WK-10B 型矿用电铲支轮装置改进分析

高宇，刘泽

（国能宝日希勒能源有限公司设备维修中心，内蒙古 陈旗 021599）

WK-10B 型矿用电铲是由山西太原重工股份有限公司研制并生产的一种矿用大型机械，在国内露天矿场开采中应用比较广泛，目前已经售出200 多台。支轮装置作为WK-10B 型矿用电铲行走机构的重要组成部分，受到的磨损程度一直较大，其维修保养的频率更高，由于原有的支轮装置采用的是整体式锻造结构，导致支轮一旦出现裂纹就会使整个支轮完全报废，这大大增加了支轮的维护费用，因此有必要对WK-10B 型矿用电铲的支轮装置进行设计改进，以提升支轮装置的使用寿命，降低维护费用。

1 工程背景

国能宝日希勒能源有限公司位于内蒙古自治区陈旗宝日希勒镇，目前已购买和正在使用4 台WK-10B 型矿用电铲，主要由提升机构、推压机构、回转机构、行走机构、开斗机构等结构组成。WK-10B 采用直流电机，整机吨位490t，铲斗容量12m3，额定功率750kW，行走速度0.69km/h，接地比压253kPa，爬坡能力13%，最大挖掘半径18.9m，最大挖掘深度2.2m，最大挖掘高度13.53m，最大卸载高度8.6m。见图1。露天矿采场煤尘大，春季风沙大，风力最大等级达到8 级，最大风速达到17m/s，年平均温度为-2.6℃，极端最高和最低气温分别为40℃和-50℃，平均积雪天数为149d/年，最长积雪天数达到178d/年，最大积雪深度为23cm，在如此极端天气下，对WK-10B 各机构的工作性能提出了更高要求。

图1 WK-10B 露天开采示意

支轮作为行走机构的重要组成部分，对电铲的移动灵活性和生产效率具有重要影响。WK-10B 型矿用电铲现使用支轮为整体式铸造型，一旦存在缺陷则可能出现轮体开裂情况，直接导致整个支轮报废，同时支轮与支轮轴的更换工作需拆解履带链，检修需要耗费大量的人力和物力，工作量大，且需要耗费很长时间。因此有必要对WK-10B 型矿用电铲支轮装置进行设计和改造以保证在设备每个大修期内支轮装置不发生故障，同时支轮应该为可拆卸式，这样可以最大程度减轻维修作业人员的工作量。

2 支轮改造技术路线

2.1 改造技术目标

为了提高支轮的使用寿命，同时减小维修作业时的拆卸工作量，提出从结构、工艺和材质三个方面对支轮进行改造；（1）对支轮结构进行重新设计，将支轮整体式结构更换为分体式锻造结构；（2）将支轮轴套更换为多基G-57 材料的免维护耐磨材料；（3）在支轮装置上增加防尘密封装置。

2.2 支轮结构及工艺改造

原支轮结构为整体式结构，一旦出现问题容易导致支轮整体报废，而且维修过程的工作量很大，因此首先需要将支轮结构由整体式改进为分体式锻造结构。分体式锻造结构是一个将大中型复杂构件拆分成两个或者两个以上的锻造工艺，具有优质、高效、低耗和成本低等特点，通过最佳工艺方案和最小投入获得最优的产品和效益。

具体结构改造方案为：支重轮采用全锻造结构，外缘磨损后可更换，支重轮支撑段台阶外部套接固定有外轮套，台阶外圆圆周轮廓和外套轮的内轮毂相应，采用分体式设计，支重轮在使用一个大修期后，外缘磨损的支重轮外套可以随意更换，外套表面采用U 字型热处理工艺，表面热处理硬度达到HRC55-60，深度达到4cm 以上，使轮缘在使用过程中不会出现卷边现象。分体式锻造结构支轮见图2。

图2 分体式锻造结构支轮

锻造工艺改进：当支轮采用整体式锻造结构时，需要经历下料→加热到1200℃，镦粗→二次加热出炉，抠出支轮孔→三次加热出炉，采用合模锻造，切除飞边和冲洗掉内孔连篇皮等步骤，而采用分体式锻造结构时，仅需要两次加热出炉，然后拼接起来即可，合格率可达99.8%，同时生产效率提升了50%，同时对轮缘构件采取淬火处理工艺，可显著提升支轮的硬度和耐磨性，增加支轮的实际使用寿命。

2.3 支轮轴套材料改造

原有支轮轴套采用铝青铜ZQAL9-4 材质，因含有铝、铁、镍、锰等元素，具有很好的强度、硬度和耐磨性，同时还具备较好的耐高温性和抗氧化性，但是在使用过程中需要对其进行润滑使用，否则耐磨性能将大大降低，为了达到免维护的效果，将支轮轴套材质更换为多基G-57 耐磨材料，该材质可免润滑使用，耐磨性好，更换多基G-57 耐磨材料后，可以是支轮与轴套接触时，可以使轴套对支轮轴无磨损，提高支重轮和支轮轴的使用寿命至40000h。多基G-57 免维护耐磨轴套示意见图3。

图3 多基G-57 免维护耐磨轴套

2.4 支轮防尘密封装置改造

由于露天矿采场煤尘大，春季风沙大，当这些粉尘进入支轮后，很容易造成支轮磨损，从而影响使用寿命，故设计了一种新式防尘密封圈，该密封圈分别嵌设于支轮的内侧壁上，轴承套位于两密封件之间，轴承套的端面与密封件紧密接合，见图4。安装该防尘密封装置后，一方面可以对轴套进行封堵，另一方面可以起到防止粉尘进入以及收集粉尘的作用，从而避免对支轮造成损伤。该防尘密封装置防尘效果好、安装拆卸和更换方便，可定期进行清理、使用寿命长。

图4 新式防尘密封装置

3 改造前后对比

WK-10B 型矿用电铲支轮装置改进前后对比见表1。从表1 中可知，将支轮由整体式锻造结构改为轮缘和轮体两个分体式锻造结构，再将轮缘进行淬火处理，不仅提高了支轮使用寿命，而且轮缘磨损后可进行更换，轮体则可以重复使用，节省了维修材料费用；将支轮轴套材质更换为多基G-57 耐磨材料，可在免维护条件下使支轮的使用寿命提升至40000h；将设计的新式防尘密封圈应用到支轮两侧后，可以到较好的防尘止水效果，安装拆卸石粉方便，拆卸下来的密封圈可进行清理后重复使用，大大降低了维护费用，延长了支轮的使用寿命。

表1 支轮装置改进前后对比

4 结语

鉴于WK-10B 型矿用电铲在复杂工作环境下支轮易于磨损和开裂，支轮维护费用高、整支报废率高的问题，从结构、艺和材质三个方面对支轮进行了改进，并得出如下结论：（1）原支轮结构为整体式锻造，维修工作量大，整支报废率高，将整体式锻造更换为轮缘和轮体两个分体式锻造结构，并对轮缘进行淬火处理，可显著提升支轮的硬度和耐磨性，轮缘磨损后可以随意更换，而轮体可重复使用。（2）将支轮轴套由铝青铜ZQAL9-4 材质更换为多基G-57 耐磨材料，可以实现免维护运行，轴套对支轮轴无磨损，使用寿命提升至40000h 以上。（3）设计了一种新式防尘密封装置，可对支轮起到很好的防尘、防水效果，可做到定期清理，重复使用和安装拆卸方便。