礦用傾角減速器動態油池箱體研究

武文穎，蔡樹梅，陳 賀，李保全

（1.中煤張家口煤礦機械有限責任公司，河北省高端智能礦山裝備技術創新中心，河北張家口 076250；2.山東能源重裝集團有限責任公司新汶分公司，山東 泰安 271000）

0 引言

煤炭資源是我國主要消費能源[1]。順槽破碎機在綜采作業中承擔的任務是將采掘并運輸到順槽轉載機上的煤通過高速錘擊，破碎到滿足使用需求的程度。對于煤礦井下超大采高[2]綜采放頂煤工作面[3]來說，前部輸送機的煤塊是由采煤機截齒直接截割，煤塊較小。而后部輸送機的煤則是由液壓支架掩護梁放落，煤塊大小不等，大塊度的煤很多，增加了順槽破碎機的破碎難度。為了實現多次有效破碎，更多大型礦井要求由后部輸送機運送到轉載機的煤塊也要先進行一輪預破碎，需在前、后部輸送機間轉載機落地段位置增設預破碎設備，如圖1 所示。

圖1 預破碎設備位置

1 傾角減速器結構與布置

由于煤礦井下順槽空間受限和超前支架的干涉，預破碎設備（簡稱破碎機）所使用的破碎機減速器和傳動裝置無法正常水平布置，減速器需要傾斜安裝于破碎機上，與水平面傾角為15°，破碎機總體結構如圖2所示。

圖2 破碎機總體結構

破碎機減速器和傳動裝置的布置方式如圖3 所示，液力耦合器和電機布置于破碎機上方，傳動軸與破碎機錘軸平行。這種傳動部布置方式最大限度的利用了順槽空間，避免與超前支架干涉，并可滿足破碎機的正常運行。

圖3 減速器與傳動裝置布置方式

由于這樣的布置方式，這樣的傾角減速器并需設計一級惰輪來拉長減速器長度，減速器機身較長、傾斜安裝使大量潤滑油堆積于減速器箱體底部，輸出端的齒輪大部分浸沒于潤滑油中。同時破碎機用減速器需求的速比很小，輸出轉速遠高于輸送機和轉載機減速器輸出轉速。過快的轉速使齒輪轉動時攪動潤滑油消耗了大量能量，造成了過度發熱，箱體溫度過高，升溫過快，冷卻器無法及時帶走熱量。因此傾斜安裝的破碎機減速器需要在冷卻裝置和箱體內部均進行結構改進使之滿足破碎機減速器的正常使用需求。

造成普通箱體結構減速器油溫過高無法使用于這種工況的原因如下：①減速器傾斜安裝，傾角較大。②減速器機身較長，箱體空間較大，內部灌裝潤滑油較多。③減速器傳動比較大，輸出軸轉速過快。④輸出軸大齒輪大部分浸沒于潤滑油中，轉動攪油發熱。⑤冷卻不足。

因此，需要對箱體內部結構進行改進，改善潤滑油全部堆積于箱體底部的不良潤滑狀況，使箱體內的潤滑油分布開，同時提升改進冷卻系統，保證傾角減速器可正常使用于這類工況。

2 傾角減速器結構和動態油池箱體

破碎機傾角減速器主要包括輸入軸、第二軸、第三軸、輸出軸、動態油池上箱體、動態油池下箱體、潤滑裝置以及冷卻裝置和軸承蓋等其他零部件，如圖4 所示。

圖4 傾角減速器結構

破碎機傾角減速器的輸入軸與輸出軸平行，輸入軸通過液力耦合器與電機聯接，輸出軸與破碎機錘軸總成聯接。第二軸是惰輪軸，目的是拉長減速器傳動鏈長度以滿足設備安裝要求。潤滑裝置為強制潤滑，通過潤滑泵從箱底吸油給輸入軸兩端的軸承噴油潤滑，潤滑油再通過箱體上的溝槽流入第二軸，為第二軸兩端的軸承提供潤滑。第三軸和輸出軸的大齒輪通過飛濺和甩油潤滑。

冷卻裝置由兩組增設為4 組，分別設置于第二軸、第三軸上下方和輸出軸上下方。減速器傳動比約為5，各軸轉速如表1 所示。由表1 可見，輸出軸轉速達到297.73r/min，轉速較高[4]。輸出軸的大齒輪外形較大，轉動攪油需要消耗過多的能量。造成整臺減速器油溫過高無法正常使用。

表1 傾角減速器各軸轉速

對于動態油池的上箱體，在第二軸和第三軸的正上方設有油池壁，油池壁與上箱體一起鑄造成型，鑄造采用球墨鑄鐵[5]精鑄。同樣的，對于動態油池的下箱體，在第二軸和第三軸的正下方設有油池壁，油池壁形式與上箱體完全一致，與下箱體一起鑄造成型，如圖5 所示，油池壁壁厚可根據實際設計減速器的箱體壁厚調整，本文中所使用的油池壁厚為20mm。

圖5 動態油池下箱體

以第二軸下方油池壁為例，油池壁邊沿低于箱體軸承座外圈5mm，與第二軸形成可供潤滑油流過的空間S，該空間使箱體形成溝通的油池，油池壁上加工有供第二軸齒輪轉動通過的槽，槽周邊與齒輪的間隙G為2mm，如圖6 所示。供齒輪轉動通過的槽需要在機床精密加工成型，保證齒輪順利通過，同時需要嚴格控制間隙。間隙過大會使潤滑油大量流出影響動態油池箱體的實際使用效果。

圖6 油池壁過油空間與間隙

第三軸下方的油池壁與第二軸道理相同，設計時重點考慮齒輪通過的位置。

該間隙G 可供齒輪通過并阻擋潤滑油流出。油池壁將減速器箱體分割為3 個溝通的油池，運行后通過中間兩軸上齒輪甩油使部分油收集于單個油池內，油池壁周邊與齒輪之間的間隙G 阻擋潤滑油流出，甩入的油大于從過油空間S 流出的油，因此每一個油池的油位是動態變化的，一般將這種油位可動態階梯變化的箱體稱為動態油池箱體。相比于無動態油池箱體的普通傾角減速器，可有效降低最底部油池的油位，降低浸沒于輸出軸大齒輪的油位高度，避免過量的攪油發熱，有效降低減速器溫度。

3 有無動態油池箱體的運行對比

無油池壁的傾角減速器在停機和運轉時油位均大致處于一個平面，運轉時由于齒輪甩油，油位會略低于靜止時的油位。此時輸出軸齒輪大部分浸沒在油中，如圖7 所示，齒輪高速轉動造成嚴重的攪油發熱，減速器溫度過高無法正常運行。在圖8 中，設有動態油池箱體的傾角減速器停機時由于油池壁之間存在過油空間，三個溝通的油池內油位同樣大致處于一個平面，運行后通過中間兩軸上齒輪甩油使部分油收集于單個油池內，槽與齒輪之間的間隙可保證齒輪的通過并阻擋潤滑油流出。甩入的油大于從過油間隙流出的油，使箱體內油位呈現動態階梯變化，形成動態油池。同時，潤滑裝置通過安裝于第三軸上的潤滑泵吸油，為輸入軸兩軸承提供強制潤滑，并不斷的向具有動態油池的上箱體和下箱體最上部的油池內補充潤滑油，圖7、圖8 中L 為油位。

圖7 無動態油池減速器運行油位

圖8 具有動態油池減速器運行油位

當然，減速器運行后箱體內潤滑油存在比較大的攪動和飛濺，油位并不是穩定的，但大致呈現圖8 中所示的階梯變化狀態。

目前，經改進的具有動態油池箱體傾角減速器已應用在陜西未來能源化工有限公司金雞灘煤礦預破碎設備上，功率為855kW，使用情況良好。從2019 年下井投入使用至今沒有出現油溫過高的故障情況。設備臺架試驗情況如圖9 所示。該設備目前已取得實用新型專利，專利證書如圖10 所示。

圖9 減速器試驗

圖10 專利證書

4 結語

該傾角減速器機傾斜安裝于工作機上，通過鑄造于箱體上的油池壁將箱體分割為3 個溝通的油池。運行后通過中間兩軸上齒輪甩油使部分油收集于單個油池內，油池壁周邊與齒輪之間較小的間隙可保證齒輪的通過并阻擋潤滑油流出，使箱體內油位呈現動態階梯變化，形成動態油池。該動態油池減速器可使最底部油池的油位降低，避免過量的攪油發熱，解決了傾角減速器由于攪油發熱引發的高溫故障，可廣泛應用于各技術領域需傾斜安裝的減速器上，具有重要的參考和實用價值。