浅析WK-35电铲减速箱故障及预防措施

摘要：简述了WK-35电铲减速箱的基本构造以及工作原理，结合神华北电胜利能源有限公司胜利露天煤矿近年的维修故障统计数据，对减速箱各个配件发生的故障情况进行了分析，并提出了有针对性的改进措施，可以有效降低故障发生频率。

关键词：电铲;减速箱;故障;改进;维修

中图分类号：TD422    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）02-0032-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.009

1    WK-35电铲及其主要传动机构简介

WK-35电铲为我司目前主要使用的挖掘设备，其能够与载重量172～263 t的矿用自卸汽车配套，适用于年产量在1 500万t以上的大型露天矿的岩石剥离和物料采装作业。WK-35电铲主要由铲斗、斗杆、起重臂与推压机构、开斗机构、提升机构、回转机构、行走机构等组成，其中，推压机构、提升机构、回转机构以及行走机构均通过减速齿轮传递动力。

行走机构采用左、右履带单独驱动的方式[1]，行走减速机采用硬齿面圆柱齿轮传动加二级行星齿轮传动，其第一级行星传动件可与回转一级行星齿轮传动件完全互换。驱动轮、张紧轮、支重轮等采用合金钢或高锰钢铸件或锻件，履带板采用高锰钢铸件。其工作特点是使用频率低，行走距离短，实际使用过程中受到的冲击荷载较小，因此故障率相对较低。

推压减速箱属于二级减速机构[2]，工作原理是推压电机通过联组胶带驱动减速机，减速机内部的二级减速传动把驱动力传给推压轴和小齿轮，推压轴上的小齿轮和斗杆上的齿条啮合，再通过鞍座带动斗杆做前伸或后缩运动。鞍座承受斗杆传递的荷载并控制斗杆的运动方向。

回转减速箱是一级直齿轮传动和一级行星齿轮传动的立式减速机，其通过定位支口、定位销螺栓等安装在中部平台上部，并在与平台的连接面上焊接有挡块，防止回转过程中减速机左右摆动而剪断连接螺栓及定位销。

提升机构的减速箱通过销与焊接在回转平台上的支架连接，后面的销轴比前面的销轴稍微大一些，两个销轴不能互换，前后两个销轴穿入支架上的衬套中。每套提升减速箱均包括两个中间齿轮轴组件，每个中间齿轮轴同时从两面给铲斗传递动力。中间齿轮轴的作用是降低一级减速轴传递的速度，并将其传递给提升卷筒轴。一级减速齿轮与中间齿轮轴是键联合，中间齿轮轴与装在提升卷筒轴上的二级减速齿轮花键啮合。

2    历年电铲减速箱故障情况分析

通过表1的统計分析可以看出，推压减速箱、提升减速箱以及回转减速箱均出现过轴断裂的故障，而行走减速箱仅出现过轴承损坏、减速机漏油的故障，其原因为电铲行走减速箱使用频率较低，相对而言，在电铲工作过程中使用频率较高的回转减速箱以及提升减速箱，其内部轴体发生断裂的频率明显高于其他减速箱。

结合表1分析可知，造成减速箱故障的原因主要有以下几点：

（1）配件质量，例如轴的材质。

以推压减速箱为例，推压减速箱中的推压一轴采用的是20CrMnMo高强度渗碳钢，推压二轴采用的是20CrMnTi高强度渗碳钢，其中20CrMnMo的屈服强度、抗拉强度、许用疲劳应力以及弹性模量分别为885 MPa、1 180 MPa、364 MPa、2.07×105 MPa，而推压二轴的20CrMnTi的屈服强度、抗拉强度、许用疲劳应力以及弹性模量分别为880 MPa、1 100 MPa、350 MPa、2.07×105 MPa。经过分析可知，推压二轴的材质屈服强度、抗拉强度以及许用疲劳应力小于推压一轴，在使用寿命上也比推压一轴略短一些。

（2）工作环境。

露天矿的工况条件差，工作负荷大，尤其是提升系统，在电铲作业中，铲斗的提升和下降十分频繁，受到的冲击和荷载复杂多变，容易发生故障。此外，连续作业会导致变速箱内油温长时间过高，工作人员无法得知轴体是否超过其疲劳强度，因此长时间工作易发生轴断裂现象。

（3）维护与保养分析。

日常维护保养不规范，未在规定时间内对变速箱进行检修维护，以及点检不认真、无法进行探伤、润滑油品未及时更换等问题，都会影响变速箱内部零件的使用寿命。

（4）润滑脂的变质。

物理因素、化学因素的变质以及水分、杂质、有害气体、真空度、溶剂等，都会影响到润滑脂的密封性能、润滑性能、抗磨损性能，进而影响设备的正常工作。

（5）操作方面。

工作人员操作水平层次不同，未能严格遵守操作规程，导致设备故障。

（6）工作人员素质方面。

员工缺乏责任心和主人翁意识，在工作中存在不积极保护、不主动维护的心态，认为设备损坏与自己无关。对此，应加强对员工的责任心的教育培养，使其树立主人翁意识，并建立完善的责任监督制度。

3    排查方法及改进措施

3.1    排查方法

故障排查可采用“一听二看”的方法[3]，具体如下：

（1）听提升发动机、电动机以及回转电机、推压电机等运转状态是否正常;

（2）听变速箱是否有异响;

（3）听气路是否畅通;

（4）观察电动机、发动机整流子的光洁度以及刷架、刷窝、碳刷棒是否过度磨损;

（5）观察联轴器的螺丝是否松动;

（6）观察减速箱是否存在漏油现象;

（7）观察仪表温度是否正常。

3.2    改进措施

（1）在操作过程中，积极推行“稳推进、慢加劲、柔和操作、不过逆回转”的操作规范，同时树立“三分修理、七分维护”的维修理念[1]，培养员工的主人翁意识，增强员工的责任感。在日常维护过程中，经常检查易损元件的状态并及时更换，对经常出现故障的部位进行预防性的检查和处理，对于避免故障发生和故障扩大有重要作用。要根据设备运行时间和元件疲劳程度，逐渐完善日常维护内容，以便能更好地、有重点地对设备进行维护，从而保证设备的出动率，延长设备使用寿命。

（2）加强设备的日常维护和保养，建立严格的设备排查时间表。针对不同类型的设备，根据其零件更换或损坏周期，制订具有针对性的故障排查表，同时根据每个零件的使用标准，制订合理的维护保养计划。特别是对变速箱油、润滑油等应进行严密的监控，由于工作环境过于恶劣，要坚决避免出现润滑油中掺入杂物造成齿轮卡滞等完全可以避免的故障;对变速箱油、润滑油的温度也要进行必要的监控，保持油脂加注时的清洁;根据现场实际情况合理分析推压轴套的注油间隔时间，保证充分润滑。

（3）积极引进先进的仪器和技术，对各减速箱的参数状态进行高精度监测，出现异常时及时提醒工作人员。

（4）在检查检修过程中，要对各个配件的外形、尺寸进行检查，例如目测和尺测等，目测内容主要包括配件表面是否存在点蚀、磨损、划痕、变形等缺陷，尺测为尺寸数据的精确测量。为了控制各个配件之间的配合精度，出现异常应该及时反馈。

（5）安装推压机构防过载保护装置，WK-35电铲通过推压电动机带动推压胶带，推压胶带再推动推压输入轴进行转动，推压胶带在推压电动机以及推压输入轴之间起到传递作用。在推压电动机、推压输入轴部位分别安装测速编码器，分别获取电铲用于带动推压胶带的推压电动机的转速作为电动机转速以及推压输入轴的转速;通过信号电缆将监测到的两个速度信号传送到信号接收器PLC的计数模板中，计数模板再将二者经过转化后发送到PLC的中央处理器中，PLC的中央处理器中的程序可以将推压电动机的转速与推压一轴进行对比，当二者最大速度超过一定的差值且持续3 s时，说明胶带出现了严重的打滑现象，表明推压斗杆受到较大荷载，此时应停机使推压机构得到保护[4]。

4    结语

减速箱作为电铲动力系统的重要部件，在工作中承受着巨大的荷载，本文通过对WK-35电铲各减速箱历年故障数据进行统计，分析了减速箱的故障情况，并提出了有针对性的排查措施以及改进方法。另外，本文还总结了先进的操作规范以及维护理念，可采用先进的设备，例如安装推压机构防过载保护装置，对减速箱的状态进行监测和报警，从而延长设备的使用寿命，降低故障发生的频率。

[参考文献]

[1] 王清心.WK-35电铲疑难故障及维护[J].煤炭工程，2017，49（7）：84-86.

[2] 王樹兵.WK-35电铲推压减速箱齿轮失效分析[J].露天采矿技术，2015（3）：35-36.

[3] 李兴华.浅谈WK-4A型电铲提升传动系统的常见故障及诊断方法[J].黑龙江冶金，2015，35（4）：48-50.

[4] 刘颖.煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施[J].煤炭技术，2013，32（1）：38-39.

收稿日期：2021-10-20

作者简介：张伟（1975—），男，天津人，技师，研究方向：露天矿采矿设备的维护维修。