雙輸入型掘錨機(jī)加載試車裝置研究

0 引言

掘錨機(jī)是將掘進(jìn)機(jī)和錨桿機(jī)綜合一起的一體機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的并行作業(yè)，效率高，是掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的重要方向。掘錨機(jī)是在連采機(jī)寬滾筒截割的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的掘錨一體化設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)了截割、裝載、運(yùn)輸和錨護(hù)同步進(jìn)行，全斷面截割，一次成巷，能顯著提升開拓效率，并確保操作人員的安全。雙輸入型掘錨機(jī)是掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，掘錨機(jī)減速器與寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司的刮板輸機(jī)減速器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及使用工況差異較大，試車工藝及試車裝置也存在著較大差別，對(duì)雙輸入型掘錨機(jī)減速器試車裝置的研究與應(yīng)用顯得尤為重要。

1 現(xiàn)狀

關(guān)于掘錨機(jī)截割減速器，寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司已有開發(fā)研制、生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)。已生產(chǎn)LM0102截割齒輪箱，目前4臺(tái)設(shè)備均已完成廠內(nèi)試驗(yàn)，其中一臺(tái)已按照《連續(xù)采煤機(jī)截割減速器試驗(yàn)大綱》完成了空載、效率、噪聲、超載、溫升等要求的各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，結(jié)果全部合格。2020年始，神東高端開發(fā)部開展進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化開發(fā)工作中，公司對(duì)MB670掘錨機(jī)用截割減速器進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化開發(fā)，通過(guò)對(duì)截割減速器元件測(cè)繪，零部件材料及熱處理方法研究、齒輪參數(shù)分析、關(guān)鍵零部件可靠性分析等產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)，制造工藝方案的擬定，多次技術(shù)論證等，完成了截割減速器的產(chǎn)品研發(fā)、樣機(jī)制造、進(jìn)行了空載試驗(yàn)、效率試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)等性能試驗(yàn)，工業(yè)性試驗(yàn)。此類產(chǎn)品的制造已積累了經(jīng)驗(yàn)。

目前，掘錨機(jī)試車方案主要有以下兩種：如圖1所示為雙輸入型對(duì)托加載方案，該加載方案需要兩臺(tái)加載電機(jī)、兩臺(tái)主試電機(jī)，而現(xiàn)有的試驗(yàn)臺(tái)僅有一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一臺(tái)加載電機(jī)，無(wú)法滿足對(duì)托實(shí)驗(yàn)；如圖2所示為單電機(jī)空載試車方案，該方案輸入端為一側(cè)連接，一側(cè)空置，將導(dǎo)致在加載試驗(yàn)中有可能出現(xiàn)偏載、燒損軸承等情況，無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，無(wú)法反應(yīng)出減速器的溫度、噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)情況等各項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)。

圖1 雙輸入型對(duì)托加載方案

圖2 雙輸入型單電機(jī)空載方案

寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司試制的雙輸入型大功率掘錨機(jī)截割減速器為首次試制產(chǎn)品，對(duì)雙輸入型掘錨機(jī)減速器試車裝置研究的開展將為公司積累掘錨機(jī)制造經(jīng)驗(yàn)，在作為技術(shù)儲(chǔ)備的同時(shí)，截割減速器制造成功后，隨著掘錨機(jī)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，將給公司帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)效益。

2 研究目標(biāo)

研究一種雙輸入型掘錨機(jī)試車裝置，通過(guò)對(duì)齒輪箱出廠前的加載試驗(yàn)，實(shí)際反映出齒輪箱的油溫、噪聲、平穩(wěn)性、過(guò)載等各項(xiàng)指標(biāo)，可模擬齒輪箱在實(shí)際使用工況中的齒輪、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況。通過(guò)出廠前的加載試驗(yàn)，檢查截割齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)情況，各連接件、緊固件是否發(fā)生松動(dòng)，各密封處、結(jié)合處是否有滲油現(xiàn)象，是否有沖擊及劇烈震動(dòng)；通過(guò)溫升試驗(yàn)，在齒輪箱達(dá)到熱平衡后，檢測(cè)各測(cè)點(diǎn)溫度，各密封處是否有漏油現(xiàn)象；通過(guò)過(guò)載試驗(yàn)，檢驗(yàn)齒輪箱在瞬間超載情況下，是否還能繼續(xù)正常工作。解決齒輪箱在使用過(guò)程中出現(xiàn)的明顯故障及問(wèn)題，驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)的符合性，保證產(chǎn)品質(zhì)量并按期完成交貨。

3 研究?jī)?nèi)容和研究方案

3.1 原理

本文主要通過(guò)連采機(jī)用截割齒輪箱加載試驗(yàn)裝置的研究、設(shè)計(jì)制造，對(duì)齒輪箱進(jìn)行加載試驗(yàn)。此裝置為雙輸入端布置形式，布置原理為：驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)—電機(jī)連接盤—電機(jī)半聯(lián)軸器—彈性盤—支撐架半聯(lián)軸器減—支撐架組件——花鍵軸—掘錨機(jī)減速器—花鍵軸——支撐架組件—支撐架半聯(lián)軸器—彈性盤—電機(jī)半聯(lián)軸器—電機(jī)連接盤—加載直流電機(jī)。

通過(guò)對(duì)齒輪箱出廠前的加載試驗(yàn)，實(shí)際反映出齒輪箱的油溫、噪聲、平穩(wěn)性、過(guò)載等各項(xiàng)指標(biāo)，可模擬齒輪箱在實(shí)際使用工況中的齒輪、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況。通過(guò)出廠前的加載試驗(yàn)，檢查截割齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)情況，各連接件、緊固件是否發(fā)生松動(dòng)，各密封處、結(jié)合處是否有滲油現(xiàn)象，是否有沖擊及劇烈震動(dòng)；通過(guò)溫升試驗(yàn)，在齒輪箱達(dá)到熱平衡后，檢測(cè)各測(cè)點(diǎn)溫度，各密封處是否有漏油現(xiàn)象；通過(guò)過(guò)載試驗(yàn)，檢驗(yàn)齒輪箱在瞬間超載情況下，是否還能繼續(xù)正常工作。實(shí)驗(yàn)完畢，齒輪箱靜置12h，各浮動(dòng)密封容許漏油小于0.5ml，才表示完成齒輪箱整個(gè)加載試驗(yàn)過(guò)程。

3.2 研究?jī)?nèi)容

3.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

①對(duì)橫軸式截割減速器加載試驗(yàn)裝置的發(fā)明、設(shè)計(jì)及制造。

②對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行調(diào)試及緊固，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始，按順序組裝試驗(yàn)臺(tái)架、減速器、傳動(dòng)齒輪、減速器、試驗(yàn)臺(tái)架、加載電機(jī)等零件，保證正確組裝，組裝減速器時(shí)用手持式千斤頂支撐，要求傳動(dòng)平穩(wěn)。

③調(diào)整電機(jī)中心高尺寸及各位置度尺寸公差，并保證減速器輸入軸和輸出軸與試驗(yàn)平臺(tái)垂直，符合試驗(yàn)要求及設(shè)計(jì)圖紙要求。

3.2.2 組裝過(guò)程

對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試及緊固，安裝驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及加載直流電機(jī)，調(diào)整電機(jī)中心高尺寸743±0.5及各位置度尺寸公差，符合試驗(yàn)要求。

調(diào)整驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)軸和加載直流電機(jī)軸中心距符合截割齒輪箱兩輸入端中心距尺寸1806±0.5。

將截割齒輪箱與試車臺(tái)架進(jìn)行組裝，并組裝兩個(gè)平鍵及一個(gè)圓柱銷用于徑向和軸向定位。

將兩個(gè)花鍵軸分別與減速器半聯(lián)軸器進(jìn)行組裝（平鍵連接）。

將與減速器半聯(lián)軸器組裝到一起的花鍵軸裝入到截割齒輪箱兩輸入端。

將電機(jī)連接盤與電機(jī)半聯(lián)軸器進(jìn)行組裝，然后整體和電機(jī)輸出軸緊固相聯(lián)。

將彈性盤組裝至電機(jī)半聯(lián)軸器上。

將組裝有齒輪箱的試車臺(tái)架整體吊起后與電機(jī)半聯(lián)軸器相連，保證電機(jī)半聯(lián)軸器、減速器半聯(lián)軸器、彈性盤完全配合，用卡尺檢測(cè)是否組裝到位。

順利組裝后，反復(fù)檢查各零件的緊固情況及相對(duì)位置，保證各零部件符合試驗(yàn)要求。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

結(jié)合齒輪箱的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和使用情況，緩慢啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，讓減速器慢慢空轉(zhuǎn)起來(lái)，逐漸增加轉(zhuǎn)速，使減速器空轉(zhuǎn)30分鐘后，改變減速器運(yùn)轉(zhuǎn)方向，再空轉(zhuǎn)30分鐘。按照空載試驗(yàn)、效率試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、過(guò)載試驗(yàn)要求進(jìn)行加載試驗(yàn)。

空載試驗(yàn)：截割齒輪箱在水平位置正向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2小時(shí)，不允許附加冷卻措施，發(fā)現(xiàn)任何異常需要立即停車，并檢查分析出現(xiàn)的問(wèn)題，分析潛在的缺陷和故障。

效率試驗(yàn)：截割齒輪箱應(yīng)分別按額定載荷的25%、50%、75%、100%逐級(jí)加載，對(duì)應(yīng)時(shí)間分別為60、60、80、90、100min，油溫控制在95℃以下，要求額定載荷下機(jī)械效率不小于0.91。

溫升試驗(yàn)：截割齒輪箱應(yīng)在額定載荷下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至油溫達(dá)到熱平衡。記錄5個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度及試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)任何異常即可緩慢停車。過(guò)載試驗(yàn)：在額定載荷的125%情況下運(yùn)轉(zhuǎn)5min。滿載負(fù)荷試驗(yàn)完畢后，按要求如實(shí)填寫試驗(yàn)記錄。

3.3 關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)

①整體設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)一種雙輸入型加載試驗(yàn)裝置主要由驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、電機(jī)連接盤、電機(jī)半聯(lián)軸器、彈性盤、支撐架半聯(lián)軸器減、支撐架組件、花鍵軸、掘錨機(jī)減速器、加載直流電機(jī)以及緊固件組成。通過(guò)設(shè)計(jì)制造試驗(yàn)臺(tái)架、連接盤、半聯(lián)軸器、花鍵軸、支撐架組件及定位圓柱銷等零件。同時(shí)采用雙輸入端布置形式。

②設(shè)計(jì)直徑小于￠270的小型半聯(lián)軸器以及彈性盤、花鍵軸、試車臺(tái)架，保證加載試車過(guò)程中電機(jī)和齒輪箱之間的聯(lián)接部件傳動(dòng)平穩(wěn)，花鍵軸嚙合無(wú)偏斜、無(wú)卡頓現(xiàn)象。

③雙如輸入型掘錨機(jī)加載試驗(yàn)裝置，在輸入端增加溫度、聲音、震動(dòng)傳感器可用于對(duì)齒輪箱各處密封、噪音、振動(dòng)（齒輪嚙合的平穩(wěn)性）、溫升等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶使用要求。

④通過(guò)花鍵套等零件從一端輸入、另一端輸出進(jìn)行連接，解決了試驗(yàn)中減速器發(fā)生偏載、燒軸承等情況，使試驗(yàn)安全可靠。

⑤掘進(jìn)機(jī)用橫軸式截割減速器加載試驗(yàn)裝置，軸與聯(lián)軸器中間用彈性盤進(jìn)行連接，并對(duì)減速器底部采用便攜式千斤頂支撐，避免了電機(jī)與減速器中心高不一致的問(wèn)題，保證試驗(yàn)的可靠性。

3.4 試車方案的關(guān)鍵技術(shù)

如圖3、圖4所示，掘進(jìn)機(jī)用雙輸入型掘錨機(jī)減速器加載試驗(yàn)裝置，可用于對(duì)雙輸入型掘錨機(jī)減速器進(jìn)行加載試驗(yàn)，對(duì)減速器不同工況的機(jī)械性能進(jìn)行全面測(cè)試，保證產(chǎn)品質(zhì)量，解決瓶頸問(wèn)題。判斷各齒側(cè)間隙、接觸區(qū)是否符合圖紙要求，整機(jī)組裝方法及工藝雖存在難點(diǎn)，但寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司在減速器組裝、齒輪副調(diào)整擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，并且組裝過(guò)相似類型掘錨機(jī)截割減速器，積累了組裝經(jīng)驗(yàn)。

圖3 雙輸入型掘錨機(jī)減速器試車組裝圖a

圖4 雙輸入型掘錨機(jī)減速器試車組裝圖b

3.5 試車方案的優(yōu)勢(shì)

使用本裝置完成雙輸入型掘錨機(jī)減速器的加載試車，成功解決了齒輪箱在使用過(guò)程中出現(xiàn)的明顯故障及問(wèn)題，驗(yàn)證了各項(xiàng)指標(biāo)的符合性，保證產(chǎn)品質(zhì)量并按期完成交貨。

掘進(jìn)機(jī)用雙輸入型掘錨機(jī)減速器加載試驗(yàn)裝置的發(fā)明、設(shè)計(jì)及制造，包括試驗(yàn)平臺(tái)、試驗(yàn)臺(tái)架、傳動(dòng)齒輪、軸承壓蓋、聯(lián)軸器等零件設(shè)計(jì)加工。研究出新型雙輸如端布置形式，解決了試驗(yàn)中減速器發(fā)生偏載、燒軸承等情況，使試驗(yàn)安全可靠。

可以安全可靠地完成減速器加載試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中準(zhǔn)確實(shí)際地反應(yīng)出減速器的溫度和噪聲等各項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)，也可以模擬減速器在實(shí)際工況中的齒輪、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況。可保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶使用要求，推動(dòng)同系列減速器的生產(chǎn)和制造。

4 總結(jié)

本文主要通過(guò)對(duì)雙輸入型掘錨機(jī)減速器加載試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、制造、組裝的關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)減速器進(jìn)行加載試驗(yàn)。采用新型雙輸端出布置形式，布置原理為：驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)—電機(jī)連接盤—電機(jī)半聯(lián)軸器—彈性盤—支撐架半聯(lián)軸器減—支撐架組件——花鍵軸—掘錨機(jī)減速器—花鍵軸——支撐架組件—支撐架半聯(lián)軸器—彈性盤—電機(jī)半聯(lián)軸器—電機(jī)連接盤—加載直流電機(jī)。

對(duì)減速器進(jìn)行出廠前的加載試驗(yàn)，能反應(yīng)出減速器的溫度、噪聲等各項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)，可模擬減速器在實(shí)際使用工況中的齒輪、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況。通過(guò)空載試驗(yàn)，檢查減速器運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，各連接件、緊固件是否發(fā)生松動(dòng)，各密封處、結(jié)合處是否有滲油及漏油現(xiàn)象，是否有沖擊及強(qiáng)烈震動(dòng)。通過(guò)溫升試驗(yàn)，在減速器達(dá)到熱平衡后，檢測(cè)各測(cè)點(diǎn)溫度，各密封處是否有滲漏現(xiàn)象，完成減速器加載試驗(yàn)。

本文研究的雙輸入型掘錨機(jī)減速器可對(duì)雙輸入型掘錨機(jī)減速器進(jìn)行加載試驗(yàn)，模擬減速器在實(shí)際使用工況中的齒輪、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況，預(yù)判設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障及問(wèn)題，并及時(shí)改進(jìn)，可提高產(chǎn)品可靠性，給客戶交付質(zhì)量最優(yōu)的產(chǎn)品。