WK-55電鏟提升滾筒故障原因及修復分析

劉永紅

◆摘要：文章對投放至黑岱溝露天煤礦的WK-55電鏟設備的非齒輪側軸斷裂故障發生主要成因進行了分析，并以此為指導，提出了WK-55電鏟提升滾筒故障的修復方案，即制作新的滾筒軸、法蘭以及輻板結構，對軸與法蘭實施更新處理，同時進行新的輻板鍛件焊接，并在此基礎上組織應力消除處理，旨在降低WK-55電鏟提升滾筒故障的發生概率。

◆關鍵詞：WK-55電鏟;提升滾筒;故障原因;故障修復

一、引言

電鏟設備在煤礦生產中發揮著極為重要的作用，但是由于其實際生產工況環境相對惡劣，且運行條件復雜，所以極容易產生故障問題，特別是其中包含著的提升滾筒結構極容易發生斷裂故障，致使整個電鏟設備運行平穩程度下降，也不利于煤礦生產實踐。因此，需要重點落實對電鏟提升滾筒故障的分析與處理，盡可能延長其使用年限。

二、WK-55電鏟提升滾筒的故障案例及其表現說明

WK-55電鏟機高約22米，總重量1400噸，其斗容量為55立方米，年生產量可達1200萬立方米，即月挖掘100萬立方米，是太原重工股份有限公司具有完全自主知識產權的現代大型機械。該型號電鏟設備為黑岱溝露天煤礦區內投放的主要電鏟設備。

國家能源集團投放至黑岱溝露天煤礦的WK-55電鏟設備持續運行時間較長，且相應設備的累計運行時間超出三萬小時，運行中發生WK-55電鏟提升滾筒故障的頻率逐年遞增，如非齒輪側軸斷裂故障等，降低WK-55電鏟提升滾筒的運行質量與平穩程度。

在發生非齒輪側軸斷裂故障后，設備維修中心立即安排專業技術人員進行故障查看與處理，對斷口展開全面性檢查，發現其特征與疲勞損傷斷裂的主要特征相吻合。在斷口位置，提取到的晶粒均勻分布且細致性較強，并未觀察到肉眼可見的、明顯的加工缺陷。主動與生產廠家進行聯系，判斷該WK-55電鏟設備嚴格遵循國家與行業標準完成設計、加工與制造，相應性能等也與規范要求、圖紙資料內容保持一致。

三、WK-55電鏟提升滾筒故障的主要成因分析

（一）長期滿負荷運轉導致斷裂故障

就黑岱溝露天煤礦中投放的WK-55電鏟設備實際生產運行情況來看，其長期維持在滿負荷運行的狀態下，年度累計運行時間為六千 小時左右，總體累計運行時間超出三萬小時。結合煤礦環境條件可以了解到，WK-55電鏟設備主要在惡劣氣候條件下長期保持重超載、滿負荷運行，且發生碰撞問題的概率偏高;同時，WK-55電鏟設備的提升滾筒結構本身在運行中就需要頻繁進行正反轉、啟動與制動，所以實際承受著的交變荷載維持在偏高水平;加之露天礦生產中本身存在著電壓波動程度較大等問題，綜合導致WK-55電鏟設備的滾筒面板與輻板焊接的位置、軸與輻板焊接的位置等在設備實際運行中承擔主要受力責任的位置產生輕微損傷。同時，受到WK-55電鏟設備長時間運行的影響，這些輕微損傷逐步擴大最終發展為軸斷裂問題，導致WK-55電鏟設備提升滾筒結構出現明顯的運行故障。

（二）實際運行工況惡劣導致斷裂故障

綜合觀察投放在黑岱溝露天煤礦區內的所有WK-55電鏟設備以及其他型號電鏟設備，發現在提升滾筒相同位置均存在著不同程度的損傷;而對比投放在附近其他礦區內的電鏟設備提升滾筒結構，發現雖然也存在不同程度的損傷，但是總體損傷程度相比于黑岱溝露天煤礦區內WK-55電鏟設備提升滾筒損傷程度更低（使用時間與設備型號相同）。總結發現，造成這一結果差異性的主要原因為，黑岱溝露天煤礦區的工況條件更為惡劣，相比于相鄰礦區，黑岱溝露天煤礦區的巖層厚度更大，即便在實施爆破處理后也會生成大量大塊巖石，相對應的，該礦區內投放的電鏟設備在實際運行中受到的損傷程度也更為嚴重，所以損傷程度也較為嚴重。

（三）操作不當導致斷裂故障

如果在操作WK-55電鏟設備的過程中，技術人員沒有將提升與下放控制器移動至中間零位，極容易導致提升滾筒結構損壞程度增高的問題發生，從而加速非齒輪側軸斷裂故障的生成。實際操作中，要求著技術人員在落實提升與下方操作轉換時，控制主令控制器由提升方向返回至中間零位，并在此基礎上操作主令控制器移動至下放方向。依托這樣的操作，能夠降低電鏟提升滾筒結構在實際生產工作中軸承位置承受的反向作用力大小。總體而言，受到長期性操作不當的影響，也使得WK-55電鏟提升滾筒故障頻發。

四、WK-55電鏟提升滾筒故障的修復方案與實踐

（一）故障修復方案的設計

在WK-55電鏟設備中，提升滾筒輻板與連接軸均包含在鍛件的范疇內，在針對提升滾筒的非齒輪側軸斷裂故障進行解決處理時，主要落實對滾筒軸、法蘭以及輻板的重新制作，對軸與法蘭實施更新處理，同時進行新的輻板鍛件焊接，并在此基礎上組織應力消除處理。WK-55電鏟提升滾筒故障的修復方案具體操作要點如下所示：

在原有提升滾筒、輻板位置進行軸結構的切除處理，并從原有滾筒結構中切除法蘭以及輻板;對法蘭、軸結構實施重新性的加工鍛造，組織探傷檢驗，并在檢驗合格后安裝軸結構;依托過盈配合的方式處理法蘭、軸結構、輻板之間的配合關系，針對法蘭與輻板展開加熱焊接，并在緩冷后組織探傷檢驗;在滾筒內加設外側輻板，落實加熱焊接處理，并在緩冷后組織探傷檢驗。需要注意的是，整個故障修復過程對于焊接有著較為嚴格的要求，且在選取板材、鍛件時，必須要保證相應構件通過探傷檢驗;在實際的焊接操作前需要針對焊接區域實施預熱處理，同時嚴格控制焊接過程中的溫度，避免相應區域的溫度參數出現較大的波動情況;完成焊接操作后，可以依托在外部包裹絕緣毯的方式實現緩冷處理;針對所有的焊縫，均要實施無損探傷操作，嚴禁存在裂紋。

（二）故障修復工藝的實施

提前引入機加工操作落實對斷軸結構的全面剔除，并重點實施以下WK-55電鏟提升滾筒故障修復工藝操作：

第一，在機床位置，對滾筒結構現實情況（是否存在變形等）、加工工藝基準等內容落實全面性檢驗與確認，并將所有獲取到的信息數據實施匯總記錄。第二，針對存在于Ф380毫米軸端的各類零部件進行拆除操作，包括隔套、軸承、定距環、擋蓋等等。明確滾筒與齒輪的相配位置，并進行明顯標記，隨后組織螺栓螺母（數量為36套）以及齒輪的拆卸。在此過程中，相關人員要注意使用保護性拆除手段，盡可能規避拆除操作中損毀零部件問題的發生。提取齒輪防護罩，對其密封部位實施外觀檢驗，使用修磨拋光的方式消除磕碰痕跡或是劃痕。第三，在切割操作的支持下，落實對Ф380毫米軸端外露軸徑部位的切除處理。第四，針對存在于Ф380毫米軸端軸承座孔內的軸徑，主要利用鏜床鉆鏜掉處理的方式實施清除。在整個加工過程中，要求嚴格依照相關工藝標準要求落實找正、墊平、卷圓處理，且要著重規避對軸承座孔造成損傷，并需要相關人員對相應座孔的現實尺寸公差進行精準檢測與記錄。第五，控制滾筒裝置軸較大尺寸的一端保持向上，針對Ф410毫米軸端的輻板展開切割處理，吊出輻板以及殘軸。第六，嚴格依照工藝基準在立車上落實找正墊平操作，并針對新輻板的內圓止口實施加工焊接處理。在此過程中，要求對原有止口直徑進行增大處理（增加6毫米），以此體現出對由焊接導致的熱影響區實現消除的效果。第七，對新的軸承座結構與輻板展開配置與焊接。實踐中，為了更好消除焊接應力，可以引入振動時效的方法，并在完成焊接操作后針對焊縫實施探傷檢驗，確保相應結構的安裝符合工藝要求。第八，在把控工藝標準要求的條件下，在鏜床上組織找正、墊平、卷圓處理，對所需要焊接座的孔進行加工。與此同時，要求嚴格保證新開設的孔與未更換端的軸承座孔之間維持在同心度水平。第九，完成新滾筒結構的加工后，將其轉移至加熱爐內實施加熱處理，促使新滾筒結構的溫度上升至180℃，隨后組織10小時的保溫操作;將新滾筒結構轉移出加熱爐、擺正，并落實對新滾筒軸的吊裝。提取前期操作中標注出的位置結構進行齒輪結構以及螺栓螺母的安裝，擰緊所有螺栓螺母。第十，在車床上展開對軸兩端、滾筒上工藝基準處同心度的嚴格檢驗，提取誤差，保證相應誤差數據維持在可控與允許范圍內，以此維護整個修復操作的質量水平。

五、總結

綜上所述，WK-55電鏟為黑岱溝露天煤礦區內投放的主要電鏟設備，在長時間的生產中，發生非齒輪側軸斷裂故障的頻率增高。對相應故障的成因進行深入探究發現，受到長期滿負荷運轉、實際運行工況惡劣、操作不當的影響，提升滾筒故障問題更為常見。針對這一問題現狀主要設定如下修復方案：落實對滾筒軸、法蘭以及輻板的重新制作，對軸與法蘭實施更新處理，同時進行新的輻板鍛件焊接，并在此基礎上組織應力消除處理，以此實現對WK-55電鏟使用年限的延長。

參考文獻

[1]高啟林，賀棟，陳澤健.P&H4100XPC電鏟提升滾筒調整分析[J].煤礦機械，2021，42（02）：90-92.

[2]蘭曄東.礦用電鏟提升滾筒軸座的焊修工藝[J].世界有色金屬，2020（12）：37-38.

[3]李新彪.8750型邁步式吊斗鏟提升/回拉滾筒端軸更換工藝流程探討[J].電力設備管理，2020（04）：92-94.