PH4100XPC電鏟前導向輪總成國產化改造淺析

李建民+沈成杰

摘 要：本文通過分析PH4100XPC電鏟前向導輪總成原設計存在的問題，及由于這些問題造成的故障。針對這一現狀提出改造方案，并通過對比改造前后的設計，對比改造前后的性能特效，證明國產化改造不僅可降低生產成本，而且能大幅降低維修工作量。

關鍵詞：PH4100XPC前導向輪；國產化；改造

中圖分類號：TD422 文獻標識碼：A

中煤平朔集團有限公司是全國先進的露井聯采大型礦山企業，建礦初期主要以露天采掘為主，露天生產主要采用“單斗電鏟-卡車-半固定破碎站-帶式輸送機”的半連續開采工藝。露天采掘設備及生產輔助設備主要以進口為主，露天主要生產設備有電鏟、大型礦內自卸車、鉆機、輔助工程機械等設備。電鏟是主要的采掘設備，目前平朔公司共有6類電鏟（PH2800XP、PH2800XPB、PH4100XPC、BE395BI、太重WK-35、太重WK-55），合計數量38臺。

PH4100XPC電鏟是目前斗容最大的電鏟，斗容為58m3/60m3，電鏟凈重1256.5t，電鏟行走系統承重大，各部件要求強度精度高。電鏟行走系統主要包含行走電機、驅動輪、支重輪、前導向輪、后惰輪、履帶6部分。前導向輪是電鏟行走系統的重要組成部分，前導向輪質量的可靠性決定了電鏟行走系統的穩定、安全運行。

1. PH4100XPC前導向輪國產化改造的意義

由于煤炭市場的持續不穩定，煤炭企業面臨很大生存壓力，降本增效是企業生存的唯一出路。鑒于平朔集團生產設備主要為進口設備，設備的日常保養及備件的更換造成很大的成本壓力。為了降低生產成本，減少維修工作量，設備及備件的國產化開發改造是降本增效的一個有效的途徑。通過設備及備件國產化開發改造可以大幅降低進口備件的采購量，進而節約生產成本；也可以拓寬供貨渠道，避免進口備件壟斷對生產造成的束縛。平朔公司至建礦以來國產化工作就一直在穩步開展進行，有著豐富的開發經驗。一方面考慮到PH4100XPC電鏟前導向輪總成進口備件價格昂貴，且逐年遞增給生產造成很大成本壓力；另一方面PH4100XPC電鏟前導向輪總成使用過程中發現的問題及由此引起的故障。綜合考慮，對PH4100XPC電鏟前導向輪總成進行國產化改造。

2. PH4100XPC電鏟前導向輪總成改造前設計

2.1 改造前的前導向輪總成運動原理

改造前的前導向輪總成：電鏟前導向輪軸固定于兩側的滑塊內，電鏟運行時軸不轉動，前導向輪在履帶運動的作用下，被動旋轉。前導向輪基孔內裝有耐磨銅套，干油潤滑是通過導向輪軸頭油道一直輸送到前導向輪銅套與前導向輪軸配合的間隙中，在正常旋軸時產生油膜實現潤滑。由于前導向輪支撐著整條履帶的漲緊力并使履帶通過導向輪旋轉實現換向，使得電鏟可以向前或向后行走。

2.2 改造前的前導向輪總成存在的問題

前導向輪與軸承載著強大的負荷，運動時由于地面狀況變化及履帶傳送帶來的振動、泥土、砂塵堆積于導向輪兩側止推墊與防塵密封處，每當銅套法蘭與止推墊板經磨損后產生間隙，此時防塵密封也有不同程度的損壞，當電鏟轉向時，前導向輪會向一側擺動，此時的泥、砂會從間隙最大處進入磨擦表面，與黃油混合，形成了類似研磨砂的破環作用，加速了銅套與軸及止推墊之間的非正常磨損。設計最大的問題是前導向輪與滑塊之間采用定位銷固定，明知前導向輪兩側間隙太大現場無法調整。總是一次性磨損使銅套磨碎，前導向輪基孔損壞，前導向輪磨損達到軸徑的1/3，甚至有部分軸在現場斷裂，完全報廢。統計電鏟平均行走運行時間不到1200h（約18個月）前導向輪銅套、軸報廢，前導向輪基孔需要補焊加工外委修理，直接導致維修成本高，故障處理停機時間長，工作量大，安全風險大等問題。

3. PH4100XPC電鏟前導向輪總成改造后設計

改造后的前導向輪總成，從設計理念上提升了一個檔次。首先把前導向輪與前導向輪軸之間采用花鍵形式配合。當前導向輪旋轉時，帶動大軸一起旋轉，兩側滑塊不轉。而在滑塊基孔內裝入耐磨銅套，潤滑油經過滑塊油道分兩個途徑進入潤滑摩擦面。一路進入銅套與軸之間、銅套兩側端面進行潤滑。另一路通過滑塊及銅套外側油道供給止推銅墊與花鍵套端面進行潤滑。當新鮮的潤滑油充滿了各個摩擦面的間隙形成油膜潤滑，多余的廢油經防塵密封向外排出。保證了銅套與大軸之間，銅套的兩側端面及花鍵套端面與止推墊之間都能得到很好地潤滑。

4. PH4100XPC電鏟前導向輪總成改造前后對比

4.1 經過改造由原來的導向輪總成輪側間隙不可調變為可調整，軸頭兩側設有定位套，當經過長時間運行后，若出現止推墊及銅套端面磨損，輪側間隙增大時，可通過軸頭定位套內設置的墊片數量的減少來實現各摩擦面間隙的調整。如此設計不僅可以很好的保護銅套，而且也方便日常檢修維護。

4.2 前導向輪與前導向輪軸以花鍵的形式連接，與原設計相比，連接受力更為均勻；因花鍵槽較淺，齒根處應力集中較小；花鍵連接接觸面較原來增加，因而可承受更大的負荷，導向性更好。

4.3 耐磨銅套改裝在前導向輪滑塊上，由于設計的改進，銅套與軸接觸面積由原來的4460cm2，變成了改進后的8463cm2，面積增大約一倍，單位壓強降低，磨擦力隨之減少，不僅大幅提升了軸的使用壽命，而且也成倍地提升了銅套的使用壽命。

4.4 改進后的前導向輪總成，在現場安裝時與原設計沒有太大的區別，而且大量地縮短了更換時間，減少了銅套及導向輪滑塊的更換次數。

5. PH4100XPC電鏟前導向輪總改造意義及推廣應用

5.1 目前平朔公司有PH4100XPC電鏟11臺，單臺使用前導向輪兩件，原前導向輪進口價為140萬元/件，國產化改造后的前導向輪總成改造價格為90萬元/件，單臺可節約成本約100萬元/件。前導向輪總成一個大修期（四年）更換一次，11臺電鏟平均每年可為公司節約生產成本275萬元。國產化改造前導向輪總成不僅可以延長前導向輪銅套、前導向輪軸及前導向輪滑塊的使用壽命，還大幅地減少了維修工作量。

5.2 目前平朔公司還沒有對電鏟前導向輪總成進行大規模改造，但是通過理論研究與實踐證明，電鏟前導向輪總成的國產化改進優勢明顯，有很大的推廣空間。

結論

通過跟蹤分析研究4100XPC電鏟前導向輪總成出現故障的原因，詳細統計4100XPC電鏟前導向輪總成發生故障的各項數據，利用軟件進行模擬分析數據得出結論。根據分析與制造廠商設計出改造方案，利用模擬軟件反復測試試驗后進行樣件加工制造，組裝樣件進行試驗運行。通過試驗運行，跟蹤記錄改造后4100XPC電鏟前導向輪總成的各項數據，分析對比得出4100XPC電鏟前導輪總成國產化改造較原設計有明顯優勢，備件使用壽命明顯延長。不僅可降低生產成本，還可以大幅度降低維修工作量提高設備出動率。再一次充分肯定了進口設備及備件國產化的可行性，國內企業要想做大做強，進口設備及備件國產化是必要且是唯一途徑。

參考文獻

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