WK-10B 挖掘機推壓機構設計改造分析

林雪劍，毛德發

（國能寶日希勒能源有限公司，內蒙古呼倫貝爾 021599）

0 引言

WK-10B 挖掘機作為WK-10 系列的第二代改進產品，目前已售出200 多臺，其中國能寶日希勒能源有限公司購買了4 臺，在使用過程中發現WK-10B 挖掘機的推壓機構故障頻發，同時由于推壓機構安裝在起重臂處，導致維修養護人員的工作空間受限，存在高空維修養護的安全風險。為提升使用壽命，減少維修次數和降低維修養護風險，決定對WK-10B 挖掘機推壓機構進行設計改造，并對改造前后的效果進行了評估。

1 WK-10B 挖掘機簡介

WK-10B 挖掘機為反鏟履帶式礦用挖掘機，主要由提升機構、推壓機構、回轉機構、行走機構、開斗機構等結構組成。WK-10B采用直流電機，整機噸位490 t，鏟斗容量12 m3，額定功率750 kW，行走速度0.69 km/h，接地比壓253 kPa，爬坡能力13%，最大挖掘半徑18.9 m，最大挖掘深度2.2 m，最大挖掘高度13.53 m，最大卸載高度8.6 m。

2 存在的問題

WK-10B 挖掘機原推壓機構安裝在起重臂處，檢修人員在對該部位進行日常的維護保養時需要在起重臂平臺處進行，屬受限空間作業及高空作業，同時需要高空作業車配合作業，存在較大的檢修風險。原推壓機構設計鞍座銅套與推壓大軸接觸面積小，銅套抗壓性能差，使用壽命短；軸孔鍛件與鋼板焊接處易產生開焊，鞍座體護板易變形，L 形應力集中處常出現裂紋；推壓大齒輪為整體鍛件結構，齒面磨損或斷齒后則齒輪整體報廢，既不環保又浪費資源。

3 技術改造

3.1 技術目標

WK-10B 挖掘機在露天礦采場工作使用，煤塵大，春季風沙大，當地風力最大可達8 級，最大風速17 m/s，年平均溫度-2.6 ℃，最高氣溫40 ℃，最低氣溫-45 ℃（采場處極端最低氣溫為-50 ℃），平均積雪天數為149 d/年，最長積雪天數達到178 d/年，最大積雪深度為23 cm。在極端環境和天氣下進行設備檢修，困難較大。為滿足在極端天氣下的工作性能，需要對推壓機構進行設計改造，必須提升推壓機構的耐磨性和耐久性，盡量減少和避免維修次數。

據此，提出如下技術改造要求：①要求推壓機構整體采用加強型設計，保證至少4 年內不會出現開焊和房顫現象；②要求推壓大齒輪采用分體鑲嵌式結構，保證齒輪磨損之后可以進行無痕更換；③要求推壓軸裝置采用免維護工藝，保證在至少運行20 000 h 或4 年內不會出現故障；④要求鞍座磨道板采用免維護工藝，在無需注油狀態下對斗桿不會產生磨損；⑤改造后的推壓機構應運行安全、設計先進、結構合理、維修方便。

3.2 改造內容

為了提升WK-10B 挖掘機的工作性能，從實際應用出發，提出以下4 個方面的原推壓機構改進。

（1）重新設計推壓機構，改變原矩形鞍座的受力結構，消除原有結構中的直角應力集中點，避免開裂現象。具體改造措施：①加長推壓大軸，使與其安裝配合的鞍座內孔做匹配設計，使推壓機構兩端鞍座耐磨套的接觸面積增大，從而提升耐磨套的使用壽命；②鞍座體端頭鍛件進行加長，增加鞍座立板與鍛件的接觸面積，同時鞍座體下方結構件采用增強L 形鋼板加厚設計，使斗桿與鞍座體接觸處增加提升力，避免鞍座體的開裂現象發生（圖1）。

圖1 改進后的鞍座結構

（2）將原推壓大齒輪設計為可更換齒圈的鍛焊結構，保證齒圈在一個使用大修期內，輪體均可以重復使用。具體改造措施：齒輪輪轂采用鍛焊結構設計，從而避免鑄造材料的缺陷問題，并對輪齒部分采用提高鋼質材料設計，增加齒輪輪齒部分的耐磨性，同時采用熱嵌工藝，保證齒輪工作時的動平衡，齒輪輪齒部分磨損后可進行更換，齒輪鋼材材料優選更優級別的鋼質材料，避免高級別材料可焊性差的問題；將原有整體鑄造推壓小齒輪重新設計為整體的鍛造結構，這樣可以確保齒輪兩側的導軌均為無損加工，優化后齒輪結構如圖2 所示。

圖2 優化后齒輪結構

（3）將原有推壓機構所有鑄銅材料耐磨套、耐磨墊材料更換為G-57 耐磨材料，增加耐磨套、耐磨墊與推壓軸接觸時的耐磨性，同時減少耐磨套對推壓大軸的磨損情況，確保推壓大軸不受損傷（圖3）。

圖3 G-57 耐磨材料結構

（4）將原有鑄鐵（或尼龍）材料磨道板更換為G-57 耐磨材料，減少磨道板在長時間工作下對斗桿的側壁的磨損，使斗桿表面無損傷，避免斗桿開裂開焊風險，磨道板處不需要進行手動補充潤滑脂，從而避免或減少污染物通過油脂對斗桿工作面產生的磨損。

3.3 改造前后對比

WK-10B 挖掘機推壓機構改造前后對比情況見表1。改進后采用加長推壓大軸與加長鞍座軸孔，增加軸與套的接觸面積，同時改用G-57 多基復合耐磨套，提高軸套的抗壓性能，并且達到無需潤滑的免維護效果。鞍座采用U 形包圍設計機構，使鞍座體抗變形能力和工作穩定性增強，同時防止鞍座體開裂現象發生；磨道板采用G-57 多基復合材料，提高耐磨性能，減小由于磨道板磨損嚴重而導致斗桿位置偏離，造成推壓機構各齒輪嚙合錯位，可達到無需潤滑的免維護效果。

表1 WK-10B 挖掘機推壓機構改造前后對比

4 結語

為減小WK-10B 礦用挖掘機推壓機構在使用過程中的維修養護頻率和風險，對推壓機構進行了技術改造，將原有矩形鞍座重新設計為U 形加強結構，使鞍座體抗變形能力和工作穩定性增強，同時防止鞍座體開裂現象發生；將大齒輪設計為可更換齒圈的鍛焊結構，小齒輪設計更換為鍛造結構，提高齒輪的使用壽命；將鑄銅材料的銅套、銅墊、鑄鐵或尼龍材料磨道板更換為G-57 耐磨材料，達到免維護的效果。