WK-10B 型礦用電鏟支輪裝置改進分析

高宇，劉澤

（國能寶日希勒能源有限公司設備維修中心，內蒙古 陳旗 021599）

WK-10B 型礦用電鏟是由山西太原重工股份有限公司研制并生產的一種礦用大型機械，在國內露天礦場開采中應用比較廣泛，目前已經售出200 多臺。支輪裝置作為WK-10B 型礦用電鏟行走機構的重要組成部分，受到的磨損程度一直較大，其維修保養的頻率更高，由于原有的支輪裝置采用的是整體式鍛造結構，導致支輪一旦出現裂紋就會使整個支輪完全報廢，這大大增加了支輪的維護費用，因此有必要對WK-10B 型礦用電鏟的支輪裝置進行設計改進，以提升支輪裝置的使用壽命，降低維護費用。

1 工程背景

國能寶日希勒能源有限公司位于內蒙古自治區陳旗寶日希勒鎮，目前已購買和正在使用4 臺WK-10B 型礦用電鏟，主要由提升機構、推壓機構、回轉機構、行走機構、開斗機構等結構組成。WK-10B 采用直流電機，整機噸位490t，鏟斗容量12m3，額定功率750kW，行走速度0.69km/h，接地比壓253kPa，爬坡能力13%，最大挖掘半徑18.9m，最大挖掘深度2.2m，最大挖掘高度13.53m，最大卸載高度8.6m。見圖1。露天礦采場煤塵大，春季風沙大，風力最大等級達到8 級，最大風速達到17m/s，年平均溫度為-2.6℃，極端最高和最低氣溫分別為40℃和-50℃，平均積雪天數為149d/年，最長積雪天數達到178d/年，最大積雪深度為23cm，在如此極端天氣下，對WK-10B 各機構的工作性能提出了更高要求。

圖1 WK-10B 露天開采示意

支輪作為行走機構的重要組成部分，對電鏟的移動靈活性和生產效率具有重要影響。WK-10B 型礦用電鏟現使用支輪為整體式鑄造型，一旦存在缺陷則可能出現輪體開裂情況，直接導致整個支輪報廢，同時支輪與支輪軸的更換工作需拆解履帶鏈，檢修需要耗費大量的人力和物力，工作量大，且需要耗費很長時間。因此有必要對WK-10B 型礦用電鏟支輪裝置進行設計和改造以保證在設備每個大修期內支輪裝置不發生故障，同時支輪應該為可拆卸式，這樣可以最大程度減輕維修作業人員的工作量。

2 支輪改造技術路線

2.1 改造技術目標

為了提高支輪的使用壽命，同時減小維修作業時的拆卸工作量，提出從結構、工藝和材質三個方面對支輪進行改造；（1）對支輪結構進行重新設計，將支輪整體式結構更換為分體式鍛造結構；（2）將支輪軸套更換為多基G-57 材料的免維護耐磨材料；（3）在支輪裝置上增加防塵密封裝置。

2.2 支輪結構及工藝改造

原支輪結構為整體式結構，一旦出現問題容易導致支輪整體報廢，而且維修過程的工作量很大，因此首先需要將支輪結構由整體式改進為分體式鍛造結構。分體式鍛造結構是一個將大中型復雜構件拆分成兩個或者兩個以上的鍛造工藝，具有優質、高效、低耗和成本低等特點，通過最佳工藝方案和最小投入獲得最優的產品和效益。

具體結構改造方案為：支重輪采用全鍛造結構，外緣磨損后可更換，支重輪支撐段臺階外部套接固定有外輪套，臺階外圓圓周輪廓和外套輪的內輪轂相應，采用分體式設計，支重輪在使用一個大修期后，外緣磨損的支重輪外套可以隨意更換，外套表面采用U 字型熱處理工藝，表面熱處理硬度達到HRC55-60，深度達到4cm 以上，使輪緣在使用過程中不會出現卷邊現象。分體式鍛造結構支輪見圖2。

圖2 分體式鍛造結構支輪

鍛造工藝改進：當支輪采用整體式鍛造結構時，需要經歷下料→加熱到1200℃，鐓粗→二次加熱出爐，摳出支輪孔→三次加熱出爐，采用合模鍛造，切除飛邊和沖洗掉內孔連篇皮等步驟，而采用分體式鍛造結構時，僅需要兩次加熱出爐，然后拼接起來即可，合格率可達99.8%，同時生產效率提升了50%，同時對輪緣構件采取淬火處理工藝，可顯著提升支輪的硬度和耐磨性，增加支輪的實際使用壽命。

2.3 支輪軸套材料改造

原有支輪軸套采用鋁青銅ZQAL9-4 材質，因含有鋁、鐵、鎳、錳等元素，具有很好的強度、硬度和耐磨性，同時還具備較好的耐高溫性和抗氧化性，但是在使用過程中需要對其進行潤滑使用，否則耐磨性能將大大降低，為了達到免維護的效果，將支輪軸套材質更換為多基G-57 耐磨材料，該材質可免潤滑使用，耐磨性好，更換多基G-57 耐磨材料后，可以是支輪與軸套接觸時，可以使軸套對支輪軸無磨損，提高支重輪和支輪軸的使用壽命至40000h。多基G-57 免維護耐磨軸套示意見圖3。

圖3 多基G-57 免維護耐磨軸套

2.4 支輪防塵密封裝置改造

由于露天礦采場煤塵大，春季風沙大，當這些粉塵進入支輪后，很容易造成支輪磨損，從而影響使用壽命，故設計了一種新式防塵密封圈，該密封圈分別嵌設于支輪的內側壁上，軸承套位于兩密封件之間，軸承套的端面與密封件緊密接合，見圖4。安裝該防塵密封裝置后，一方面可以對軸套進行封堵，另一方面可以起到防止粉塵進入以及收集粉塵的作用，從而避免對支輪造成損傷。該防塵密封裝置防塵效果好、安裝拆卸和更換方便，可定期進行清理、使用壽命長。

圖4 新式防塵密封裝置

3 改造前后對比

WK-10B 型礦用電鏟支輪裝置改進前后對比見表1。從表1 中可知，將支輪由整體式鍛造結構改為輪緣和輪體兩個分體式鍛造結構，再將輪緣進行淬火處理，不僅提高了支輪使用壽命，而且輪緣磨損后可進行更換，輪體則可以重復使用，節省了維修材料費用；將支輪軸套材質更換為多基G-57 耐磨材料，可在免維護條件下使支輪的使用壽命提升至40000h；將設計的新式防塵密封圈應用到支輪兩側后，可以到較好的防塵止水效果，安裝拆卸石粉方便，拆卸下來的密封圈可進行清理后重復使用，大大降低了維護費用，延長了支輪的使用壽命。

表1 支輪裝置改進前后對比

4 結語

鑒于WK-10B 型礦用電鏟在復雜工作環境下支輪易于磨損和開裂，支輪維護費用高、整支報廢率高的問題，從結構、藝和材質三個方面對支輪進行了改進，并得出如下結論：（1）原支輪結構為整體式鍛造，維修工作量大，整支報廢率高，將整體式鍛造更換為輪緣和輪體兩個分體式鍛造結構，并對輪緣進行淬火處理，可顯著提升支輪的硬度和耐磨性，輪緣磨損后可以隨意更換，而輪體可重復使用。（2）將支輪軸套由鋁青銅ZQAL9-4 材質更換為多基G-57 耐磨材料，可以實現免維護運行，軸套對支輪軸無磨損，使用壽命提升至40000h 以上。（3）設計了一種新式防塵密封裝置，可對支輪起到很好的防塵、防水效果，可做到定期清理，重復使用和安裝拆卸方便。