6LS—5型采煤机牵引扭矩轴的技术改进

久益6LS-5型采煤机性能优良，但该采煤机牵 引 机构的扭矩轴在使用中经常出现异常的断裂现象，久益公司对该扭矩轴进行了两次 改进。下面就牵引扭矩轴改进前后所遇到的问题进行分析。 　　1　牵引扭矩轴断裂的原因 久益6LS-5型采煤机的牵引特性是，在低速牵引时扭矩恒定，而在高速(一般为调车速度) 牵 引时功率恒定，也就是说，采煤机在采煤过程中可以获得一个稳定的牵引力，这是其优异特 性所在。该采煤机原设计的牵引力F=600kN(61t)，而神东公司在实际采煤作业中往往需 要70t，甚至更高的牵引力，这就导致了牵引扭矩轴保护性断裂事故经常发生。 　　图1　牵引机构传动系统（略） 　　2　改进前的牵引扭矩轴 从图1可以看出，牵引电机将动力通过行星机构传到三级齿轮减速，到第二组行星机构，再 通过牵引扭矩轴传给开式的驱动齿轮→惰轮→根轮→牙轮。驱动轮的径节DP=1.5，齿数Z 1=1 5；惰轮齿数Z2=18；根齿轮齿数Z3=24；牙轮分度圆半径R=260.604mm。改进 前的扭矩轴传动系统和结构尺寸如图2、图3所示。 〖KH+50mm〗 　　图2　扭矩轴传动系统（略） 　　图3　扭矩轴结构尺寸（略） 　　公式（略）可以看出，当牵引力接近70t时，轴颈的“V”形凹口处就会发生断裂，特别要指出的是，该 处60°“V”形断面是应力较集中的地方，可能远达不到70t时就已经断裂了。这一计算结果 与矿上所用采煤机出现的情况完全相同。 　　3　久益公司对扭矩轴的改进 2000年年初，久益公司在原有基础上将扭矩轴的“喉颈”形状由“V”形改为“U”形，在结 构尺寸允许的情况下，将直径加大到106mm，喉颈加大到102mm，改进后的 扭矩轴结构如图4所示(备件号：100038840)。 　　图4　改进后的扭矩轴结构（略） 　　将改进后的扭矩轴相应数据代入公式(1)和(2)，得出扭矩轴可承载的最大牵引力F=74.3 2t。 “喉颈”切口处由“V”形改为“U”形后，应力集中相对不再敏感了，这也有利于提高牵引 扭矩轴的承载力。改进后的扭矩轴使用效果良好，断轴现象有所减少。 但久益公司改进后的牵引扭矩轴还不能完全满足井下生产的要求，因此赫力公司在材料的选 择和热处理性能方面又做了一些工作。在材料的选择方面，选用了优质合金钢50CrVA，其抗 拉强度σb =130kg/mm2，“喉颈”仍保持100mm，这样，其承受的最大牵引力F 达到了78t，使性能得到了进一步提高。 　　4　榆家梁矿用采煤机扭矩轴的改进情况 2001年初，久益公司又对榆家粱煤矿使用的采煤机进行了改进，在行走机构（俗称“行 走块”）驱动齿轮、惰轮、根齿轮和牙轮径节、齿数均保持不变的情况下，将牵引扭矩轴( 备件号：100023072)结构改为DP=6，Z=32，α=30°加粗型。行走机构结构扭矩轴结构 如图5所示。 　　图5　久益公司改进的扭矩轴结构图（略） 　　将改进后的扭矩轴相关数据分别代入式(1)和(2)，计算得到F=123.98t，也就是说，扭 矩轴 可承受将近124t的牵引力。在榆家梁煤矿的实际使用中，该扭矩轴从未发生过断裂。但这也 不一定就是好事，扭矩轴强度过大可能也会给采煤机牵引系统的可靠性埋下隐患。 　　5　最新型的“行走块”及其扭矩轴 2002年年初，活鸡兔煤矿、榆家梁煤矿、大柳塔煤矿先后更换了久益公司提供的最新型 “行走块”(见图6)。其中，扭矩轴仍为100023072件号的扭矩轴（DP=6，Z=32，α=30 °)。 驱动轮齿数Z1=20，惰轮齿数Z2=22，根齿轮齿数Z3=35，牙轮参数不变，齿宽由5 4mm加厚至68mm。 　　图6　最新型的“行走块”（略） 　　由于传动齿轮的齿数比变小了(由原来的15/24变为20/35)，因此，扭矩轴的承载能力提高了 9. 375%，牵引能力可达135.6t，本来已经非常“坚固”的扭矩轴变得更加坚固。这样，只有在 牵引力高达135.6t时，方可起到断裂保护作用。那么，整个牵引系统的齿轮、轴承及电机是 否还能够安全地运行呢?大柳塔煤矿的采煤机已经发生过牙轮牙齿折断现象，但扭矩轴并没 有发生保护性的断裂。当然，其原因尚需进一步分析。但这一情况再加上上述的计算分析表 明，影响采煤机牵引系统可靠性的潜在隐患是存在的。 　　图7　两种扭矩轴的对比（略） 　　图7所示为两种扭矩轴的对比。由图7可以清楚地看到，部件号为100023072的扭矩轴外形 尺寸大大增加了，“喉颈”从102mm增大到121mm。抗扭能力是按直径三次方比例增 加的，增大值高达40%。 　　6　结语 　　 要使6LS-5型采煤机牵引系统扭矩轴的改进达到理想的效果，尚需对整个系统作进一步的分 析，并结合煤矿井下实际工况，最终确定出合理的参数。然后在不影响其安装和能互换的原 则下，对扭矩轴进行适当的修改，这样才能使采煤机达到安全可靠运行的目的。 信息来源于：中国煤炭网