矿用平路机机具系统工作装置的创新与改进

周兴华

（国能准能集团有限责任公司 设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

国能准能集团公司黑岱沟露天煤矿所运行的都是大型矿用平路机，平路机是露天煤矿采运排开采工艺中的主要排土设备，主要承担国能准能集团公司黑岱沟露天煤矿主干道工程修筑及辅路的拓宽和平整任务[1]。随着矿用平路机投入运行时间较长，工程设备逐渐老化，生产现场作业环境恶劣，平路机机具系统工作装置故障率呈现攀升态势，导致生产成本增加，出动率降低[2]。平路机机具系统工作装置经常出现回转马达或是回转支撑齿损坏，要维修相关部件，就必须启动设备回转工作装置进行检查调整。在整个检修保养过程中可能会对检修人员造成的身体伤害，存在很大的安全隐患[3]。回转支撑上的齿牙在使用10 000 h 左右就容易出现断齿和偏磨的情况，浪费成本的同时影响检修效率，导致设备长时间停机影响设备出动率。

1 平路机机具系统技术概况

矿用平路机机具系统由工作装置、铲刀总成、液压控制系统、油缸等执行元件几部分组成[4]。工作装置包括回转马达、铲刀转盘、牵引架、铲刀、伸缩油缸等组成[5]。主要技术参数为：双液压马达驱动；转盘直径为2 631 mm；铲刀回转角度为±60°；铲刀架规格为7 300 mm×1 067 mm×50 mm；转盘中心侧移量：向右为437 mm，向左为804 mm；铲刀侧移量：向右为1 244 mm，向左为870 mm；铲刀俯仰角度为向前40°；铲刀最大刮坡角度为35°。

2 平路机设备特点及存在问题

工程系列平路机由华北利星行机械有限公司生产，公司于1992 年、2013 年、2020 年开始引进16G、24M、24H、GR5505 等型号平路机，并先后应用于黑岱沟和哈尔乌素2 个露天煤矿生产现场[6]。

1）平路机设备特点。平路机与前装机、推土机等工程设备的外形、作业性质不同。平路机主要应用于道路刮削平整作业以及刮坡、挖沟、松土、清除路面雨雪、洒落物料石块杂物清理等方面的施工作业。由于平路机工作环境恶劣，经常因无法判断嵌入土层中障碍物的大小、位置和状态，无法及时调整工作装置铲刀状态，很容易造成大型石块等障碍物对铲刀、转盘等工作装置部件的冲击和破坏，对设备相关系统等结构件形成疲劳冲击，影响结构件的使用寿命，同时对操作者形成一定影响，导致作业效率降低[7]。

2）存在的问题。在生产运行中矿用平路机机具系统中回转工作装置和工作机构频繁发生故障，影响了设备性能的正常发挥。平路机回转机构工作装置经常出现回转马达频繁损坏、回转支撑齿开裂、耐磨条使用寿命短等故障。要维修相关部件，就必须启动设备回转工作装置进行检查调整。回转支撑上的齿牙在使用10 000 h 左右就容易出现断齿和偏磨的情况，其中齿牙修复难度大，拆装部件工艺较多，转盘牵引架间隙调整不均匀，设备检修效率低，导致设备长时间停机影响设备出动率。

3 平路机设备故障成因

1）机械设备日益老化。机电设备是生产的主要工具[8]，随着设备投入使用年限的增加，老化程度日益严重，维修的难度和任务逐年加大，设备维修不仅关系到生产任务的完成，同时维修费用也关系到企业的经济效益,建立1 套先进、科学的机电管理机制，是保证设备维修质量和降低维修生产成本的关键。

2）操作人员的综合素质不足。工程机械设备的操作与管理工作落实尤为必要，要求管理人员具有较高的综合素质，不仅要提高自身的专业能力，还要有一定的德育素养，增强自身的职责意识，从而满足机械设备的运维需求。但是部分操作人员专业素质不足，责任心不强，工作态度不积极，缺乏职业技能培训，操作工作全凭经验，不能结合机械设备的运行情况制定对应的管理计划，即便实施管理也流于表面，管理及操作过程缺乏严谨性，为设备的正常使用留下安全隐患,给企业带来了极大的经济损失。

3）检修条件不足。目前检修平路机设备基本上是在坑下或检修场地，检修空间受到局限，很多时候靠人钻到设备里面进行检修，达不到标准的检修环境条件，与专业化的维修场地和车间无法相提并论；对于容易出现故障的部件，经常出现回转马达或是回转支撑齿损坏，要维修相关部件，就必须启动设备回转工作装置进行检查调整。在整个检修过程中可能会对检修人员造成身体伤害，存在很大的安全隐患。由于平路机设备的流动性大，作业现场环境比较恶劣，一旦机械设备在现场或半路出现故障，维修人员甚至直接原地进行拆装和维修，导致很多零部件损坏、锈蚀甚至丢失，零件的清洁性得不到保障。同时过往大型车辆较多，存在安全隐患。

4 平路机工作装置改造技术措施

4.1 基本原理与关键技术

根据平路机回转机构工作装置的故障原因进行针对性分析，通过改变安装位置、改进维修工艺、选用优质材料、优化安装方式、设计新部件等方式对平路机回转机构工作装置进行整体优化，达到减少设备故障率、节约维修生产成本、提高设备出动率的目的。

1）优化了平路机牵引架原有的支撑方式，使用带有轴撑的回转支撑装置，改善了回转齿圈的圆弧接触应力不均匀的情况。同时回转支撑可以调整2次角度重复使用，大大增加了回转支撑齿圈的使用寿命[9]。

2）设计并应用了12 cm×2 cm 长型齿圈代替原有的6 cm×4.5 cm 的矩形齿圈，消除了齿顶小圆弧接触应力集中情况，增加了中径大圆弧的接触时间与接触应力，充分利用中径大圆弧有效接触，从而平均接触应力，延长了回转齿圈的使用寿命，提高了维修效率。

3）改进工作装置结构与连接方式，原先的连接方式是由长条螺栓将牵引架、转盘、减磨条、调整垫连接到一起，现在改造后的连接方式是将牵引架与回转装置中间加入可以旋转滚珠式的回转支撑，避免了原有方式对回转齿圈、回转马达形成的冲击性损坏。

4.2 系统改造

改造后的平路机回转机构工作装置主要由牵引架、回转支撑、回转齿圈组成，替代了减磨条、调整垫等需要日常检查调整更换的部件，避免检修人员在检查更换过程中的安全隐患，提高检修效率的同时节约了大量生产成本。

首先将牵引架通过螺栓与回转支撑的外圈进行连接，其次将回转齿圈总成与回转圈支撑的内齿圈通过螺栓连接，回转马达驱动回转支撑内齿圈旋转，进而带动回转圈总成旋转。

针对回转机构中工作装置进行测量分析，完成回转机构工作装置的实物测绘，对回转支撑和牵引架相关的运动轨迹图进行分析。重新设计工作装置的装配形式，按照设计后的尺寸重新制作回转支撑和牵引架，进行生产并安装试用。改进后，回转机构运行牢靠稳定，不存在因部件摆动而发生的齿轮损坏故障，同时也降低了回转机构工作装置的故障频次，避免了检修人员在检修过程挤手的安全隐患，将该环节存在隐患完全消除；解决了露天煤矿工程设备工作装置处理过程中遇到的难题。

改造前后主要性能参数对比如下：

1）啮合性对比。①改造前回转齿圈的齿形为圆柱形非标齿形，啮合性能较渐开线齿形差，与回转马达啮合过程中存在滑动摩擦，齿形容易磨损，齿端受力较大，容易造成齿根断裂；②改造后回转齿圈的齿形为渐开线齿形，啮合性能优于圆柱形非标齿形，由纯滚动啮合替代原有的滑动啮合，齿圈啮合后传动平稳轻便，精度高，改造后渐开线齿降低了平均接触应力，实现大圆弧滚动接触，无应力集中区域。

2）可靠性对比。①改造前回转齿圈综合受力性能较差，啮合过程中容易造成断齿和偏磨的情况；②改造后回转支撑结构的轴向和径向撑载能力强，尤其是抗倾覆力矩的能力较优，回转齿圈能够完全胜任作业过程中较大震动和冲击的工况。

3）方便性对比。①改造前牵引架与转盘之间设置有滑块及铜衬垫等易损件结构，需要定期进行易损件的检查以及调整，如果调整不及时会影响回转齿圈的回转精度，甚至造成齿牙偏磨以及断裂的情况；②改造后组装结构主要有外圈、内圈和滚道。便于拆装，不需要调整啮合间隙，只需定期在滚道内加注黄油即可。

矿用平路机经常因回转机构工作装置出现故障影响正常工程设备作业时间，据统计每年的故障数量在300 次左右，回转齿圈使用寿命在10 000 h。平路机回转机构工作装置创新改进项目实施后，机具系统工作装置故障数大幅降低，且回转支撑可以重复使用，回转齿圈使用寿命增加。改进后的回转支撑减少了齿顶小圆弧接触时间和接触应力，充分利用中径大圆弧有效接触，从而平均接触应力。通过实物测绘和轨迹分析得出，回转机构工作装置改进前后的应力基础数据对比。

5 平路机工作装置改造效果

自从开展了矿用平路机机具系统工作装置的创新与改进，解决了露天煤矿平路机工程设备工作装置处理过程中遇到的难题，目前已在准能设备维修中心工程机械车间安装使用，改造后，机具系统运行牢靠稳定，不存在因部件摆动而发生的齿轮损坏故障，将该环节存在隐患完全消除；由原来的1 年故障300 多次降低到150 多次，回转支撑可以调整2 次角度重复使用，寿命大约增加20 000 h，节约了大量的生产成本，提升了检修效率，促使工程设备每日出动率大幅度提升，间接经济效益可达200 余万元。

1）管理方面。目前露天煤矿机电设备是生产的主要工具，设备机械化和自动化程度很高，工程设备也在不断更新，需要从管理方面和人员培训方面进行完善。管理人员要掌握相关机电设备方面的相关专业知识和专业技能，一旦设备发生了故障，就能够在第一时间发现，进而选用最佳的方法予以排除。只有对设备管理的每个方面均有切实的了解，方可保证整个管理工作有序展开。

2）培训方面。通过理论加实践来提高设备操作人员对相关知识的掌握，使得掌握的知识得到切实的巩固。将一些能力较强的人员组织起来，进行故障维修的专门培训，这样再出现机械故障之时，就能够予以有效解决，维修方面的投入就会降低很多。

3）日常维护方面。为确保设备运行平稳，提高设备出动率，还需要加强平路机日常的维护保养和点检工作，通过定期安排平路机设备日常保养和计划性检修，能够有效地提高平路机设备的使用效能。

6 结语

在露天煤矿检修作业中，要注重机电设备运行状态与安全生产问题。为了保障整个生产过程的安全性和有效性，必须注重露天煤矿机电设备的故障诊断与维修，通过现代化技术工艺，实时监测机电设备的运行状态，预判设备可能出现的故障问题，提出相应的故障解决措施，以此确保机电设备安全稳定运行。此外，提升设备日常保养与维护设备点检工作的管理力度，全面提升检修人员的技能水平，才能够真正将工程机械设备的机电管理工作深入开展下去，从而为企业的正常运转做出应有的贡献。