悬臂式掘进机伸缩臂结构优化与应用

2018-02-15李常

机械管理开发 2018年12期

关键词：游隙单向阀润滑脂

李常

（大同煤矿集团永定庄煤业公司综掘预备队，山西大同 037024）

引言

悬臂式掘进机由于具有较高的能动性可适用于多种地质状况，其伸缩臂是掘进机的重要部位，然而在煤矿巷道恶劣的工作环境中，会由于掘进机进行截割时产生的落煤击打等出现故障。为保证综掘工作面安全、高效的生产，必须对悬臂式掘进机伸缩臂进行结构优化。

1 悬臂式掘进机伸缩臂的结构及问题分析

1.1 悬臂式掘进机伸缩臂的结构

某矿采用的悬臂式掘进机伸缩臂为内伸缩式结构，包括花键套、轴承、保护筒、外筒、内筒和主轴等部件[1]。内筒和联轴器都被直接固定在掘进机上，采用螺栓将外筒固定在截割减速器上，采用定位销将花键固定在截割减速器的输出轴上。其中主轴、内筒和保护筒在伸缩液压油缸的推拉作用下完成伸缩运动。此种结构具有紧凑、占用空间小、伸缩灵活的优点。

1.2 问题分析

安装在掘进机伸缩臂前端的轴承为调心滚子轴承，通过往轴承腔内注入润滑油进行润滑，采用的润滑油为锂基润滑脂，轴承腔的注油口在伸缩臂的前端[2]。此种设计会造成如下问题：

1）主轴前端采用的是调心滚子轴承，这种轴承的轴向间隙过大就会导致浮动密封出现破损，一旦浮动密封失效，粉尘可通过游动密封进入轴承腔。如果粉尘中含有较多的二氧化硅（硬度比轴承采用材质的硬度大），轴承在滚动时会带动粉尘在轴承腔内滑动，在腔内留下沟槽，长期如此沟槽会不断扩大导致轴承的配合游隙扩大，形成恶性循环。轴承的游隙过大会造成工作时的温升过快、过高，振动幅度、噪声和摩擦力矩也增大，不仅使得润滑油消耗过快，还会使得轴承寿命缩短。

2）在伸缩臂的前端设置轴承腔注油口，此设计不利于加注润滑油，并且在掘进机掘进时容易被落煤堵塞或者被损坏，空间狭小不利于检修。

3）采用的润滑油为锂基润滑脂，油脂的润滑持续时间持久，但散热较慢，而且还会损坏浮动密封。采用润滑脂对浮动密封进行润滑，此种润滑不利于在密封面之间形成水力润滑，导致浮动密封无法被完全润滑，使用寿命大幅缩短。而在轴承腔的内部，润滑脂会因为温度上升导致黏稠度降低，润滑脂的密度就会缩小，润滑性能降低，不仅会导致轴承腔内的油脂大量泄漏，还可能会导致润滑油脂失效。润滑性能减弱或降低一方面造成部件磨损增大，另一方面还会导致轴承的运转扭矩增大。如果润滑油脂过多，则会形成搅拌效应导致扭矩增大。

4）在浮动密封和轴承腔之间设置内喷雾配水装置旋转水密封，此种设计一旦旋转水密封出现破损，内喷雾管路中的高压水就会发生泄漏，不利于浮动密封的工作，并且如果轴承腔内进水，会导致轴承容易出现疲劳使用寿命缩短，还会加速部件的锈蚀，祸及整个伸缩臂。

5）采用钻孔的螺塞作为伸缩筒的透气孔，容易由于截割过程产生的落煤而被堵塞，透气孔一旦堵塞就会造成腔内的压力过高使得伸缩臂内筒与外筒之间的轴向密封破损，导致密封失效而造成保护筒端面漏油。

2 悬臂式掘进机伸缩臂结构优化

1）因为轴承运行时的游隙越小，轴承的使用寿命就会越长。为使在运行时的游隙尽可能小，常用轴承在安装时设有轴向游隙，而圆锥子轴承在组装时就可设置游隙。以双外圈圆锥滚子轴承作为主轴前端轴承，其包括一个整体外圈和两个单内环。轴承采用此种设计可以获得更大的有效跨度，常被用于主要荷载是在倾覆力矩上的设计。因此改进后的主轴前端轴承采用双外圈圆锥滚子轴承，依靠隔套和原螺母实现轴向预紧，保证有较高精度的定位和足够的承载能力，还可解决因轴承轴向游隙过大导致的浮动密封损坏失效[3]。

2）对内喷雾的供水管路进行改进优化，将密封套置于伸缩臂的顶端，依靠挡块连接主轴和实现轴向定位。采用水密封挡板和螺栓与进水套一起组合实现高压水路的密封，该部件依靠螺栓和浮封架进行联接。并且该部件可以直接进行整体更换，一旦高压水封出现损坏，可以直接将该部件拆卸，安装上备用部件，提高检修效率，保证掘进机的开机率；对于损坏的部件可在升井后进行仔细检查并进行更换，然后作为备用部件。利用浮动密封隔开轴承腔和内喷雾的进水套，并且进水套在轴承腔的外部，而且在轴承腔上设有漏水观测孔，通过此孔，可以观测轴承腔是否进水，若进水可以及时采取措施，解决因高压水发生泄漏导致的悬臂直接损坏或腐蚀。

3）加装一个由空气过滤器、进气单向阀和排气单向阀构成的预压式空气滤清过滤器，采用该装置进行透气。在伸缩臂进行伸出动作时会吸入空气，工作面潮湿且含有粉尘的空气会在过滤网过滤后变成干燥洁净的空气通过进气单向阀进入内腔，此时的腔内压力在预定压力之下，排气单向阀为关闭的状态。在伸缩臂进行伸出动作时，内腔中的油液的温度会上升产生油雾，这些油雾会导致内腔中的压力增大，当内压高于排气单向阀的预定压力时，单向阀就会打开并向外排气，避免腔内压力过高。而在伸缩臂缩回时，排气阀也会自动向外排气，保证内外压平衡。如此往复，保证掘进机伸缩臂在执行伸缩动作时稳定工作，同时延长有关部件的使用寿命。

4）由于润滑膜的厚度和轴承的游隙会对轴承的使用寿命造成影响，而温度直接影响这两种因素，因此采用散热性更好的齿轮润滑油替代锂基润滑脂润滑轴承腔。采用齿轮润滑油不仅可以解决浮动密封损坏的问题，还可将运行时接触面之间摩擦产生的热量及时导出，避免热量集聚，为浮动密封提供充分的润滑和适宜的温度。将注油口向后移动，避免截割煤壁时被落煤砸到，并将注油口的直径适当扩大，便于注入润滑油，提高为伸缩臂保养的工作效率。

3 现场应用

某矿对掘进机的伸缩臂进行结构优化后，进行了为期六个月的工业试验，在试验期间：掘进机进行截割作业时伸缩臂内腔的温度由最初的80℃以上降低至现在的45℃以下，液压元件的磨损降低，浮动密封和注油口在使用期间未出现损坏，伸缩臂的故障率大幅降低。目前，伸缩臂改进已被用于该矿的其余两个综掘工作面的掘进机，使用情况良好。