鏟運(yùn)機(jī)鏟斗銷軸及大臂前叉套優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王成釗 原英君 尹紹軍 杜成波 劉云崗 劉玉臻

（1.山東黃金礦業(yè)股份有限公司三山島金礦 山東萊州 2.山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院煙臺(tái)分院 山東煙臺(tái)）

1.現(xiàn)狀

三山島金礦井下采礦采用液壓鑿巖機(jī)鑿巖、人工爆破，落礦后鏟運(yùn)機(jī)鏟裝，用坑內(nèi)卡車運(yùn)礦至各中段生產(chǎn)溜井，提升機(jī)提礦至地表溜井，完成井下采礦作業(yè)。承擔(dān)裝載作業(yè)的ST-3.5能否正常作業(yè)，對(duì)采場(chǎng)內(nèi)落礦的運(yùn)出起到關(guān)鍵作用，而鏟運(yùn)機(jī)鏟斗能否正常鏟裝、卸載受鏟斗轉(zhuǎn)軸組件（包括鏟斗銷軸、拐臂套）備件使用壽命的長短制約很大。在井下生產(chǎn)采場(chǎng)礦石的鏟裝作業(yè)中鏟斗銷軸、大臂前叉套使用壽命只有7天左右（約80 h），不但影響了井下采掘生產(chǎn)，而且使備件消耗增大，同時(shí)加大了維修人員的工作量；使設(shè)備完好率、利用率降低，故障率增加，制約了井下生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

根據(jù)井下現(xiàn)場(chǎng)使用條件及備件使用壽命進(jìn)行分析，造成鏟斗銷軸、大臂前叉套使用壽命短的主要原因有兩方面：一是隨著井下采掘礦量的增加，鏟運(yùn)機(jī)采場(chǎng)內(nèi)鏟裝、卸載的作業(yè)次數(shù)大幅度增加，使鏟斗轉(zhuǎn)軸（銷軸）達(dá)到疲勞極限，導(dǎo)致備件使用壽命縮短；另一方面現(xiàn)使用的備件沒有進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，其機(jī)械性能受到了制約，是造成使用壽命縮短的主要因素。

2.采取的技術(shù)措施

根據(jù)上述原因，對(duì)3.5鏟運(yùn)機(jī)鏟斗銷軸、大臂前叉套等易損備件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，用45#鋼加工并采取調(diào)質(zhì)處理；并委托機(jī)電車間進(jìn)行加工，縮短了供貨周期，安裝使用效果良好；使用壽命由原來的7 d（約 80 h）提高到現(xiàn)在 30 d（350 h），不但滿足了設(shè)備維修需要，而且大幅度降低了備件消耗，減輕了維修工更換作業(yè)工作量，提高了設(shè)備完好率、利用率，為井下采掘生產(chǎn)任務(wù)的完成提供了可靠的設(shè)備保障。

（1）鏟運(yùn)機(jī)大臂上前叉套安裝孔內(nèi)徑由于前叉套的磨損及更換的原因，造成安裝孔內(nèi)孔尺寸加大；根據(jù)大臂安裝孔實(shí)際情況，以原安裝孔中心線為基準(zhǔn)，對(duì)前叉套外徑進(jìn)行加大，使其強(qiáng)度增加，確保配合尺寸和安裝、使用要求。

（2）前叉套采用人工黃油槍油嘴加注方式加油，對(duì)前叉套內(nèi)、外潤滑脂進(jìn)油槽進(jìn)行加寬、加深，上槽寬由8 mm加大到10 mm，下槽寬由4 mm加大到6 mm；潤滑油道寬由1.2 mm加寬到2 mm，深度由0.5 mm加深到1 mm；這樣增加了加油時(shí)進(jìn)油速度和油道的存油能力，潤滑效果大為改善，為鏟斗正常鏟裝、卸載作業(yè)創(chuàng)造了良好的潤滑條件。

（3）鏟斗在鏟裝礦過程中是以鏟斗銷軸為轉(zhuǎn)軸進(jìn)行鏟斗作業(yè)的鏟裝、卸載作業(yè)，銷軸受到垂直的壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩的組合受力，特別是與前叉套內(nèi)外配合的表面受力最大，是造成損壞的薄弱環(huán)節(jié)，銷軸損壞在這個(gè)部位磨損最為嚴(yán)重，直至損壞。為提高銷軸的使用壽命、減少故障停機(jī)臺(tái)時(shí)。選用45#調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼作為鏟斗銷軸、前叉套制造材料，其特點(diǎn)是強(qiáng)度較高，塑性、韌性及可切削性優(yōu)良。車削加工時(shí)按照優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工，并留有二次加工的余量，然后外委進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度要求控制在布氏硬度170～230 HB。調(diào)質(zhì)處理檢查合格后進(jìn)行精加工，達(dá)到圖紙要求的公稱尺寸及公差要求。對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后可以獲得較高的強(qiáng)度和韌性，滿足鏟斗鏟裝、卸載作業(yè)需要。

（4）為延長鏟斗銷軸及與其配合的前叉套的使用壽命，對(duì)其中心設(shè)置的軸向和橫向的加油通道加大到Φ8 mm，減少了加注潤滑脂時(shí)的阻力，增大了通過的流量，減少了通過銷軸端部的黃油嘴加注黃油潤滑脂的時(shí)間，能夠順利進(jìn)入潤滑油道，形成良好的潤滑油膜，滿足潤滑需要。杜絕了缺少潤滑而造成的干摩擦，對(duì)于配合零件造成的壽命縮短而影響井下生產(chǎn)的停機(jī)現(xiàn)象。為減少銷軸裝配時(shí)的阻力、提高裝配工作效率，加大了Φ54 mm端部的倒角尺寸，使裝配、拆卸更加順暢。

（5）改造后的鏟運(yùn)機(jī)鏟斗鏟裝、卸載過程中鏟斗銷軸在前叉套中轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活、可靠，臺(tái)班出礦量增加；備件壽命由原來的7 d（80 h）提高到現(xiàn)在的30 d（350 h），大大減少了備件更換工作量，深受鏟運(yùn)機(jī)司機(jī)和維修工的歡迎。

3.技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

（1）針對(duì)備件使用過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，在確保滿足設(shè)備技術(shù)要求和鏟裝、卸載安全可靠的前提下，采取有效的技術(shù)改造措施對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)改造，滿足維修需要，使設(shè)備保持良好的技術(shù)狀態(tài)，確保安全生產(chǎn)需要。

（2）根據(jù)井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中存在的問題，選用新材料、熱處理工藝，提高備件的機(jī)械性能和可加工性。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的前叉套、鏟斗銷軸制作安裝圖紙見圖1、圖2。

（3）通過對(duì)備件裝配尺寸、潤滑通道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保了鏟斗鏟裝、卸載過程的動(dòng)作安全、可靠性。潤滑油槽的加大、潤滑油道的加寬、加深，確保了潤滑油膜的形成和存油能力，確保轉(zhuǎn)軸有良好的潤滑。

（4）使設(shè)備完好率、利用率提高，減少了設(shè)備停機(jī)、維修時(shí)間。維修量減少、維修工勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

（5）備件使用壽命大幅度提高，備件費(fèi)、材料費(fèi)、人工費(fèi)用大幅度減少。

4.技術(shù)改造前后效果對(duì)比

（1）改造前費(fèi)用清單。改造前單臺(tái)設(shè)備年消耗備件費(fèi)，前叉套5657元，鏟斗銷軸5143元。更換人工費(fèi)10 285元。材料費(fèi)用4114元。單臺(tái)年合計(jì)25 199元。西山采一車間擁有ST-3.5鏟運(yùn)機(jī)8臺(tái)，全年費(fèi)用201 592元。

圖1 大臂前叉套制作圖

圖2 鏟斗銷軸制作圖

（2）改造后費(fèi)用清單。前叉套1320元，鏟斗銷軸1200元。更換人工費(fèi)2400元。材料費(fèi)用960元。單臺(tái)年合計(jì)5880元。西山采一車間擁有ST-3.5鏟運(yùn)機(jī)8臺(tái)，全年費(fèi)用47 040元。

（3）年減少費(fèi)用支出。減少費(fèi)用支出=改造前費(fèi)用-改造后費(fèi)用=154 552元。

5.改造效果

減少了備件計(jì)劃提報(bào)程序和備件供貨周期，通過物流系統(tǒng)提報(bào)備件需用計(jì)劃最短供貨周期1個(gè)月，而按照優(yōu)化后圖紙委托機(jī)電車間進(jìn)行加工最快1周就可以供貨，大大減少了停機(jī)待件時(shí)間，為井下采掘生產(chǎn)贏得了寶貴的生產(chǎn)時(shí)間，為采掘生產(chǎn)任務(wù)的完成創(chuàng)造了良好的條件。減少井下作業(yè)過程中的故障停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備完好率、利用率，降低了設(shè)備故障率，使設(shè)備的技術(shù)狀況得到了很大改善。備件費(fèi)、人工費(fèi)和材料消耗減少，維修工更換作業(yè)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度降低，井下作業(yè)放礦過程鏟斗鏟裝、卸載作業(yè)的安全、可靠性改善，設(shè)備的利用率及作業(yè)效率提高。全年可減少備件費(fèi)、人工費(fèi)及材料費(fèi)用15萬余元。