矿用倾角减速器动态油池箱体研究

武文颖，蔡树梅，陈 贺，李保全

（1.中煤张家口煤矿机械有限责任公司，河北省高端智能矿山装备技术创新中心，河北张家口 076250；2.山东能源重装集团有限责任公司新汶分公司，山东 泰安 271000）

0 引言

煤炭资源是我国主要消费能源[1]。顺槽破碎机在综采作业中承担的任务是将采掘并运输到顺槽转载机上的煤通过高速锤击，破碎到满足使用需求的程度。对于煤矿井下超大采高[2]综采放顶煤工作面[3]来说，前部输送机的煤块是由采煤机截齿直接截割，煤块较小。而后部输送机的煤则是由液压支架掩护梁放落，煤块大小不等，大块度的煤很多，增加了顺槽破碎机的破碎难度。为了实现多次有效破碎，更多大型矿井要求由后部输送机运送到转载机的煤块也要先进行一轮预破碎，需在前、后部输送机间转载机落地段位置增设预破碎设备，如图1 所示。

图1 预破碎设备位置

1 倾角减速器结构与布置

由于煤矿井下顺槽空间受限和超前支架的干涉，预破碎设备（简称破碎机）所使用的破碎机减速器和传动装置无法正常水平布置，减速器需要倾斜安装于破碎机上，与水平面倾角为15°，破碎机总体结构如图2所示。

图2 破碎机总体结构

破碎机减速器和传动装置的布置方式如图3 所示，液力耦合器和电机布置于破碎机上方，传动轴与破碎机锤轴平行。这种传动部布置方式最大限度的利用了顺槽空间，避免与超前支架干涉，并可满足破碎机的正常运行。

图3 减速器与传动装置布置方式

由于这样的布置方式，这样的倾角减速器并需设计一级惰轮来拉长减速器长度，减速器机身较长、倾斜安装使大量润滑油堆积于减速器箱体底部，输出端的齿轮大部分浸没于润滑油中。同时破碎机用减速器需求的速比很小，输出转速远高于输送机和转载机减速器输出转速。过快的转速使齿轮转动时搅动润滑油消耗了大量能量，造成了过度发热，箱体温度过高，升温过快，冷却器无法及时带走热量。因此倾斜安装的破碎机减速器需要在冷却装置和箱体内部均进行结构改进使之满足破碎机减速器的正常使用需求。

造成普通箱体结构减速器油温过高无法使用于这种工况的原因如下：①减速器倾斜安装，倾角较大。②减速器机身较长，箱体空间较大，内部灌装润滑油较多。③减速器传动比较大，输出轴转速过快。④输出轴大齿轮大部分浸没于润滑油中，转动搅油发热。⑤冷却不足。

因此，需要对箱体内部结构进行改进，改善润滑油全部堆积于箱体底部的不良润滑状况，使箱体内的润滑油分布开，同时提升改进冷却系统，保证倾角减速器可正常使用于这类工况。

2 倾角减速器结构和动态油池箱体

破碎机倾角减速器主要包括输入轴、第二轴、第三轴、输出轴、动态油池上箱体、动态油池下箱体、润滑装置以及冷却装置和轴承盖等其他零部件，如图4 所示。

图4 倾角减速器结构

破碎机倾角减速器的输入轴与输出轴平行，输入轴通过液力耦合器与电机联接，输出轴与破碎机锤轴总成联接。第二轴是惰轮轴，目的是拉长减速器传动链长度以满足设备安装要求。润滑装置为强制润滑，通过润滑泵从箱底吸油给输入轴两端的轴承喷油润滑，润滑油再通过箱体上的沟槽流入第二轴，为第二轴两端的轴承提供润滑。第三轴和输出轴的大齿轮通过飞溅和甩油润滑。

冷却装置由两组增设为4 组，分别设置于第二轴、第三轴上下方和输出轴上下方。减速器传动比约为5，各轴转速如表1 所示。由表1 可见，输出轴转速达到297.73r/min，转速较高[4]。输出轴的大齿轮外形较大，转动搅油需要消耗过多的能量。造成整台减速器油温过高无法正常使用。

表1 倾角减速器各轴转速

对于动态油池的上箱体，在第二轴和第三轴的正上方设有油池壁，油池壁与上箱体一起铸造成型，铸造采用球墨铸铁[5]精铸。同样的，对于动态油池的下箱体，在第二轴和第三轴的正下方设有油池壁，油池壁形式与上箱体完全一致，与下箱体一起铸造成型，如图5 所示，油池壁壁厚可根据实际设计减速器的箱体壁厚调整，本文中所使用的油池壁厚为20mm。

图5 动态油池下箱体

以第二轴下方油池壁为例，油池壁边沿低于箱体轴承座外圈5mm，与第二轴形成可供润滑油流过的空间S，该空间使箱体形成沟通的油池，油池壁上加工有供第二轴齿轮转动通过的槽，槽周边与齿轮的间隙G为2mm，如图6 所示。供齿轮转动通过的槽需要在机床精密加工成型，保证齿轮顺利通过，同时需要严格控制间隙。间隙过大会使润滑油大量流出影响动态油池箱体的实际使用效果。

图6 油池壁过油空间与间隙

第三轴下方的油池壁与第二轴道理相同，设计时重点考虑齿轮通过的位置。

该间隙G 可供齿轮通过并阻挡润滑油流出。油池壁将减速器箱体分割为3 个沟通的油池，运行后通过中间两轴上齿轮甩油使部分油收集于单个油池内，油池壁周边与齿轮之间的间隙G 阻挡润滑油流出，甩入的油大于从过油空间S 流出的油，因此每一个油池的油位是动态变化的，一般将这种油位可动态阶梯变化的箱体称为动态油池箱体。相比于无动态油池箱体的普通倾角减速器，可有效降低最底部油池的油位，降低浸没于输出轴大齿轮的油位高度，避免过量的搅油发热，有效降低减速器温度。

3 有无动态油池箱体的运行对比

无油池壁的倾角减速器在停机和运转时油位均大致处于一个平面，运转时由于齿轮甩油，油位会略低于静止时的油位。此时输出轴齿轮大部分浸没在油中，如图7 所示，齿轮高速转动造成严重的搅油发热，减速器温度过高无法正常运行。在图8 中，设有动态油池箱体的倾角减速器停机时由于油池壁之间存在过油空间，三个沟通的油池内油位同样大致处于一个平面，运行后通过中间两轴上齿轮甩油使部分油收集于单个油池内，槽与齿轮之间的间隙可保证齿轮的通过并阻挡润滑油流出。甩入的油大于从过油间隙流出的油，使箱体内油位呈现动态阶梯变化，形成动态油池。同时，润滑装置通过安装于第三轴上的润滑泵吸油，为输入轴两轴承提供强制润滑，并不断的向具有动态油池的上箱体和下箱体最上部的油池内补充润滑油，图7、图8 中L 为油位。

图7 无动态油池减速器运行油位

图8 具有动态油池减速器运行油位

当然，减速器运行后箱体内润滑油存在比较大的搅动和飞溅，油位并不是稳定的，但大致呈现图8 中所示的阶梯变化状态。

目前，经改进的具有动态油池箱体倾角减速器已应用在陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿预破碎设备上，功率为855kW，使用情况良好。从2019 年下井投入使用至今没有出现油温过高的故障情况。设备台架试验情况如图9 所示。该设备目前已取得实用新型专利，专利证书如图10 所示。

图9 减速器试验

图10 专利证书

4 结语

该倾角减速器机倾斜安装于工作机上，通过铸造于箱体上的油池壁将箱体分割为3 个沟通的油池。运行后通过中间两轴上齿轮甩油使部分油收集于单个油池内，油池壁周边与齿轮之间较小的间隙可保证齿轮的通过并阻挡润滑油流出，使箱体内油位呈现动态阶梯变化，形成动态油池。该动态油池减速器可使最底部油池的油位降低，避免过量的搅油发热，解决了倾角减速器由于搅油发热引发的高温故障，可广泛应用于各技术领域需倾斜安装的减速器上，具有重要的参考和实用价值。