機械加工在露天設備維修中的應用

楊世英

（國家能源集團準能設備維修中心，內蒙古鄂爾多斯 010300）

0 引言

隨著工業和制造業的快速發展，露天采礦設備的噸位和載荷量也在不斷增加。設備上的各類大型總成件在重載、高速、大沖擊的作業環境下，容易產生磨損、變形、斷裂等故障。此類總成件如果整體更換的成本高、時間長，多采用機械加工的方式對其進行在線或離線修復，機加修復保證設備出動率、節約維修成本保證。

通過國家能源準能集團設備維修中心的具體兩個修復實例，加之修復工藝的探討分析，進而說明機加業務在露天設備維修中的作用[1]。

1 電鏟軸承位鏜孔修復

395B 電鏟是黑岱溝露天煤礦1993 年從美國BE 公司引進的大型礦用設備，斗容量35 m3，自重938 t。在多年使用中，由于地面環境惡劣行走機構受沖擊載荷大，當軸承過度磨損或驅動軸斷裂時，可能會造成軸承孔的磨損和變形。由于行走機構體積較大，使用BB6000 便攜式鏜孔機進行現場加工，不但節省運輸設備的時間和成本，又可確保檢修質量和效率。軸承孔單側4 個、兩側8 個，行走機構4 個軸承孔分別為：上端行走減速機輸出軸滾動軸承孔兩個，尺寸為Φ603.5 mm；下端驅動軸銅套孔兩個，尺寸為Φ603.5 mm（圖1）。以一側為例，具體加工工藝如下。

圖1 395B 電鏟行走機構

1.1 確定加工基準

（1）定位軸承孔位置。將電鏟停放在平整地面處，行走機構拖出，并將行走減速機安裝調試到位。為了保證和減速機的位置精度，需要以行走減速機輸出端回轉中心線為加工基準，先定位上端輸出軸軸承孔，然后根據中心距和水平度定位驅動軸的軸承孔位置[2]。

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

1.2 內孔補焊

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

（2）焊接前清理。補焊前將孔內加熱，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致后續鏜削困難。

（3）對內孔進行補焊：采用手工電弧焊時，使用J422 焊條；使用氣體保護焊時，選用THY-51B 焊絲。

1.3 鏜孔加工

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

（2）調整同心度。根據軸承孔相對于減速機輸出端旋轉中心的偏移量，使用調心裝置調節鏜桿位置，將兩孔鏜桿位置偏移量控制在±0.02 mm 之內，此時鏜桿和行走減速機的回轉中心基本重合。

（3）安裝液壓馬達、驅動單元、進給單元和鏜頭單元，液壓馬達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，粗鏜時先使用高速鋼刀具，選擇低線速度進行鏜削，給精鏜預留1.5～2 mm 的余量；精加工方面，半精鏜和精鏜使用硬質合金刀具，選擇高線速度低進給量鏜削，保證加工后表面粗糙度。輸出軸軸承為滾動軸承，軸承尺寸Φ540 mm，滾動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）定位驅動軸銅套孔位置。將另一根鏜桿傳入驅動輪銅套孔內，使用兩個四爪調心機構支撐。根據圖紙上兩孔的中心距，以加工完成的輸出軸軸承孔為基準，使用卡尺和水平尺校正銅套孔內鏜桿位置?？ǔ邷y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。卡尺實測尺寸為778.85+（44.45+44.45）=867.75 mm，水平尺實測為31.4°。

（6）鏜孔機各組件安裝到驅動軸孔鏜桿上。兩孔中心距和水平角度校正后，安裝自調心軸承支承，緊固到位后，拆下四爪調心機構。安裝液壓馬達、驅動單元、進給單元和鏜頭單元并連接液壓站[3]。

（7）加工驅動軸銅套孔，按照輸出軸軸承孔加工步驟進行加工：銅套與座孔為過盈配合，過盈量0.1～0.15 mm；銅套孔內側銅套Φ546.25 mm，外側孔銅套孔Φ603.5 mm，最終千分尺測量尺寸為內測孔228.5 mm、外側孔257.1 mm。

2 卡車電動輪換向器修復

630E 卡車是黑岱溝露天煤礦的主要運輸設備，其后輪兩個驅動電機是直流電動機。直流機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的溝通電流，使電磁轉矩的傾向穩定不變，是電機的重要部件。在露天煤礦惡略的環境下作業換向器會經常產生環火故障，直接影響設備出動率，此時經常使用車削換向器表面的機械加工手段使其恢復之前的表面粗糙度、排除故障。

2.1 故障原因分析

直流電動機的換向器是直流電機轉子上由換向片、云母片、V 形絕緣環、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，然后用V 形鋼環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 形環之間均要絕緣。長期在高溫、高粉塵的惡略環境下運行，使其電動輪經常出現環火故障，經分析其故障原因主要有以下3個：①在長時間的運行中，碳刷和換向器間自然磨損，形成疲勞層（圖2）；②換向片云母環外露部分積存導電粉塵、油泥，使換向片與鐵套筒或轉軸連接，對地擊穿；③云母環的里面縫隙有臟物、金屬屑或炭粉，換向器上相鄰的兩換向片之間出現短路相接現象，使電刷產生強烈的換向火花，換向器表面產生火花燒灼傷痕，影響使用壽命[4]。

2.2 換向器加工工藝

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

（2）使用橋吊吊裝轉子，吊裝時需要將轉子吊平，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量調節至0.1 mm，使用塞尺調節后軸承位置跳動量至0.1 mm。兩軸承位置同時放置兩塊百分表，并調節直至跳動量在0.02 mm 以內。

（4）使用硬質合金鋼車削疲勞層，轉速240 r/min、進給量0.13 mm/r。根據疲勞層和磨損情況確定背吃刀量。由于換向器為金屬銅，質地較軟，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入排屑槽內。

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

（6）重復上述步驟在車床上重新較正，使用千分表將跳動量控制在0.1 mm 以內。使用金剛石車刀，轉速450 r/min、進給量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 轉子換向器車削前后對比

3 結束語

機械加工修復對露天采礦設備的維修起到了重要作用，對于企業本身，尤其是采礦量大、進口配件多的煤礦企業，常常產生“小投入、大產出”的效果，對于保證設備出動率、降低維修成本有“四兩撥千斤”的作用。