研山铁矿WK-20型挖掘机推压机构改进方法

段书发 李红刚 张晓川

（河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司）

司家营研山铁矿属大型露天矿山，铲装作业是矿山生产的一道重要工序。司家营研山铁矿采矿二作业区现有WK-20型挖掘机5台，铲斗容积约为16.8 m3，理论采剥效率可达2 240 m3/h，是采矿的主体采掘设备，主要用于矿石采剥及含矿石区域排岩作业。从往年的使用情况来看，WK-20型挖掘机原推压机构推压小齿轮磨损过快，使用寿命短。因此，结合其结构原理提出了改进方案，以降低设备故障率，提高设备安全性能，加高导轨尺寸。

1 推压机构主要工作原理

推压机构安装在起重臂上。推压机构的组成有推压驱动装置、推压齿轮箱、带有推压轴和小齿轮的传动装置、鞍座、斗杆、推压制动器组件以及推压限位编码器等。推压驱动装置包括推压电机、底座以及联组皮带组件。

推压电机通过联组皮带驱动着传动装置，二级减速传动装置把驱动力传送给推压轴和小齿轮，推压轴的小齿轮啮合着斗杆上的齿条，并通过鞍座带动斗杆做前伸或后缩运动，鞍座承受着斗杆传来的载荷。推压制动器用来制动整个推压机构；推压编码器可防止斗杆推进或收缩得太远［1-2］。其主要工作原理如图1所示。

2 推压机构存在的问题

挖掘机推压斗杆齿条承受推压小齿轮2个作用力（图2），一是齿轮两侧导轨（图2中①）对斗杆齿条导轨（图2中②）的支撑力，二是轮齿（即图2中③）与齿条（即图2中④）啮合后推动斗杆前后运动的推动力。导轨的支撑力确保了齿轮齿条的啮合处于合适的间隙（9.45 mm），保证了齿条往复运动的平稳。而随着导轨的磨损变薄，齿顶逐步向对方的齿根靠近，啮合变得不再适当，开始产生振动，当减小到最小间隙6.12 mm后，就会产生咬齿异响，并造成推压机构运动中产生剧烈震动，进而造成推压输出轴铜套、鞍座滑板、齿条及齿轮的快速磨损，尤其是推压小齿轮，因其直接承受齿条的反作用力，磨损最快，寿命仅有14个月左右。

3 推压机构改进方案

WK-20型挖掘机维修技术人员根据问题分析得出:要延长齿轮的使用寿命，必须延缓导轨的磨损，要么提高硬度，要么加高导轨尺寸。硬度的提高相对成本较高，且需要更广泛的厂家支持，而尺寸的修改则相对容易。故针对尺寸修改制定了以下3种改进方案。

3.1 方案一

将斗杆齿条导轨加高5 mm。由于单面斗杆齿条总成由12块齿条（包括前挡齿条）拼接而成，加高斗杆齿条必须保证每一块齿条导轨厚度及加高尺寸均匀相同，需在堆焊添加出高度后再进行打磨处理，该方案可由内部自行堆焊实施，如图3所示。

3.2 方案二

将推压小齿轮导轨直径由原来509 mm改为519 mm，提高齿轮导轨高度，延长齿轮寿命，该项改进需由齿轮生产厂家配合，直接在加工阶段进行，如图4所示。

3.3 方案三

结合历年来推压小齿轮导轨和斗杆齿条导轨磨损程度以及运行情况，建议将推压小齿轮导轨直径由509 mm增加至515 mm，将齿条轨导轨高度增加至103 mm。该项改进需要内部补焊和外部齿轮加工共同配合，或者完全由备件生产厂家在加工阶段即进行改造。

司家营研山铁矿WK-20型挖掘机维修技术人员对3种改造方案进行了对比讨论，考虑到设备运转状态时齿轮的运行速度大、导轨磨损速度快，而齿条导轨磨损速度相对比较慢，且补焊加高斗杆齿条导轨完全可以由内部完成，无需借助外部力量，最终确定方案一最容易实现。并于2018年4#铲大修时实施了该方案［3-5］，图5为推压机构改进实施效果示意图。

4 方案实施效果

通过在4#铲实施效果比较:未改造前，1套推压小齿轮平均使用寿命约14个月，斗杆齿条寿命约28个月；改造后，4#铲推压小齿轮已使用2 a时间，根据磨损程度，还可使用约1 a时间，而斗杆齿条情况同样良好，预计使用寿命将远高于28个月。

经济效益:①齿轮价值为5.6万元/对，齿条价格为9.8万元/付，根据目前使用情况，改造后推压机构可延长寿命至少1倍，单次改造节约成本约15.4万元，5台电铲全部改造完毕后年可节约成本22.5万元。②齿轮维修更换时间为3 d，斗杆维修更换时间为2 d，改造完毕后可将更换斗杆及齿轮次数减半，平均每年可减少设备维修时间7 d，按照电铲每日1.5万t产量计算，可提高产量约10.5万t。同时可有效减少维修工设备修复和斗杆更换齿条的维修量。

5 结论

通过试验，司家营研山铁矿将改进方案及实施效果提供备件生产厂家，从源头进行技术改进。此项改进措施，在降低设备故障率、降本增产等方面有着重要的意义。