電鏟提升卷筒的工藝改進

劉 鵬，陸書恒

電鏟又稱繩鏟、鋼纜鏟，即機械式電動挖掘機，是利用齒輪、鏈條、鋼索滑輪組等傳動件傳遞動力的單斗挖掘機，是現代各種露天礦的主要采掘設備[1]。其生產已有百年歷史，目前所生產的最大斗容已超過50 m3。4100 XPB礦用挖掘機是千萬噸級露天礦山主要采掘設備之一,具有生產率高、操作成本低等特點,是目前廣受采礦業歡迎的先進機型。

1 電鏟提升卷筒工藝的改進

提升卷筒在電鏟中占有重要位置（見圖1），鋼絲繩通過固定塊固定在提升卷筒之上，通過天輪來控制鏟斗的往復運動。提升卷筒在工作中受扭轉等較大交變載荷的作用，要求不得發生變形以及開裂等事故，所以提升卷筒需要有較高的強度、硬度，同時也應該有較高的塑韌性，此外提升卷筒表面還應該具有很好的耐磨性以及較高的疲勞極限。

1.1 電鏟提升卷筒傳統工藝

圖1 電鏟提升卷筒位置

傳統工藝所采用的火焰表面淬火加熱裝置是使用多頭噴嘴來適應提升卷筒溝槽形狀，使表面淬火溫度合理分布，并確定火焰形狀的最佳形式，在使用氧-霞普氣氣體時，氧氣與霞普氣火焰的比例為1.15～1.25，這樣可以得到最佳的淬火組織和性能。噴水孔與噴火孔間距大致在10～15 mm范圍內，噴嘴與零件表面之間的最佳距離保持在6～8 mm之間，以避免溫度不足或者過熱；噴嘴與零件之間的相互移動速度為120～140 mm/min，以保證表面淬火后的淬硬層深度達到圖紙設計要求。

1.2 電鏟提升卷筒改進工藝

根據提升卷筒形狀特點，淬硬層深度、淬火面積以及設備最大輸出功率等因素最終選擇的加熱形式為中頻感應加熱表面淬火。

改進工藝內容：檢查卷筒的表面粗糙度≤Ra0.8，溝槽不能有毛刺，卷筒內不能留有鐵屑；利用托輥等相關輔助工具，調整提升卷筒的水平，在保證其旋轉精度的前提下，緊固提升卷筒；調整托輥轉速，使卷筒溝槽表面線速度為120～140 mm/min。調整感應器的移動速度，使感應器與卷筒溝槽相匹配。因卷筒溝槽在卷筒表面是螺旋形式的，所以當卷筒轉動時溝槽沿一條母線橫向移動，所以感應器[2][3]也要隨著移動。工件預熱，利用霞普氣及壓縮空氣為提升卷筒預熱，旋轉托輥使提升卷筒加熱均勻。利用便攜式接觸測溫儀檢測卷筒表面溫度，將卷筒表面預熱到一定溫度后開始表淬。控制加熱溫度并在表淬過程中一直保持加熱。開始中頻感應淬火（見圖2）。淬火后提升卷筒利用預熱熱量自行回火，不再進行整體回火處理。

圖2 表面淬火過程

2 結果及分析

通過試驗及對試驗件的分析以確定最佳工藝參數（見表1）。

（1）將繩槽底部中心小區域打磨光滑（見圖3），用便攜式硬度計確認每個繩槽的硬度并記錄。

表1 提升卷筒實驗數據

圖3 提升卷筒硬度記錄

（2）確認卷筒中心線兩側的繩槽 (A和B區域)寬度范圍全部打磨光滑（見圖4）。

（3）測量并記錄提升卷筒不同位置的硬度值（見表 2）。

圖4 提升卷筒溝槽內不同點位置

表2 提升卷筒溝槽硬度值 (HRc)

（4）對比卷筒同一溝槽不同位置的理論硬度值以及實際硬度值（見圖5）。

從感應加熱表面淬火結果可以看出，溝槽內硬度均大于圖紙要求值，而且硬度分布均勻，同一溝槽內最大硬度值偏差4.76%。驗證了感應加熱表面淬火工藝改進的正確性與可行性。

圖5 溝槽不同位置對比圖

（5）比較卷筒溝槽在不同位置的火焰加熱硬度值、感應加熱硬度值以及理論要求硬度值（見圖6）。

可以看出，火焰加熱淬火以及感應加熱淬火均能滿足實際使用要求，但是在硬度分布上，火焰加熱表面淬火后表面硬度值波動較大，硬度值不均勻。而感應加熱表面淬火后表面硬度值波動較小，硬度值曲線圓滑，感應加熱表面淬火效果明顯好于火焰加熱表面淬火。在工件表面硬度分布上達到P&H公司對于提升卷筒表面淬火的各項要求，工藝改進正確合理，達到了預期的目的。

圖6 不同溝槽對比圖

3 結語

通過將以往的火焰加熱表面淬火方法改為中頻加熱表面淬火，工件表面淬火的質量得到了很大的提高，穩定性得到了很好的保證；實施熱處理的工作環境也有了很大的改善，而且減少了熱量的逸散，降低了能源的消耗，該項工藝改進達到了預期的效果。

[1]齊凱等.大型礦用挖掘機_電鏟概述.《一重技術》.2008，1：5～6.

[2]董清印.高、中頻淬火感應器設計.《金屬加工》.2008，7：30～34.

[3]端木培蘭等.中頻感應淬火感應器的改制.《軸承》.2000，5：30～31.