WK-55电铲提升滚筒故障原因及修复方案

卢云峰

（神华准能集团有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

WK-55电铲提升滚筒故障原因及修复方案

卢云峰

（神华准能集团有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

WK-55电铲是准能公司露天煤矿采掘和剥离的主要设备，自2010年初准能公司从太原重工股份有限公司引进该设备，在露天矿剥离生产任务中扮演者举足轻重的作用。随着使用年限的增加，设备均存在不同程度提升滚筒轴损伤。针对电铲提升滚筒的修复技术以及应用做了分析，包括滚筒损坏原因及修复方案，此方法可应用于多种电铲提升滚筒上。

WK-55电铲；提升滚筒；滚筒轴及辐板；修复

Abstract:WK-55 electric shovels are the main mining machines in the open-pit coal mine.Since the beginning of 2010,our company has purchased the model ofmachine from TZ,which play very important role in the mining production.As the operating hours increase,shovel hoist drum stubs have experienced some different degree of failures.This article analyzes the repair technology and application of WK-55 electric shovel hoisting drum failure as well as including the root cause analysis for the hoist drum failure.

Key words:WK-55 electric shovel;hoisting drum;drum stub and radial;repair

0 引言

WK-55电铲是中国神华哈尔乌素露天煤矿（以下简称哈矿）采掘和剥离的主要设备之一，在露天煤矿日常生产过程中起到了非常重要的作用，若设备发生故障，造成的产量损失是非常巨大的。电铲整机运行过程中，提升机构起到了极其重要的作用，可以说是电铲最重要的传动机构。提升滚筒在运转过程中，其特点是频繁启动和制动，频繁正反转，承载的负荷非常大且长时间在拉底多、电压波动大等恶劣作业环境下运行，承受着巨大的交变载荷,工作过程中造成滚筒轴断、辐板开裂等故障。

1 WK-55电铲提升滚筒结构

WK-55矿用挖掘机的提升机构是驱动铲斗进行挖掘作业的主要传动机构，通过滚筒装置上的钢丝绳牵引铲斗作上、下运动，提升机构示意图如图1所示。

图1 提升机构示意图

提升机构采用双电机并联驱动铰接于回转平台上，在回转平台上为纵向前后布置以平衡载荷。双提升电机传动系统平衡了传动齿轮的负荷，减小了快速正反转带来的机械惯性。可反装的滚筒大齿轮提高了齿轮的使用寿命。

提升机构主要由提升电机座、提升电动机、联轴器、输入轴、中间轴、提升齿轮箱、滚筒装置、制动器及提升钢丝绳等组成。提升机构采用两级硬齿面圆柱齿轮传动，第1级采用圆柱斜齿轮传动，第2级为圆柱直齿轮传动，属双输入单输出的平行传动系统。

2 提升滚筒故障原因分析

哈矿在用的3台WK-55电铲已连续运行6 a，累计运行时间平均约30 000 h，陆续出现提升滚筒非齿轮侧轴裂或断的故障，导致设备无法再继续正常运行。

2.1 故障现象

轴断后从断口情况看，比较符合疲劳损伤断裂的特征，断口晶粒细致、均匀，无明显的制造加工缺陷，如夹杂、气孔及表面磕碰划伤情况。经与生产制造厂家对照生产制造工艺，该滚筒轴在设计、制造和安装时，都严格执行了相关的行业标准和国家标准。而且轴的材质、探伤、性能及加工等环节也是完全符合其图纸资料、标准及工艺规范的要求。

2.2 故障原因

1）疲劳断裂。WK-55电铲一直满负荷运转，年累计运行时间约6 000 h。经过数年长期在高低温、重超载、经常碰撞等恶劣露天矿作业环境及条件，以及提升滚筒运转过程中，本身存在的特点是频繁启动和制动，频繁正反转，工作过程中承受着巨大的交变载荷，再加上长时间在拉底多、电压波动大等露天矿固有特点条件下运行，几种因素同时作用，造成滚筒面板与辐板焊接处、辐板与轴焊接处等主要受力处形成显微损伤，逐渐扩大直至轴断裂。这应是造成滚筒损坏的主要原因。

2）地质工况恶劣造成断裂。哈矿除3台WK55电铲外，5台495HR电铲在相同部位也都出现了程度不同的损伤。但在相邻的黑岱沟露天煤矿（以下简称黑矿），相同的电铲，与哈矿使用时间相当，在相同的部位损伤却很轻微。哈矿地质赋存条件相比黑矿更加恶劣，岩石层厚度更大，爆破后大块率更高等，相同的剥离量对电铲的损伤更大。

3）司机操作不当造成断裂。操作设置在司机座右扶手上的提升主令控制器SH和安装在操作台上的提升/推压按钮S529、以及用于提升制动器的松闸按钮S523、抱闸按钮S524上，共同完成电铲提升机构的提升和下降运动。

在挖掘工作时，司机容易忽略将提升/下放控制器回到中间零位，加剧滚筒轴损坏。规范动作应该是，当提升运动向下放运动转换时应先将主令控制器从提升方向回到中间位置，然后再将主令控制器推向下放方向，这样避免滚筒轴承受更大的反向作用力，长期不规范的操作，缩短了滚筒的使用寿命。

4）设计缺陷造成断裂。不同的地质条件、作业环境、操作者习惯和熟练程度以及配合设备等，都会对设备提出不同的要求。针对哈矿电铲的提升系统，应在经常发生开、断裂的地方改变设计，根据力学原理，从滚筒轴受力角度分析，加强受力点的强度。

3 修复方案及注意事项

WK-55电铲提升滚筒轴由于部件尺寸、质量较大，同轴度要求非常高。

3.1 修复方案

WK-55电铲提升滚筒辐板和连接轴是锻件，确定最佳方案是重新制作辐板、法兰和滚筒轴，更换法兰、轴并焊接新辐板，最后消除应力。

将原来的轴从滚筒及辐板上切除，并将辐板和法兰从滚筒上切除。重新加工锻造的轴、法兰。探伤合格后将轴装入。轴、法兰及辐板之间的配合方式为过盈配合，将辐板和法兰进行加热焊接，缓冷后探伤，再将外侧辐板装在滚筒内加热焊接，缓冷后探伤。修复过程中，装配焊接工艺要求极为严格，锻件及板材选用时一定要提前做好探伤工作，检查是否有缺陷。焊接前需要把焊接区域整体预热到一定的温度且整个焊接过程中温度波动不能过大。焊修后，用外包绝缘毯的方式缓冷。每一道焊缝均利用磁粉探伤，确保无裂纹。

3.2 修复要求及工艺过程

滚筒轴是贯通滚筒两端的一件长轴，与滚筒的配合部位，大端（断裂端）为Φ410 mm，小端为Φ380 mm，过盈量为0.163～0.272。修复时，只能采用机加工的方法将断轴去除。修复工艺过程如下：

1）先在机床上检测确认加工工艺基准和滚筒现在有无变形等。作好记录。需要时在适当部位加工出工艺基准。

2）拆卸掉Φ380 mm轴端的挡盖、轴承、定距环、隔套等零件。做好齿轮与滚筒相配位置标记，卸下36套螺栓螺母，卸下齿轮。采取保护性拆除，尽量不损坏零件。修磨抛光齿轮防护罩密封部位的磕碰划伤痕迹。

3）采用切割的手段切除Φ380 mm轴端的外露轴径部分。

4）用镗床钻、镗掉Φ380 mm轴端幅板轴承座孔内残留的轴径。加工时严格按照工艺基准找正、垫平、卷圆，不得损伤轴承座孔，并检测记录该孔的实际尺寸公差。

5）将滚筒装置轴大端向上，采用切割的手段割开Φ410 mm轴端的幅板，并将幅板及残轴吊出。

6）在立车上按照工艺基准找正垫平，加工焊接新幅板的内圆止口，注意要将原止口直径加大6 mm，将原焊接造成的热影响区去掉。

7）配制、焊接新的轴承座、幅板。采用振动时效的方法，消除焊接应力，并对焊缝进行探伤，符合图纸要求。

8）在镗床上严格按照工艺基准找正、垫平、圈圆，加工出需焊接轴承座的孔。要保证与未更换端的轴承座孔的同心度。

9）待新的滚筒轴加工好后，在加热炉中加热滚筒到180℃，保温10 h，出炉、摆正，吊装新的滚筒轴。按照原位置标记装好齿轮，装好螺栓螺母等，拧紧。

10）在车床上检测轴两端及滚筒上的工艺基准处同心度，误差符合图纸要求。

3.3 焊接注意事项

1）底层焊接要保证根部焊透，盖面时要控制焊缝防止咬边，确保焊缝质量。

2）焊接完一层要用敲击器将焊渣清理干净，并用角磨机将表面飞溅的铁渣打磨光滑。

3）焊接全过程要用测温枪测量焊缝及层间温度，保持在204℃以上。

4）多层多道焊接时，焊缝要压在上一道焊缝的一半焊道上进行焊接。

5）焊接时，利用铁锤敲击辐板去除焊接应力。6）使用气动打渣器，通过打渣器的振动可以减小焊缝应力集中。

7）打磨完焊缝，如有缺肉应及时进行补焊，补焊时要注意咬边。

8）焊后探伤。焊接完毕后待温度降至室温，对焊缝做焊后磁粉探伤，确保整个焊缝无缺陷。

4 结语

修复完成后，将修复后的滚筒重新安装在设备上，通过一段时间的实践检验，未出现相关问题。本次改造成本小、时间快，电铲迅速恢复生产，保证了紧张的生产任务能够有序进行。

［1］WK-55挖掘机机械维修手册［M］.太原：太原重工股份有限公司，2010．

［2］WK-55挖掘机操作手册［M］.太原：太原重工股份有限公司，2010．

［3］陈宝国.焊接技术［M］.北京：化学工业出版社，2009．

［4］濮良贵，纪名刚.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，2001．

［5］荆元昌．露天采矿机械［M］.北京：煤炭工业出版社，1988．

［6］卢东晓．大型矿用挖掘机回转装置动力学仿真研究［D］.长春：吉林大学，2007．

［7］张茂龙，江燕云，钱旭辉，等．大型插入式斜接管与筒体焊接工艺及变形控制技术［J］.压力容器，2008，25（6）：28-31．

［8］赵海珍，师明霞．WK55挖掘机提升卷筒的加工制造［J］.机械管理开发，2012，10（5）：118-119.

【责任编辑：陈 毓】

Fault causes and repair scheme of WK-55 electric shovel hoisting drum

LU Yunfeng
(Shenhua Zhunneng Group Co.,Ltd.,Ordos 010300,China)

TD422.2+1

B

1671-9816（2017）10-0050-03

2017-05-08

卢云峰（1965—），男，工程硕士，1988年毕业于山西矿业学院电气自动化专业，现任神华准能集团有限责任公司安全监察局常务副局长，长期从事露天煤矿机电设备的维修和管理。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.015

卢云峰.WK-55电铲提升滚筒故障原因及修复方案［J］.露天采矿技术，2017，32（10）：50-52.