WK-10B 挖掘机推压机构设计改造分析

林雪剑，毛德发

（国能宝日希勒能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021599）

0 引言

WK-10B 挖掘机作为WK-10 系列的第二代改进产品，目前已售出200 多台，其中国能宝日希勒能源有限公司购买了4 台，在使用过程中发现WK-10B 挖掘机的推压机构故障频发，同时由于推压机构安装在起重臂处，导致维修养护人员的工作空间受限，存在高空维修养护的安全风险。为提升使用寿命，减少维修次数和降低维修养护风险，决定对WK-10B 挖掘机推压机构进行设计改造，并对改造前后的效果进行了评估。

1 WK-10B 挖掘机简介

WK-10B 挖掘机为反铲履带式矿用挖掘机，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490 t，铲斗容量12 m3，额定功率750 kW，行走速度0.69 km/h，接地比压253 kPa，爬坡能力13%，最大挖掘半径18.9 m，最大挖掘深度2.2 m，最大挖掘高度13.53 m，最大卸载高度8.6 m。

2 存在的问题

WK-10B 挖掘机原推压机构安装在起重臂处，检修人员在对该部位进行日常的维护保养时需要在起重臂平台处进行，属受限空间作业及高空作业，同时需要高空作业车配合作业，存在较大的检修风险。原推压机构设计鞍座铜套与推压大轴接触面积小，铜套抗压性能差，使用寿命短；轴孔锻件与钢板焊接处易产生开焊，鞍座体护板易变形，L 形应力集中处常出现裂纹；推压大齿轮为整体锻件结构，齿面磨损或断齿后则齿轮整体报废，既不环保又浪费资源。

3 技术改造

3.1 技术目标

WK-10B 挖掘机在露天矿采场工作使用，煤尘大，春季风沙大，当地风力最大可达8 级，最大风速17 m/s，年平均温度-2.6 ℃，最高气温40 ℃，最低气温-45 ℃（采场处极端最低气温为-50 ℃），平均积雪天数为149 d/年，最长积雪天数达到178 d/年，最大积雪深度为23 cm。在极端环境和天气下进行设备检修，困难较大。为满足在极端天气下的工作性能，需要对推压机构进行设计改造，必须提升推压机构的耐磨性和耐久性，尽量减少和避免维修次数。

据此，提出如下技术改造要求：①要求推压机构整体采用加强型设计，保证至少4 年内不会出现开焊和房颤现象；②要求推压大齿轮采用分体镶嵌式结构，保证齿轮磨损之后可以进行无痕更换；③要求推压轴装置采用免维护工艺，保证在至少运行20 000 h 或4 年内不会出现故障；④要求鞍座磨道板采用免维护工艺，在无需注油状态下对斗杆不会产生磨损；⑤改造后的推压机构应运行安全、设计先进、结构合理、维修方便。

3.2 改造内容

为了提升WK-10B 挖掘机的工作性能，从实际应用出发，提出以下4 个方面的原推压机构改进。

（1）重新设计推压机构，改变原矩形鞍座的受力结构，消除原有结构中的直角应力集中点，避免开裂现象。具体改造措施：①加长推压大轴，使与其安装配合的鞍座内孔做匹配设计，使推压机构两端鞍座耐磨套的接触面积增大，从而提升耐磨套的使用寿命；②鞍座体端头锻件进行加长，增加鞍座立板与锻件的接触面积，同时鞍座体下方结构件采用增强L 形钢板加厚设计，使斗杆与鞍座体接触处增加提升力，避免鞍座体的开裂现象发生（图1）。

图1 改进后的鞍座结构

（2）将原推压大齿轮设计为可更换齿圈的锻焊结构，保证齿圈在一个使用大修期内，轮体均可以重复使用。具体改造措施：齿轮轮毂采用锻焊结构设计，从而避免铸造材料的缺陷问题，并对轮齿部分采用提高钢质材料设计，增加齿轮轮齿部分的耐磨性，同时采用热嵌工艺，保证齿轮工作时的动平衡，齿轮轮齿部分磨损后可进行更换，齿轮钢材材料优选更优级别的钢质材料，避免高级别材料可焊性差的问题；将原有整体铸造推压小齿轮重新设计为整体的锻造结构，这样可以确保齿轮两侧的导轨均为无损加工，优化后齿轮结构如图2 所示。

图2 优化后齿轮结构

（3）将原有推压机构所有铸铜材料耐磨套、耐磨垫材料更换为G-57 耐磨材料，增加耐磨套、耐磨垫与推压轴接触时的耐磨性，同时减少耐磨套对推压大轴的磨损情况，确保推压大轴不受损伤（图3）。

图3 G-57 耐磨材料结构

（4）将原有铸铁（或尼龙）材料磨道板更换为G-57 耐磨材料，减少磨道板在长时间工作下对斗杆的侧壁的磨损，使斗杆表面无损伤，避免斗杆开裂开焊风险，磨道板处不需要进行手动补充润滑脂，从而避免或减少污染物通过油脂对斗杆工作面产生的磨损。

3.3 改造前后对比

WK-10B 挖掘机推压机构改造前后对比情况见表1。改进后采用加长推压大轴与加长鞍座轴孔，增加轴与套的接触面积，同时改用G-57 多基复合耐磨套，提高轴套的抗压性能，并且达到无需润滑的免维护效果。鞍座采用U 形包围设计机构，使鞍座体抗变形能力和工作稳定性增强，同时防止鞍座体开裂现象发生；磨道板采用G-57 多基复合材料，提高耐磨性能，减小由于磨道板磨损严重而导致斗杆位置偏离，造成推压机构各齿轮啮合错位，可达到无需润滑的免维护效果。

表1 WK-10B 挖掘机推压机构改造前后对比

4 结语

为减小WK-10B 矿用挖掘机推压机构在使用过程中的维修养护频率和风险，对推压机构进行了技术改造，将原有矩形鞍座重新设计为U 形加强结构，使鞍座体抗变形能力和工作稳定性增强，同时防止鞍座体开裂现象发生；将大齿轮设计为可更换齿圈的锻焊结构，小齿轮设计更换为锻造结构，提高齿轮的使用寿命；将铸铜材料的铜套、铜垫、铸铁或尼龙材料磨道板更换为G-57 耐磨材料，达到免维护的效果。