EBZ—160掘进机截割部工况及故障分析

宋朝英

摘要：为了研究EBZ-160掘进机作业时截割部在不同空间位置的工况，对掘进机截割部的整体结构进行了仔细分析，根据各执行油缸动作时的受力分析，对截割部各种工况进行了载荷分析，对掘进机截割时的稳定性、截割顺序及结构改进和优化有参考价值，并通过故障分析，提供了相应的故障原因。

Abstract： In order to study the working conditions of the cutting part in different spatial positions during the operation of the EBZ-160 roadheader， the overall structure of the cutting part of the roadheader was carefully analyzed. According to the force analysis of each cylinder operating， the load analysis of various working conditions of cutting department was carried out， which had reference value for the stability， cutting sequence and structural improvement and optimization of the roadheader cutting， and provided the corresponding fault reason through fault analysis.

关键词：EBZ-160掘进机；截割部；结构；工况分析；故障分析

Key words： EBZ-160 Type roadheader；cut section；structure；condition analysis；failure analysis

中图分类号：U455.3+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0160-03

0 引言

随着煤矿生产系统机械化程度越来越高，机械设备故障对生产产生的影响已成为生产滞后的一大因素，降低机械设备故障率有利于生产的有序进行，而掘进机作为掘进工作面最主要的机械设备，它的正常运行是掘进工作面正常生产的关键。为此，要對掘进机的故障进行系统分析和处理，通过研究掘进机的结构原理、工况分析、传动原理能对故障进行有效的判断和处理。

1 截割部结构及工况分析

1.1 截割部总体结构分析

EBZ-160掘进机截割部由截割头、伸缩部、截割减速机、截割电机等组成。截割部总体结构如图1。

截割头为园锥台形，截割头最大外径为955mm，长930mm，在其圆周分布37把镐形截齿，截割头通过花键套和2个M30的高强度螺栓与主轴相联。伸缩部位于截割头和截割减速机中间，通过伸缩油缸使截割头具有550mm的伸缩行程。伸缩内筒与伸缩保护筒及主轴等零件通过伸缩油缸、导向键一起与伸缩外筒、花键套产生前后移动，推动截割头前移，切入掘进工作面。工作时伸缩部的主轴后端通过花键套与减速机输出轴联接一起旋转，前端与截割头连接使截割头发生旋转，实现切割物料的目的。截割减速机是两级行星齿轮传动，它与伸缩部用26个M24的高强度螺栓相联。截割电机为双速水冷电机，使截割头获得2种转速，它与截割减速机通过定位销和25个M24的高强度螺栓相联。伸缩部如图2。

1.2 截割部工况分析

掘进机工作时，截割臂伸缩油缸、升降油缸和旋转油缸可独立动作，也可以通过两个以上油缸同时动作来完成其他工况的动作，各动作油缸动作时所受到的力可表示为以下四个力。

①伸缩油缸伸缩动作（伸缩油缸伸缩力F1）；

③截割部上升与下降动作（升降油缸伸缩力F3）。

根据掘进机同时动作的油缸数量的不同，将掘进机工况分解为如表1中7种工况。

表中1代表动作的发生，0代表动作不发生。

从表1中可以看出第7种工况受力最为复杂，确定为受力最复杂、负荷最大工况。

掘进机的各个工作位置是是由回转油缸、伸缩油缸和升降油缸的位置确定的，通过通过分析不同工况下掘进机的负荷情况，可了解掘进机的最佳截割方式，从而减小设备负荷，减少故障率。

1.2.1 水平摆动力（回转油缸）

根据不同的工作位置可以算出截割头上的水平摆动力，回转平台和完成回转运动的两个油缸作用方式如图3 所示。

回转力矩根据旋转角度α变化，通过计算得出回转力矩最大时对应的旋转角度。当α为0时（即处于中间位置时）回转力矩M最大。通过对截割臂在横向位置的分析，得出结论，掘进机在截割时应从巷道最左端或最右段开始截割，从而减少大回转力矩启动做功，减小设备负荷。

1.2.2 垂直升降力（升降油缸）

截割臂在垂直方向上的位置由升降油缸决定，根据截割头和截割臂自身重量和升降油缸作用于截割臂的升降力做出截割臂在垂直方向上的受力分析如图4。

截割臂在某个空间位置静止时，截割头和截割臂自身重量G在垂直方向上与伸缩油缸作用力F在垂直方向上的分力F0相等，此时伸缩油缸克服截割臂重力做功。截割头截割进入煤壁后向下截割时，截割臂收煤壁作用于截割头的向上的承载力，所以伸缩油缸及截割臂的在截割臂向下截割时负荷较小。通过截割臂在垂直方向上位置的分析，截割臂应尽量避免自下向上的截割动作。

1.2.3 掘进推向力（伸缩油缸）

伸缩油缸的推进力取决于伸缩油缸的推拉力，与位置无关，当伸缩油缸伸出长度最长时会改变截割臂重心前移，导致截割臂在空间位置运送时力矩增大，从而增加负荷。

通过以上分析得出结论，掘进机在截割作业时整体截割方向应自上而下、自巷道一边巷帮至另一边巷帮，应尽量减少伸缩油缸的伸出量，截割路线示意图如图5所示。

2 截割部故障分析

2.1 截割部不转动

①截割电机损坏，截割电机绝缘老化，电动机烧毁等原因，导致电机无法启动。

②减速箱损坏，减速箱密封损坏，润滑油泄露严重，减速箱内转动部件缺少润滑；减速内齿轮油污染严重，失去润滑作用，轮齿磨损严重。齿轮油污染导致润滑效果下降，转动部件干摩擦增加，温度升高，温度越高润滑油粘度降低，润滑膜变薄，润滑效果走入越来越差的恶性循环，最终导致轮齿磨损，导致传动失效。

③花键轴损坏，负荷过大，内外花键磨损严重，导致花键轴花键破碎、变形，导致传动失效。

2.2 油缸不动作

①升降油缸密封损坏，导致卸压。

②闭锁阀损坏，无法自锁，导致卸压。

3 结语

在掘进机的掘进作业操作过程中，根据对不同工况的了解，可优化不同的截割位置和截割顺序，能有效减少掘进机截割部的负荷，减少故障率，同时可根据截割作业中最佳工况对截割部的结构进行优化和改造。

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