WK-10B 挖掘機推壓機構(gòu)設(shè)計改造分析

林雪劍，毛德發(fā)

（國能寶日希勒能源有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021599）

0 引言

WK-10B 挖掘機作為WK-10 系列的第二代改進產(chǎn)品，目前已售出200 多臺，其中國能寶日希勒能源有限公司購買了4 臺，在使用過程中發(fā)現(xiàn)WK-10B 挖掘機的推壓機構(gòu)故障頻發(fā)，同時由于推壓機構(gòu)安裝在起重臂處，導(dǎo)致維修養(yǎng)護人員的工作空間受限，存在高空維修養(yǎng)護的安全風險。為提升使用壽命，減少維修次數(shù)和降低維修養(yǎng)護風險，決定對WK-10B 挖掘機推壓機構(gòu)進行設(shè)計改造，并對改造前后的效果進行了評估。

1 WK-10B 挖掘機簡介

WK-10B 挖掘機為反鏟履帶式礦用挖掘機，主要由提升機構(gòu)、推壓機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)、開斗機構(gòu)等結(jié)構(gòu)組成。WK-10B采用直流電機，整機噸位490 t，鏟斗容量12 m3，額定功率750 kW，行走速度0.69 km/h，接地比壓253 kPa，爬坡能力13%，最大挖掘半徑18.9 m，最大挖掘深度2.2 m，最大挖掘高度13.53 m，最大卸載高度8.6 m。

2 存在的問題

WK-10B 挖掘機原推壓機構(gòu)安裝在起重臂處，檢修人員在對該部位進行日常的維護保養(yǎng)時需要在起重臂平臺處進行，屬受限空間作業(yè)及高空作業(yè)，同時需要高空作業(yè)車配合作業(yè)，存在較大的檢修風險。原推壓機構(gòu)設(shè)計鞍座銅套與推壓大軸接觸面積小，銅套抗壓性能差，使用壽命短；軸孔鍛件與鋼板焊接處易產(chǎn)生開焊，鞍座體護板易變形，L 形應(yīng)力集中處常出現(xiàn)裂紋；推壓大齒輪為整體鍛件結(jié)構(gòu)，齒面磨損或斷齒后則齒輪整體報廢，既不環(huán)保又浪費資源。

3 技術(shù)改造

3.1 技術(shù)目標

WK-10B 挖掘機在露天礦采場工作使用，煤塵大，春季風沙大，當?shù)仫L力最大可達8 級，最大風速17 m/s，年平均溫度-2.6 ℃，最高氣溫40 ℃，最低氣溫-45 ℃（采場處極端最低氣溫為-50 ℃），平均積雪天數(shù)為149 d/年，最長積雪天數(shù)達到178 d/年，最大積雪深度為23 cm。在極端環(huán)境和天氣下進行設(shè)備檢修，困難較大。為滿足在極端天氣下的工作性能，需要對推壓機構(gòu)進行設(shè)計改造，必須提升推壓機構(gòu)的耐磨性和耐久性，盡量減少和避免維修次數(shù)。

據(jù)此，提出如下技術(shù)改造要求：①要求推壓機構(gòu)整體采用加強型設(shè)計，保證至少4 年內(nèi)不會出現(xiàn)開焊和房顫現(xiàn)象；②要求推壓大齒輪采用分體鑲嵌式結(jié)構(gòu)，保證齒輪磨損之后可以進行無痕更換；③要求推壓軸裝置采用免維護工藝，保證在至少運行20 000 h 或4 年內(nèi)不會出現(xiàn)故障；④要求鞍座磨道板采用免維護工藝，在無需注油狀態(tài)下對斗桿不會產(chǎn)生磨損；⑤改造后的推壓機構(gòu)應(yīng)運行安全、設(shè)計先進、結(jié)構(gòu)合理、維修方便。

3.2 改造內(nèi)容

為了提升WK-10B 挖掘機的工作性能，從實際應(yīng)用出發(fā)，提出以下4 個方面的原推壓機構(gòu)改進。

（1）重新設(shè)計推壓機構(gòu)，改變原矩形鞍座的受力結(jié)構(gòu)，消除原有結(jié)構(gòu)中的直角應(yīng)力集中點，避免開裂現(xiàn)象。具體改造措施：①加長推壓大軸，使與其安裝配合的鞍座內(nèi)孔做匹配設(shè)計，使推壓機構(gòu)兩端鞍座耐磨套的接觸面積增大，從而提升耐磨套的使用壽命；②鞍座體端頭鍛件進行加長，增加鞍座立板與鍛件的接觸面積，同時鞍座體下方結(jié)構(gòu)件采用增強L 形鋼板加厚設(shè)計，使斗桿與鞍座體接觸處增加提升力，避免鞍座體的開裂現(xiàn)象發(fā)生（圖1）。

圖1 改進后的鞍座結(jié)構(gòu)

（2）將原推壓大齒輪設(shè)計為可更換齒圈的鍛焊結(jié)構(gòu)，保證齒圈在一個使用大修期內(nèi)，輪體均可以重復(fù)使用。具體改造措施：齒輪輪轂采用鍛焊結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而避免鑄造材料的缺陷問題，并對輪齒部分采用提高鋼質(zhì)材料設(shè)計，增加齒輪輪齒部分的耐磨性，同時采用熱嵌工藝，保證齒輪工作時的動平衡，齒輪輪齒部分磨損后可進行更換，齒輪鋼材材料優(yōu)選更優(yōu)級別的鋼質(zhì)材料，避免高級別材料可焊性差的問題；將原有整體鑄造推壓小齒輪重新設(shè)計為整體的鍛造結(jié)構(gòu)，這樣可以確保齒輪兩側(cè)的導(dǎo)軌均為無損加工，優(yōu)化后齒輪結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后齒輪結(jié)構(gòu)

（3）將原有推壓機構(gòu)所有鑄銅材料耐磨套、耐磨墊材料更換為G-57 耐磨材料，增加耐磨套、耐磨墊與推壓軸接觸時的耐磨性，同時減少耐磨套對推壓大軸的磨損情況，確保推壓大軸不受損傷（圖3）。

圖3 G-57 耐磨材料結(jié)構(gòu)

（4）將原有鑄鐵（或尼龍）材料磨道板更換為G-57 耐磨材料，減少磨道板在長時間工作下對斗桿的側(cè)壁的磨損，使斗桿表面無損傷，避免斗桿開裂開焊風險，磨道板處不需要進行手動補充潤滑脂，從而避免或減少污染物通過油脂對斗桿工作面產(chǎn)生的磨損。

3.3 改造前后對比

WK-10B 挖掘機推壓機構(gòu)改造前后對比情況見表1。改進后采用加長推壓大軸與加長鞍座軸孔，增加軸與套的接觸面積，同時改用G-57 多基復(fù)合耐磨套，提高軸套的抗壓性能，并且達到無需潤滑的免維護效果。鞍座采用U 形包圍設(shè)計機構(gòu)，使鞍座體抗變形能力和工作穩(wěn)定性增強，同時防止鞍座體開裂現(xiàn)象發(fā)生；磨道板采用G-57 多基復(fù)合材料，提高耐磨性能，減小由于磨道板磨損嚴重而導(dǎo)致斗桿位置偏離，造成推壓機構(gòu)各齒輪嚙合錯位，可達到無需潤滑的免維護效果。

表1 WK-10B 挖掘機推壓機構(gòu)改造前后對比

4 結(jié)語

為減小WK-10B 礦用挖掘機推壓機構(gòu)在使用過程中的維修養(yǎng)護頻率和風險，對推壓機構(gòu)進行了技術(shù)改造，將原有矩形鞍座重新設(shè)計為U 形加強結(jié)構(gòu)，使鞍座體抗變形能力和工作穩(wěn)定性增強，同時防止鞍座體開裂現(xiàn)象發(fā)生；將大齒輪設(shè)計為可更換齒圈的鍛焊結(jié)構(gòu)，小齒輪設(shè)計更換為鍛造結(jié)構(gòu)，提高齒輪的使用壽命；將鑄銅材料的銅套、銅墊、鑄鐵或尼龍材料磨道板更換為G-57 耐磨材料，達到免維護的效果。