機(jī)械加工在露天設(shè)備維修中的應(yīng)用

楊世英

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

0 引言

隨著工業(yè)和制造業(yè)的快速發(fā)展，露天采礦設(shè)備的噸位和載荷量也在不斷增加。設(shè)備上的各類大型總成件在重載、高速、大沖擊的作業(yè)環(huán)境下，容易產(chǎn)生磨損、變形、斷裂等故障。此類總成件如果整體更換的成本高、時(shí)間長，多采用機(jī)械加工的方式對其進(jìn)行在線或離線修復(fù)，機(jī)加修復(fù)保證設(shè)備出動(dòng)率、節(jié)約維修成本保證。

通過國家能源準(zhǔn)能集團(tuán)設(shè)備維修中心的具體兩個(gè)修復(fù)實(shí)例，加之修復(fù)工藝的探討分析，進(jìn)而說明機(jī)加業(yè)務(wù)在露天設(shè)備維修中的作用[1]。

1 電鏟軸承位鏜孔修復(fù)

395B 電鏟是黑岱溝露天煤礦1993 年從美國BE 公司引進(jìn)的大型礦用設(shè)備，斗容量35 m3，自重938 t。在多年使用中，由于地面環(huán)境惡劣行走機(jī)構(gòu)受沖擊載荷大，當(dāng)軸承過度磨損或驅(qū)動(dòng)軸斷裂時(shí)，可能會(huì)造成軸承孔的磨損和變形。由于行走機(jī)構(gòu)體積較大，使用BB6000 便攜式鏜孔機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場加工，不但節(jié)省運(yùn)輸設(shè)備的時(shí)間和成本，又可確保檢修質(zhì)量和效率。軸承孔單側(cè)4 個(gè)、兩側(cè)8 個(gè)，行走機(jī)構(gòu)4 個(gè)軸承孔分別為：上端行走減速機(jī)輸出軸滾動(dòng)軸承孔兩個(gè)，尺寸為Φ603.5 mm；下端驅(qū)動(dòng)軸銅套孔兩個(gè)，尺寸為Φ603.5 mm（圖1）。以一側(cè)為例，具體加工工藝如下。

圖1 395B 電鏟行走機(jī)構(gòu)

1.1 確定加工基準(zhǔn)

（1）定位軸承孔位置。將電鏟停放在平整地面處，行走機(jī)構(gòu)拖出，并將行走減速機(jī)安裝調(diào)試到位。為了保證和減速機(jī)的位置精度，需要以行走減速機(jī)輸出端回轉(zhuǎn)中心線為加工基準(zhǔn)，先定位上端輸出軸軸承孔，然后根據(jù)中心距和水平度定位驅(qū)動(dòng)軸的軸承孔位置[2]。

（2）測量軸承孔相對于減速機(jī)輸出端旋轉(zhuǎn)中心的偏移量。根據(jù)減速機(jī)輸出端尺寸制作專用磨具，并固定在減速機(jī)輸出端。將Φ90 mm×2500 mm 的假軸穿入磨具中，緩慢驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)假軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使用百分表測量軸承孔相對于減速機(jī)輸出端旋轉(zhuǎn)中心的偏移量。

1.2 內(nèi)孔補(bǔ)焊

（1）確定補(bǔ)焊量。補(bǔ)焊量一般在軸承孔偏移量的基礎(chǔ)上加3～5 mm，以保證加工后表面粗糙度。

（2）焊接前清理。補(bǔ)焊前將孔內(nèi)加熱，將軸承孔和注油孔中的油污徹底清理，避免焊接后材料變硬而導(dǎo)致后續(xù)鏜削困難。

（3）對內(nèi)孔進(jìn)行補(bǔ)焊：采用手工電弧焊時(shí)，使用J422 焊條；使用氣體保護(hù)焊時(shí)，選用THY-51B 焊絲。

1.3 鏜孔加工

（1）安裝鏜桿及自調(diào)心軸承支承單元。將鏜桿穿入輸出軸軸承孔內(nèi)，兩支承單元焊接在軸承孔兩側(cè)端面上。為保證加工時(shí)鏜孔機(jī)剛性，兩孔間加裝一個(gè)自調(diào)心軸承支承單元。

（2）調(diào)整同心度。根據(jù)軸承孔相對于減速機(jī)輸出端旋轉(zhuǎn)中心的偏移量，使用調(diào)心裝置調(diào)節(jié)鏜桿位置，將兩孔鏜桿位置偏移量控制在±0.02 mm 之內(nèi)，此時(shí)鏜桿和行走減速機(jī)的回轉(zhuǎn)中心基本重合。

（3）安裝液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元和鏜頭單元，液壓馬達(dá)通過液壓油管連接液壓站。

（4）加工輸出軸承孔。這部分主要包括兩方面內(nèi)容，分是粗加工和精加工：粗加工方面，由于焊接表層硬度較高并且不平整，粗鏜時(shí)先使用高速鋼刀具，選擇低線速度進(jìn)行鏜削，給精鏜預(yù)留1.5～2 mm 的余量；精加工方面，半精鏜和精鏜使用硬質(zhì)合金刀具，選擇高線速度低進(jìn)給量鏜削，保證加工后表面粗糙度。輸出軸軸承為滾動(dòng)軸承，軸承尺寸Φ540 mm，滾動(dòng)軸承與軸承孔為間隙配合。軸承孔尺寸為Φ540 mm，鏜桿尺寸為Φ88.9 mm，精鏜后使用千分尺測量尺寸為：540÷2=270 mm，88.9÷2=44.45 mm，270-44.45=225.6 mm。最終精鏜后千分尺測量尺寸為225.6 mm。

（5）定位驅(qū)動(dòng)軸銅套孔位置。將另一根鏜桿傳入驅(qū)動(dòng)輪銅套孔內(nèi)，使用兩個(gè)四爪調(diào)心機(jī)構(gòu)支撐。根據(jù)圖紙上兩孔的中心距，以加工完成的輸出軸軸承孔為基準(zhǔn)，使用卡尺和水平尺校正銅套孔內(nèi)鏜桿位置。卡尺測量尺寸為兩軸孔中心距加兩鏜桿半徑：兩軸孔中心距為778.85 mm，鏜桿直徑為88.9 mm。卡尺實(shí)測尺寸為778.85+（44.45+44.45）=867.75 mm，水平尺實(shí)測為31.4°。

（6）鏜孔機(jī)各組件安裝到驅(qū)動(dòng)軸孔鏜桿上。兩孔中心距和水平角度校正后，安裝自調(diào)心軸承支承，緊固到位后，拆下四爪調(diào)心機(jī)構(gòu)。安裝液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元和鏜頭單元并連接液壓站[3]。

（7）加工驅(qū)動(dòng)軸銅套孔，按照輸出軸軸承孔加工步驟進(jìn)行加工：銅套與座孔為過盈配合，過盈量0.1～0.15 mm；銅套孔內(nèi)側(cè)銅套Φ546.25 mm，外側(cè)孔銅套孔Φ603.5 mm，最終千分尺測量尺寸為內(nèi)測孔228.5 mm、外側(cè)孔257.1 mm。

2 卡車電動(dòng)輪換向器修復(fù)

630E 卡車是黑岱溝露天煤礦的主要運(yùn)輸設(shè)備，其后輪兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。直流機(jī)換向器的作用是將電刷上直流電源的電流變換成電樞繞組內(nèi)的溝通電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的傾向穩(wěn)定不變，是電機(jī)的重要部件。在露天煤礦惡略的環(huán)境下作業(yè)換向器會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生環(huán)火故障，直接影響設(shè)備出動(dòng)率，此時(shí)經(jīng)常使用車削換向器表面的機(jī)械加工手段使其恢復(fù)之前的表面粗糙度、排除故障。

2.1 故障原因分析

直流電動(dòng)機(jī)的換向器是直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上由換向片、云母片、V 形絕緣環(huán)、壓圈和緊固件組成，是許多燕尾狀的梯形銅片間隔云母絕緣排列而成的圓柱體。所有換向片均放置在與它配合的具有燕尾狀槽的緊固件內(nèi)，然后用V 形鋼環(huán)和螺紋壓圈將換向片和緊固件緊固成一整體，換向片組與緊固件、V 形環(huán)之間均要絕緣。長期在高溫、高粉塵的惡略環(huán)境下運(yùn)行，使其電動(dòng)輪經(jīng)常出現(xiàn)環(huán)火故障，經(jīng)分析其故障原因主要有以下3個(gè)：①在長時(shí)間的運(yùn)行中，碳刷和換向器間自然磨損，形成疲勞層（圖2）；②換向片云母環(huán)外露部分積存導(dǎo)電粉塵、油泥，使換向片與鐵套筒或轉(zhuǎn)軸連接，對地?fù)舸虎墼颇腑h(huán)的里面縫隙有臟物、金屬屑或炭粉，換向器上相鄰的兩換向片之間出現(xiàn)短路相接現(xiàn)象，使電刷產(chǎn)生強(qiáng)烈的換向火花，換向器表面產(chǎn)生火花燒灼傷痕，影響使用壽命[4]。

2.2 換向器加工工藝

（1）清理轉(zhuǎn)子兩側(cè)的中心孔內(nèi)雜物和油污，作為加工粗基準(zhǔn)。測量轉(zhuǎn)子前后兩軸承位置尺寸，以未磨損處為加工精基準(zhǔn)。

（2）使用橋吊吊裝轉(zhuǎn)子，吊裝時(shí)需要將轉(zhuǎn)子吊平，以便于車床上兩頂尖裝夾。

（3）用百分表測量前軸承位，使用卡盤卡爪將軸承位置跳動(dòng)量調(diào)節(jié)至0.1 mm，使用塞尺調(diào)節(jié)后軸承位置跳動(dòng)量至0.1 mm。兩軸承位置同時(shí)放置兩塊百分表，并調(diào)節(jié)直至跳動(dòng)量在0.02 mm 以內(nèi)。

（4）使用硬質(zhì)合金鋼車削疲勞層，轉(zhuǎn)速240 r/min、進(jìn)給量0.13 mm/r。根據(jù)疲勞層和磨損情況確定背吃刀量。由于換向器為金屬銅，質(zhì)地較軟，一般選擇少量多次車削，避免因背吃刀量過大引起銅屑大量進(jìn)入排屑槽內(nèi)。

（5）使用開槽機(jī)在換向器上開排屑槽，槽寬1.5 mm，深度2 mm，開槽后倒角。

（6）重復(fù)上述步驟在車床上重新較正，使用千分表將跳動(dòng)量控制在0.1 mm 以內(nèi)。使用金剛石車刀，轉(zhuǎn)速450 r/min、進(jìn)給量0.03 mm/r，背吃刀量0.01～0.02 mm，表面粗糙度為Ra 0.05～0.1 μm（圖2）。

圖2 轉(zhuǎn)子換向器車削前后對比

3 結(jié)束語

機(jī)械加工修復(fù)對露天采礦設(shè)備的維修起到了重要作用，對于企業(yè)本身，尤其是采礦量大、進(jìn)口配件多的煤礦企業(yè)，常常產(chǎn)生“小投入、大產(chǎn)出”的效果，對于保證設(shè)備出動(dòng)率、降低維修成本有“四兩撥千斤”的作用。