6LS一5型采煤机牵引扭矩轴的技术改进.pdf

★科技创新★ 6 L S 一5 型票煤机牵引扭矩轴的技术改进 伊茂森 神华集团神东煤炭公司，陕西省神木县，7 1 9 3 1 5 摘要分析了6 L S 一5 型采煤机牵引机构扭矩轴的断裂原因，介绍了扭矩轴的改进情 况。通过计算，分析了改进扭矩轴的利弊。提出了进一步提高采煤机可靠性的技术途径。 关键词采煤机牵引机构扭矩轴 断裂改进 久益6 L S 一5 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6 L S 一5 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 6 0 0 k N 6 1 t ，而神东公司 在实际采煤作业中往往需要7 0 t ，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 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一惰轮一根轮一牙 轮。驱动轮的径节D P 1 ．5 ，齿数Z l 1 5 ；惰轮齿 数Z 2 1 8 ；根齿轮齿数Z 3 2 4 ；牙轮分度圆半径R 6 L S 一5 型采煤机牵引扭矩轴的技术改进 2 6 0 ．6 0 4 m m 。改进前的扭矩轴传动系统和结构 尺寸如图2 、图3 所示。 图2 扭矩轴传动系统 g o t ∞ 器 ● ■ 一一 ● 图3 扭矩轴结构尺寸 设牵引力为F ，则作用在扭矩轴上的扭矩 T F ∞等 式中R 牵引电机输出轴半径； T 为 1 z ，驱动轮齿数； 乙根齿轮齿数； 矿传动效率。 计算得到当F 6 0 t 时，T 1 0 8 1 0 k g m ；当F 7 0 t 时，T 1 2 6 1 2 k g m 。 2 5 万方数据 材料扭转剪切应力为 r告≥b64．35kg／ram22。一7 r ／1 6 D 3 1 一a 4 一 ’ 、‘7 注久益所用材料的抗拉强度6 b 1 1 7 k g ／ⅡⅡn 2 。 式中K 载荷系数； 口一扭矩轴，内外圆直径比 d ／D ； D 扭矩轴直径。 当F 6 0 t 时，K 1 ．1 6 6 ；F 7 0 t 时，K 0 ．9 9 。 可以看出，当牵引力接近7 0 t 时，轴颈的“V ”形 凹口处就会发生断裂，特别要指出的是，该处6 0 。 “v ”形断面是应力较集中的地方，可能远达不到7 0 t 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 2 0 0 0 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D 1 0 6 m m ，喉颈加大到 0 1 0 2 m m ，改进后的扭矩轴结构如图4 所示 备件 号1 0 0 0 3 8 8 4 0 。 图4 改进后的扭矩轴结构 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 7 4 ．3 2 t 。 “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5 0 C r V A ，其抗拉强度O r b 1 3 0 k g ／Ⅱl m 2 ，“喉颈”仍保持0 1 0 0 m m ，这样，其承受 的最大牵引力F 达到了7 8 t ，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 2 0 0 1 年初，久益公司又对榆家粱煤矿使用的采 2 6 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1 0 0 0 2 3 0 7 2 结构改 为D P 6 ，Z 3 2 ，a 3 0 。加粗型。行走机构结构扭 矩轴结构如图5 所示。 l O 图5 久益公司改进的扭矩轴结构图 将改进后的扭矩轴相关数据分别代人式 1 和 2 ，计算得到F 1 2 3 ．9 8 t ，也就是说，扭矩轴可承 受将近1 2 4 t 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 2 0 0 2 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1 0 0 0 2 3 0 7 2 件号的扭 矩轴 D P 6 ，Z 3 2 ，a 3 0 。 。驱动轮齿数Z ， 2 0 ， 惰轮齿数Z ， 2 2 ，根齿轮齿数Z 3 3 5 ，牙轮参数不 变，齿宽由5 4 m m 加厚至6 8 m m 。 图6 最新型的“行走块” 由于传动齿轮的齿数比变小了 由原来的1 5 ／ 2 4 变为2 0 ／3 5 ，因此，扭矩轴的承载能力提高了9 ． 3 7 5 ％，牵引能力可达1 3 5 ．6 t ，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 1 3 5 ．6 t 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 下转第3 3 页 中国煤炭第3 0 卷第2 期2 0 0 4 年2 月 万方数据 4 数字煤矿实施 雾芸黧紧著言蓑萋蓁妻嘉言瞿 翠里哩里里孽 鬈徽霁黧宝鼗僦 1 一数据库管理系统。系统不仅具备处理静态图形的能 [ 夏至圈力，而且还具有强大的动态数据处理和图形处理能 。[ 二■ 二芏二 _ ] 力，即根据最新的日常生产信息，动态修改或生成新 止型 兰型■竺望 的图形；通过皿对最新的信息进行动态查询功能；实 白- - - - - M 白南南南南南南 现同时对多个矿井的数据管理；实现不同用户对数据 ⋯洲㈨㈨川引幽骄燃赢黧篙篇淼国煤 吲吲l 霎II 霎l l 霎Il 妻} l 耋ll 霎l } 炭企业的“数字煤矿”系统，开发出具有我国煤矿特 L _ L 上兰上于L 生土上芑j 剖 色的、充分发挥C A D 特长的“数字煤矿’’软件，包括 I 矿井觚可视化输出I 在引进国外的可视化软件基础上或在A u t o C A D 平 ． 彳；二乏聋二[ i { 二辛 台上的二次开发，也包括自主开发的“数字煤矿，，软 l 詈荨薹ll ≮箬ll ；萎篓lf 瓦誓茅lI ；器I 件，对于提升煤炭工业管理水平进而提高煤炭企业l 普计捌l 演示 I 动态查询l 监测 J 动态监测I1 午， 【 l 丁提于r 燥灰上、l 匕宅r 埋爪千】垃l l Ⅱ击黾向．臊灰j I 三y 匕 匕工工工工社会地位和经济效益有着十分重要的现实意义和实 图2 数字煤矿实施方案 用价值。 责任编辑熊志军 ．．蝥妻堡 娄苎要萝羔兰苎、童薹型苎二翌墨耋 。林在康等．采矿蕊编程技术．徐州中国矿 全、矿山压力、矿井设备及其他方面的基础数据按事 业大≥甾磊1 ”9 9 1 8 ．“1 ’1 ～“⋯一14 一””⋯⋯9 先制定的标准格式进行数据输入。对图形处理系统 2 侯运病．地下矿井巷工程c A D 及造型系统3 D 俗的 的二维矢量图形、三维矢量图形、属性数据库系统的 研究与开发．北京科技大学学报，1 9 9 8 3 ，P 2 0 5 ～2 1 0 各种相关数据进行必要处理和可视化输出。可视化 3 毛善君等．空间地质模型及其可视化系统坤国数据 上接第2 6 页 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 数字煤矿的研究与探讨 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1 0 0 0 2 3 0 7 2 的扭矩轴外形尺寸 大大增加了，“喉颈”从0 1 0 2 m m 增大到0 1 2 1 m m 。 抗扭能力是按直径三次方比例增加的，增大值高达 4 0 ％。 6 结语 要使6 L S 一5 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。 责任编辑能志军 3 3 万方数据