WK－27型電鏟中央樞軸鎖緊鍵的改造

孫曉軍，邵玉良，費曉芳，白金龍

(1.包鋼集團巴潤礦業有限責任公司， 內蒙古包頭市 014080;2.包鋼集團白云鄂博鐵礦， 內蒙古包頭市 014080)

0 引言

白云鄂博西礦是世界著名的白云鄂博礦床最大的礦體群，礦體呈向斜構造，東西長約10 km，南北寬約2 km，初期勘探鐵礦石儲量數億噸，屬低磷、低氟、低稀土大型鐵礦床，礦體分布集中，適合大型露天開采［1-2］。

從生產性、可靠性、安全性、經濟性、維修性、適用和耐用性、通用和成套性、環保性等方面綜合考慮研究［3］，最終采掘設備選定為 WK －10、WK －20、WK－27型電鏟。

WK－27型電鏟是巴潤公司2011年引進的大型采礦設備，由于其中央樞軸鎖緊鍵部分結構設計的問題，在設備運行過程中，多次造成設備故障，故障率極高，成為日常設備點檢重點關注的部位。點檢必須及時發現、處理。而且鎖緊鍵撕裂，翹起嚴重時，會損壞其上部安裝的價值數十萬的高低壓集電環。集電環錯位也會造成高低壓電路接地，發生觸電事故和設備事故，成為極大的安全隱患。

1 中央樞軸的受力分析

1.1 受力分析

電鏟在挖掘過程中，由于受力不均或鏟斗伸出過遠，會使整個回轉平臺對中心軸處于不平衡狀態。這時，中心軸上會出現拉伸應力和彎曲應力。而鏟斗在滿載回轉過程中，由于回轉平臺的轉動，底架梁與中央樞軸不轉動，電鏟回轉扭矩及振動很大，作業工況復雜，這些力都會作用在中央樞軸上。

1.2 中央樞軸常見故障原因分析

因中央樞軸故障而導致設備需要停機維修的原因可以概括為以下幾點:中央樞軸鎖緊鍵撕裂、中央樞軸螺紋損壞、輥子斷軸和環軌損壞、配重的影響、崗位操作人員操作和維護不到位等［4］，而這其中主要以中央樞軸鎖緊鍵撕裂故障為主。

1.3 存在的問題

(1)中央樞軸鎖緊鍵上部有6000伏高壓集電環，日常點檢較為困難且危險因素較多。

(2)如鎖緊鍵撕裂而點檢人員沒有及時發現，就給崗位操作人員留下了較大的安全隱患。

(3)由于鎖緊鍵撕裂而導致設備故障后，維修時間長且需要大量工程輔助設備協助處理［5］。

2 中央樞軸鎖緊鍵原設計

WK－27型電鏟中心軸螺帽布置在回轉平臺上部，中心軸螺帽設有長120 mm、寬75 mm、深30 mm的槽，卡槽內設有附加鍵，附件鍵上用兩個螺栓固定鎖緊板，鎖緊板厚度為16 mm，鎖緊板三面開有卡槽。中心軸上同樣開有長75 mm、寬40 mm、深75 mm的槽。調整好中心軸間隙后，在中心軸與鎖緊板配合的槽內插一塊長75 mm、寬40 mm，厚75 mm的鍵，稱作鎖緊鍵，如圖1所示。

這樣的結構設計，當電鏟回轉時，中央樞軸不轉動，本身不應承受回轉扭矩，由于工況復雜，中心軸銅套偏磨、受力不均等因素，使中央樞軸與螺帽之間產生相對位移，這樣的位移完全由鎖緊鍵及兩個螺栓克服。在生產實際中，鎖緊鍵受到的剪切力，將鎖緊板卡槽口壓潰、進而撕裂，M20和M16的兩個螺栓被剪斷，鎖緊板變形、錯位，直接影響其上安裝的高低壓集電環的正常工作。

圖1 中央樞軸組件

3 中央樞軸鎖緊鍵改造后設計

將螺帽上安裝附加鍵的槽銑通至螺帽內徑，調整好中心軸間隙后，螺帽卡槽與中央樞軸卡槽正對，加工一尺寸為180 mm×75 mm×30 mm的鍵，鍵用強度極限不低于600 MPa的鋼材料制成［6-8］。取消原鎖緊鍵及附加鍵，新鍵用來固定螺帽與中央樞軸的相對位置，如圖2所示。

圖2 改造后中央樞軸組件

4 鍵的理論計算

4.1 原鎖緊鍵的尺寸

原鎖緊鍵尺寸為75 mm×40 mm×75 mm，但其與鎖緊板接觸厚度僅為16 mm，在鍵的靜連接中，鎖緊板屬于弱的零件。其傳遞的轉矩為:

式中，T1為轉矩，N·m;h1為鍵高，m;L1為鍵的接觸長度，m;d1為軸徑，m;［σ］p為許用擠壓應力，N。

4.2 改造后鎖緊鍵的尺寸

改造后的鎖緊鍵尺寸為180 mm×75 mm×30 mm，鍵不與鎖緊板接觸，直接固定螺帽與樞軸。其傳遞的轉矩為:

將各數值代入公式比較得知，T2≈8.4T1，改進后鍵承受的轉矩增大了8倍多。

5 結論

(1)采用強度極限不低于600 MPa的鋼材料制成的新鎖緊鍵可滿足生產實際要求。

(2)通過對WK－27型電鏟中央樞軸鎖緊鍵的改造，從2013年至今沒有發生鎖緊板變形、移位現象，高低壓集電環工作環境安全穩固。

(3)此改造費用低，效果好，降低了設備日常點檢的工作強度，保證了設備的正常運轉。

［1］劉建勇，趙永崗，張速旺.白云鄂博礦床極貧鐵礦石和難選鐵礦石資源開發利用前景分析［J］.金屬礦山，2008(11):170-174.

［2］劉云生，白新榮，李占坤.巴潤礦業公司景觀規劃初探［J］.包鋼科技，2010，36(1):65-68.

［3］陳星明.露天礦山采掘設備選型優化配置的研究［J］.采礦技術，2005，5(4):34-37.

［4］李立明.汪 洋.2100BL電鏟中央樞軸的改進［J］.設備維修，2010(3):48-49.

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