WK-10B 矿用挖掘机四大机构主要故障检测方法

张 建，陈红权，尹 力，林震源，陈 勇，陶雪宏，朱龙龙

（1.安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司高村铁矿，安徽马鞍山 243000；2.安徽马钢矿业资源集团矿山科技服务有限公司，安徽马鞍山 243000）

0 引言

WK-10B 挖掘机是我国自行研制的、适用于千万吨级大型露天矿的主采设备[1]。马钢高村铁矿于2011 年购入该型号挖掘机（图1）。该型号挖掘机工作性能稳定、生产效率高，在运行的10 年间，回转机构、提升机构、推压机构和行走机构等部位出现过故障，使用科学有效的检测方法提高检测效率，保障设备生产效率具有重要的意义。

图1 WK-10B 矿用挖掘机

1 机构与原理

（1）回转机构由并联且各自独立的两套机构组成。回转电机为立式安装的双轴伸结构，下方轴伸安装回转电机小齿轮，上方轴伸安装回转制动器制动轮。回转电机小齿轮带动二轴大齿轮转动，二轴小齿轮带动三轴大齿轮转动，三轴小齿轮带动回转立轴大齿轮转动，回转立轴实现动力输出。

（2）提升机构采用双电机驱动，机构的一级传动为合流型式，二级传动为分流型式。提升电机驱动二级斜齿轮减速器到提升卷筒，通过收放钢丝绳来实现铲斗的升降。

（3）行走机构是一套集中且独立的传动机构，为双电机驱动的合流式结构，由行走电机、左/右离合器、梅花形弹性联轴节、行走制动器、行走减速器、润滑系统、调整垫片、联接螺栓等组成。行走电机通过梅花形弹性联轴节带动一轴转动，一轴轴齿轮与二轴大齿轮啮合，二轴轴齿轮带动三轴大齿轮转动，三轴小齿轮带动四轴大齿轮转动，四轴通过左/右离合器将动力传递左/右边轴，边轴小人字齿轮带动大人字齿轮，大人字齿轮通过主动轴传递主动轮，主动轮和履带链采用亚节距啮合，实现动力输出。

（4）推压机构：推压电机通过轴头齿轮带动大齿轮转动，大齿轮通过气囊力矩限制器将动力传递给二轴，二轴轴齿轮带动推压轴大齿轮转动，推压大轴带动两侧推压齿轮转动，推压齿轮与齿条啮合，实现铲杆推压和伸缩功能。

2 常见故障分析

挖掘机常见的故障是减速器油泵的损坏，一般故障表现为润滑不良和齿轮、轴损坏。推压机构为开式齿轮传动，无法使用稀油润滑，因此只能使用干油润滑。回转减速箱、提升减速箱和行走减速箱箱体较大，高山铁矿采用的是稀油自循环润滑方式，这种自润滑方式具有只要加大油量就可以有效避免因回油不畅吸空而失润滑的优点[2]。这种自润滑方式的缺点是，当齿轮之间经历了一段时间的正常磨损和疲劳磨损，磨下的颗粒会残留在润滑油中，并随着润滑油一起参与到齿轮的啮合过程中，此时磨损的形式除了普通磨损和疲劳磨损，还会混合磨料磨损[3]，从而加剧齿轮的磨损，使齿轮啮合间隙变大，出现噪声，由于减速箱的小齿轮转速高、轴细，会出现小齿轮崩坏、轴断裂的事故。

3 检测方法

针对上述常见故障，常用的检测方法如下：

首先是定期检测、更换润滑油。一般是通过观察润滑油的清洁度来判断是否需要更换润滑油，这种方法简单而且可行度高，但是由于每次观察都需要打开密封的减速箱，操作复杂，而且挖掘机工作地点为矿山，每次打开减速箱都有可能导致外界灰尘进入减速箱，因此可以在减速箱上设置专门的采样口，便于采样，或者利用连通器原理，将减速箱改造出一个观察区，可以直接观察到箱内的油是否清洁。

其次是定期检查齿轮。由于减速器是密封的，检测齿轮是否故障也成为一大难点。现场通常通过声音来判断减速箱内的齿轮是否发生损坏，这种判断标准经验性较强而缺乏科学指导，对操作人员经验要求高，不适合新手操作，因此需要有一种科学有效的方法来指导判断，一是可以减少对操作人员经验的要求，减少用人成本，二是科学性较强、判断准确，可以节省经济成本。

减速箱齿轮故障的判断方法有以下5 种[4]：

（1）磨损残余物分析法：通过从润滑油中提取出磨损残余物，根据残余物的数量和大小来判断磨损程度。

（2）振动检测法：通过传感器收集振动数据，根据振动数据绘制振动曲线，正常减速箱内的振动呈周期性，并且每个波峰波谷的大小相当，如果某个异样波出现，即振动敏感点，则说明箱内出现损坏。

（3）声发射诊断法：利用发声设备发出声波，然后利用传感器接收返回的声信号，由软件自动处理分析是否出现损坏。

（4）光纤传感技术诊断法：监测齿轮温度、频率等参数，一旦发现异常波动，就会反馈给光纤传感器，由专业软件分析是否出现异常。

（5）人工神经网络技术诊断法：利用振动信号的时域、频率来判断是否出现故障。声发射诊断法需要消除背景噪声，不符合现场实际情况。

光纤传感技术诊断法和人工神经网络技术诊断法成本较高，不适用于矿山现场工作。磨损残余物分析法简单实用，但是每次采样和分析耗费时间，还有可能因开启减速箱导致灰尘进入。振动检测法不需要打开减速箱就可以检测，快速有效，因此更适用于矿用挖掘机减速箱齿轮损坏检测。

最后需要注意定期检测油泵的工作状态。目前现场缺乏油泵状态检测的措施和手段，每次都是泵坏了之后再维修或者更换，效率非常低，而且泵损坏之后如果不及时停机还会连带损坏减速器内其他部件。如果使用振动检测设备，不仅可以检测齿轮的损坏，还可以以同样的原理用于监测油泵的运行状态[5]，防患于未然，避免在工作的关键步骤出现问题，进而避免巨大损失。

4 总结

WK-10B 挖掘机的故障主要出现在减速箱内，为了避免工作过程中发生意外，日常的检修至关重要。润滑油的更换往往以肉眼观察浑浊度为标准，但是每次取样费时费力，还可能在油中混入新的灰尘，因此可以设置专门的采样口或者观察室。传统的齿轮损坏检测是通过声音来判断，经验性较强，准确度无法保证，而泵的损坏则缺少检测手段，只能损坏后再更换，效率低、风险大。采用科学的振动检测手段，不仅可以检测出齿轮损坏，还可以检测油泵的状态，方便快捷，而且准确性高，可以在事故发生前防患于未然，极大地提高工作效率、降低维修成本。