉動，推壓大軸帶動兩側推壓齒輪轉動，推壓齒輪與齒條嚙合，實現鏟桿推壓和伸縮功能。

2 常見故障分析

挖掘機常見的故障是減速器油泵的損壞，一般故障表現為潤滑不良和齒輪、軸損壞。推壓機構為開式齒輪傳動，無法使用稀油潤滑，因此只能使用干油潤滑。回轉減速箱、提升減速箱和行走減速箱箱體較大，高山鐵礦采用的是稀油自循環潤滑方式，這種自潤滑方式具有只要加大油量就可以有效避免因回油不暢吸空而失潤滑的優點[2]。這種自潤滑方式的缺點是，當齒輪之間經歷了一段時間的正常磨損和疲勞磨損，磨下的顆粒會殘留在潤滑油中，并隨著潤滑油一起參與到齒輪的嚙合過程中，此時磨損的形式除了普通磨損和疲勞磨損，還會混合磨料磨損[3]，從而加劇齒輪的磨損，使齒輪嚙合間隙變大，出現噪聲，由于減速箱的小齒輪轉速高、軸細，會出現小齒輪崩壞、軸斷裂的事故。

3 檢測方法

針對上述常見故障，常用的檢測方法如下：

首先是定期檢測、更換潤滑油。一般是通過觀察潤滑油的清潔度來判斷是否需要更換潤滑油，這種方法簡單而且可行度高，但是由于每次觀察都需要打開密封的減速箱，操作復雜，而且挖掘機工作地點為礦山，每次打開減速箱都有可能導致外界灰塵進入減速箱，因此可以在減速箱上設置專門的采樣口，便于采樣，或者利用連通器原理，將減速箱改造出一個觀察區，可以直接觀察到箱內的油是否清潔。

其次是定期檢查齒輪。由于減速器是密封的，檢測齒輪是否故障也成為一大難點。現場通常通過聲音來判斷減速箱內的齒輪是否發生損壞，這種判斷標準經驗性較強而缺乏科學指導，對操作人員經驗要求高，不適合新手操作，因此需要有一種科學有效的方法來指導判斷，一是可以減少對操作人員經驗的要求，減少用人成本，二是科學性較強、判斷準確，可以節省經濟成本。

減速箱齒輪故障的判斷方法有以下5 種[4]：

（1）磨損殘余物分析法：通過從潤滑油中提取出磨損殘余物，根據殘余物的數量和大小來判斷磨損程度。

（2）振動檢測法：通過傳感器收集振動數據，根據振動數據繪制振動曲線，正常減速箱內的振動呈周期性，并且每個波峰波谷的大小相當，如果某個異樣波出現，即振動敏感點，則說明箱內出現損壞。

（3）聲發射診斷法：利用發聲設備發出聲波，然后利用傳感器接收返回的聲信號，由軟件自動處理分析是否出現損壞。

（4）光纖傳感技術診斷法：監測齒輪溫度、頻率等參數，一旦發現異常波動，就會反饋給光纖傳感器，由專業軟件分析是否出現異常。

（5）人工神經網絡技術診斷法：利用振動信號的時域、頻率來判斷是否出現故障。聲發射診斷法需要消除背景噪聲，不符合現場實際情況。

光纖傳感技術診斷法和人工神經網絡技術診斷法成本較高，不適用于礦山現場工作。磨損殘余物分析法簡單實用，但是每次采樣和分析耗費時間，還有可能因開啟減速箱導致灰塵進入。振動檢測法不需要打開減速箱就可以檢測，快速有效，因此更適用于礦用挖掘機減速箱齒輪損壞檢測。

最后需要注意定期檢測油泵的工作狀態。目前現場缺乏油泵狀態檢測的措施和手段，每次都是泵壞了之后再維修或者更換，效率非常低，而且泵損壞之后如果不及時停機還會連帶損壞減速器內其他部件。如果使用振動檢測設備，不僅可以檢測齒輪的損壞，還可以以同樣的原理用于監測油泵的運行狀態[5]，防患于未然，避免在工作的關鍵步驟出現問題，進而避免巨大損失。

4 總結

WK-10B 挖掘機的故障主要出現在減速箱內，為了避免工作過程中發生意外，日常的檢修至關重要。潤滑油的更換往往以肉眼觀察渾濁度為標準，但是每次取樣費時費力，還可能在油中混入新的灰塵，因此可以設置專門的采樣口或者觀察室。傳統的齒輪損壞檢測是通過聲音來判斷，經驗性較強，準確度無法保證，而泵的損壞則缺少檢測手段，只能損壞后再更換，效率低、風險大。采用科學的振動檢測手段，不僅可以檢測出齒輪損壞，還可以檢測油泵的狀態，方便快捷，而且準確性高，可以在事故發生前防患于未然，極大地提高工作效率、降低維修成本。