研山鐵礦WK-20型挖掘機推壓機構改進方法

段書發 李紅剛 張曉川

（河北鋼鐵集團司家營研山鐵礦有限公司）

司家營研山鐵礦屬大型露天礦山，鏟裝作業是礦山生產的一道重要工序。司家營研山鐵礦采礦二作業區現有WK-20型挖掘機5臺，鏟斗容積約為16.8 m3，理論采剝效率可達2 240 m3/h，是采礦的主體采掘設備，主要用于礦石采剝及含礦石區域排巖作業。從往年的使用情況來看，WK-20型挖掘機原推壓機構推壓小齒輪磨損過快，使用壽命短。因此，結合其結構原理提出了改進方案，以降低設備故障率，提高設備安全性能，加高導軌尺寸。

1 推壓機構主要工作原理

推壓機構安裝在起重臂上。推壓機構的組成有推壓驅動裝置、推壓齒輪箱、帶有推壓軸和小齒輪的傳動裝置、鞍座、斗桿、推壓制動器組件以及推壓限位編碼器等。推壓驅動裝置包括推壓電機、底座以及聯組皮帶組件。

推壓電機通過聯組皮帶驅動著傳動裝置，二級減速傳動裝置把驅動力傳送給推壓軸和小齒輪，推壓軸的小齒輪嚙合著斗桿上的齒條，并通過鞍座帶動斗桿做前伸或后縮運動，鞍座承受著斗桿傳來的載荷。推壓制動器用來制動整個推壓機構；推壓編碼器可防止斗桿推進或收縮得太遠［1-2］。其主要工作原理如圖1所示。

2 推壓機構存在的問題

挖掘機推壓斗桿齒條承受推壓小齒輪2個作用力（圖2），一是齒輪兩側導軌（圖2中①）對斗桿齒條導軌（圖2中②）的支撐力，二是輪齒（即圖2中③）與齒條（即圖2中④）嚙合后推動斗桿前后運動的推動力。導軌的支撐力確保了齒輪齒條的嚙合處于合適的間隙（9.45 mm），保證了齒條往復運動的平穩。而隨著導軌的磨損變薄，齒頂逐步向對方的齒根靠近，嚙合變得不再適當，開始產生振動，當減小到最小間隙6.12 mm后，就會產生咬齒異響，并造成推壓機構運動中產生劇烈震動，進而造成推壓輸出軸銅套、鞍座滑板、齒條及齒輪的快速磨損，尤其是推壓小齒輪，因其直接承受齒條的反作用力，磨損最快，壽命僅有14個月左右。

3 推壓機構改進方案

WK-20型挖掘機維修技術人員根據問題分析得出:要延長齒輪的使用壽命，必須延緩導軌的磨損，要么提高硬度，要么加高導軌尺寸。硬度的提高相對成本較高，且需要更廣泛的廠家支持，而尺寸的修改則相對容易。故針對尺寸修改制定了以下3種改進方案。

3.1 方案一

將斗桿齒條導軌加高5 mm。由于單面斗桿齒條總成由12塊齒條（包括前擋齒條）拼接而成，加高斗桿齒條必須保證每一塊齒條導軌厚度及加高尺寸均勻相同，需在堆焊添加出高度后再進行打磨處理，該方案可由內部自行堆焊實施，如圖3所示。

3.2 方案二

將推壓小齒輪導軌直徑由原來509 mm改為519 mm，提高齒輪導軌高度，延長齒輪壽命，該項改進需由齒輪生產廠家配合，直接在加工階段進行，如圖4所示。

3.3 方案三

結合歷年來推壓小齒輪導軌和斗桿齒條導軌磨損程度以及運行情況，建議將推壓小齒輪導軌直徑由509 mm增加至515 mm，將齒條軌導軌高度增加至103 mm。該項改進需要內部補焊和外部齒輪加工共同配合，或者完全由備件生產廠家在加工階段即進行改造。

司家營研山鐵礦WK-20型挖掘機維修技術人員對3種改造方案進行了對比討論，考慮到設備運轉狀態時齒輪的運行速度大、導軌磨損速度快，而齒條導軌磨損速度相對比較慢，且補焊加高斗桿齒條導軌完全可以由內部完成，無需借助外部力量，最終確定方案一最容易實現。并于2018年4#鏟大修時實施了該方案［3-5］，圖5為推壓機構改進實施效果示意圖。

4 方案實施效果

通過在4#鏟實施效果比較:未改造前，1套推壓小齒輪平均使用壽命約14個月，斗桿齒條壽命約28個月；改造后，4#鏟推壓小齒輪已使用2 a時間，根據磨損程度，還可使用約1 a時間，而斗桿齒條情況同樣良好，預計使用壽命將遠高于28個月。

經濟效益:①齒輪價值為5.6萬元/對，齒條價格為9.8萬元/付，根據目前使用情況，改造后推壓機構可延長壽命至少1倍，單次改造節約成本約15.4萬元，5臺電鏟全部改造完畢后年可節約成本22.5萬元。②齒輪維修更換時間為3 d，斗桿維修更換時間為2 d，改造完畢后可將更換斗桿及齒輪次數減半，平均每年可減少設備維修時間7 d，按照電鏟每日1.5萬t產量計算，可提高產量約10.5萬t。同時可有效減少維修工設備修復和斗桿更換齒條的維修量。

5 結論

通過試驗，司家營研山鐵礦將改進方案及實施效果提供備件生產廠家，從源頭進行技術改進。此項改進措施，在降低設備故障率、降本增產等方面有著重要的意義。