電動挖掘機驅動大齒輪故障分析

電動挖掘機驅動大齒輪故障分析

1其他機構使用中存在的問題撫順西露天礦是一座具有百年歷史的老房子。目前，生產(chǎn)中的挖掘機包括順昌機械廠生產(chǎn)的w-4型收割機、太原重型機械廠生產(chǎn)的wk-4型收割機和前蘇聯(lián)生產(chǎn)的4g3o1。以上3個廠家生產(chǎn)制造的挖掘機的結構基本類似,其他機構都比較簡單,只有行走機構相對比較復雜,使用中出現(xiàn)的問題也較多。最主要的問題是驅動行走的大齒輪斷齒故障十分頻繁。最近幾年每年都發(fā)生斷齒故障20多臺次,不僅因更換齒輪增加了費用,同時因每次更換齒輪影響挖掘機作業(yè)1～2天,極大的影響了礦山的生產(chǎn)。另外,更換大齒輪(履帶架油箱齒輪)時,坑下作業(yè)環(huán)境差,更換該部分時不能使用吊車,更換時使用挖掘機的斗桿作為吊桿,作業(yè)區(qū)域狹窄,作業(yè)危險性很大,極易發(fā)生碰傷事故。因此,我們必須研究其直齒圓柱大齒輪的斷齒原因,尋求延長使用壽命的途徑和方法,從而以最低的維修成本,獲得最高的經(jīng)濟效益。2齒輪轉動控制行走傳動機構是由運行電動機帶動,通過齒輪式聯(lián)軸器把動力傳給主動圓錐齒輪,主動圓錐齒輪帶動從動圓錐齒輪,行走減速箱三軸隨之轉動,三軸的轉動又帶動一對斜齒圓柱齒輪轉動,斜齒圓柱齒輪的轉動又帶動另一對斜齒圓柱齒輪傳動,從而使減速箱大軸也隨之轉動。大軸通過花鍵與行走第一順軸聯(lián)接,第一順軸又帶動一對直齒圓柱齒輪轉動,第二順軸隨之轉動,第二順軸的轉動又帶動一對圓錐齒輪轉動三節(jié)軸中間軸也隨之轉動。中間軸通過左右牙嵌式離合器的聯(lián)接,分別帶動左右邊軸轉動,左右邊軸的轉動又分別帶動兩履帶油箱內(nèi)的一對直齒圓柱齒輪(該對齒輪中的大齒輪易斷齒)轉動,從而帶動左右驅動軸和驅動輪,驅動輪又和履帶相嚙合,實現(xiàn)了履帶的移動,從而使挖掘機實現(xiàn)行走。3齒輪安裝精度的控制該礦使用的各廠家制造的挖掘機其履帶架油箱直齒圓柱齒輪,其小齒輪的齒數(shù)Z1=12,大齒輪的齒數(shù)Z2=33,模數(shù)均為m=26mm。由于該對齒輪需傳遞很大的扭矩,因此必須有較大的模數(shù),但同時齒輪的外形尺寸較大時又受客觀條件限制,還有對速比的要求,因此只能盡量的減小小齒輪的齒數(shù),即小齒輪齒數(shù)Z1=12。這樣小齒輪在加工時為避免根切,必須采用變位齒輪。各制造廠家的小齒輪變位系數(shù)均取x=+0.5,這樣小齒輪齒根增厚,齒根彎曲強度和耐磨損能力都得到了提高,因此小齒輪沒有發(fā)生過斷齒事故。撫順挖掘機廠和太原重型機器廠生產(chǎn)的挖掘機取大齒輪變位系數(shù)x=-0.5,則大齒輪的齒根變窄,齒根高度變大,大齒輪的抗彎曲能力變差。通過多次事故后發(fā)現(xiàn)都是大齒輪發(fā)生斷齒,與我們上述的理論分析相符合。通過理論分析與實踐的探索,我們主要采取了下面4條措施,有效的提高了齒輪的壽命,減少了斷齒故障的發(fā)生。(1)提高檢修和安裝質量。隨著科技的不斷進步和發(fā)展,現(xiàn)在齒輪一般都采用滾齒機進行加工,只要是機床的精度夠,操作者正確使用機床,并且加工工藝合理,則齒輪的尺寸公差、形狀和位置公差及表面粗糙度都能得到滿足。但對于更換齒輪時由于受客觀條件限制,齒輪的安裝精度,即設備的安裝質量卻較難得到保證。通過對斷齒的分析,發(fā)現(xiàn)齒輪齒面有偏嚙合現(xiàn)象,大齒輪齒頂部嚙合痕跡較重,并且齒輪輪齒下部幾乎看不出嚙合跡象,這樣就造成齒輪輪齒局部磨損加重,有效斷面變小,及整個輪齒受力不均勻,局部應力過大,從而導致斷齒故障的發(fā)生。經(jīng)查手冊得知,對于相互嚙合的齒輪其中心距為585mm的9～10級齒輪兩齒輪軸心線的不平行度公差δx=0.038～0.048mm,軸心線的歪斜度公差δy=0.038～0.048mm。對于齒輪安裝精度的要求,我們在實際工作中往往做得不夠。主要原因是在安裝軸套時,因兩組軸套的安裝精度的影響及由于軸承座孔經(jīng)過長期工作發(fā)生變形的影響,而軸套和座孔的精度則會通過安裝在其上的嚙合齒輪的工作狀態(tài)明顯的反映出來。主要的解決方法是:當設備大中修時,對軸承座孔進行補焊后做鏜孔加工處理,從而恢復原校準尺寸;齒輪安裝時結合現(xiàn)場實際對齒輪的安裝誤差必須進行檢測和控制,保證要求的安裝精度;安裝完成后,挖掘機行走時,其履帶板必須松緊適度,否則必須重新安裝調(diào)整。這是因為履帶板過緊會加速各部件的磨損,履帶板過松會造成履帶板和驅動輪嚙合不平穩(wěn),產(chǎn)生沖擊振動,進而對履帶架油箱圓柱大齒輪產(chǎn)生沖擊載荷,最終導致斷齒故障的發(fā)生。另外,電控調(diào)試沒有嚴格按照調(diào)試要求進行,使行走操作時齒輪嚙合速度突變,引起過大的動載荷等,都容易造成大齒輪斷齒。(2)提高司機操作水平,盡量保證作業(yè)場地堅實平整。齒輪承受載荷后,輪齒的受力相當于懸臂梁的受力,因此齒輪在工作中如果受到嚴重的沖擊和過載,則極易發(fā)生斷齒事故。通過調(diào)查、分析,齒輪發(fā)生斷齒時,較多情況是挖掘機在坡道上工作和工作在較軟的地面,及工作場地凹凸不平,從而導致挖掘機行走時運行阻力過大;還有一次因扭車角度超過30°導致扭車力矩長時間過大;司機操作不柔和、打反車,及長距離的頻繁倒車等。解決的辦法是:對司機進行嚴格的培訓,改進司機的不良操作習慣,講究柔和操作;避免動載荷對設備造成的危害。司機在扭車和反車作業(yè)時要求借助斗桿幫助,對行走機構的電控調(diào)試要求精確,從而對司機的不良操作進行限制。另外挖掘機作業(yè)場地應盡量平整堅實,這是挖掘機安全生產(chǎn)的必要條件。(3)嚴格控制滑動軸承與軸的間隙?；瑒虞S承的間隙大小也直接影響設備的工作狀態(tài),特別是對固體自潤滑軸承工作性能影響更大。如果間隙過大運轉精度低、沖擊大,特別是對礦用挖掘機驅動行走機構的軸需經(jīng)常正反轉,影響更明顯。而間隙過小軸承過熱,熱膨脹后軸容易卡死。但是,制造部門考慮到現(xiàn)場安裝等各種因素,間隙過小的情況卻從未發(fā)生過。現(xiàn)在使用的挖掘機行走大齒輪軸滑動軸承間隙規(guī)定,最大不能超過4.5mm,而查手冊,推薦的重型機械滑動軸承的配合常用H9/d9,這樣根據(jù)孔與軸的基本尺寸查手冊得出了滑動軸承和軸的上下偏差后,并計算平均間隙為0.5mm左右?；瑒虞S承在工作中發(fā)生磨損是不可避免的,隨著工作時間變長,滑動軸承的間隙只能越來越大,客觀條件也不便經(jīng)常調(diào)整軸承間隙,因此在日常工作中對軸承的潤滑應極其重視,從而能保證軸承即使是工作時間較長,軸承間隙變化也很小。但當間隙達到規(guī)定值時,必須及時適當?shù)臏p小(調(diào)整上蓋和軸承座之間墊片)軸承間隙。總之,軸承間隙變大最終會體現(xiàn)到齒輪的嚙合狀態(tài),直至導致齒輪斷齒。(4)齒輪材料中嚴格控制硫和磷的含量。齒輪的形狀及受力都比較復雜,所以齒輪所用材料的選擇十分講究。生產(chǎn)中齒輪多用合金鋼且毛坯件是鍛件,而對于外型尺寸近1m的齒輪從制造工藝方面考慮應采用鑄件比較適合,因此3個廠家生產(chǎn)的挖掘機的大齒輪均為鑄件,但所用材料有所不同。太原重型機器廠的挖掘機的履帶架油箱大齒輪用的材料是ZG35CrMoA,而撫順生產(chǎn)的挖掘機和前蘇聯(lián)生產(chǎn)的挖掘機用的齒輪材料是ZG35CrMo。通過對現(xiàn)場發(fā)生的斷齒事故時間分析得知,在冬季大齒輪發(fā)生斷齒的事故次數(shù)要遠大于其他季節(jié),特別是選用ZG35CrMo材料的大齒輪,冬季發(fā)生斷齒事故更多。其主要原因是金屬材料中硫(S)和磷(P)的含量越大,鋼的塑性和韌性就越差,抗沖擊性能也越差,鋼變得也更脆,特別是在低溫時,這種現(xiàn)象更加明顯。目前采用的較簡單可行的辦法就是用ZG35CrMoA材料代替ZG35CrMo材料,則有較好的效果。因為ZG35CrMoA嚴格控制了硫(S)和磷(P)的含量,即材料中S<0.03%,P<0.02%。4心部齒輪的選擇根據(jù)撫順西露天礦長時間使用挖掘機的實際情況,對齒輪材料中的硫、磷含量進行了控制收到了較好的效果。但我們認為在挖掘機行走大齒輪的設計與加工方面加以改進,可能會有更好的效果。如齒輪毛坯材料,根據(jù)目前的機械零件制造水平,用鍛件代替鑄件,使齒輪表面硬度加強,減少磨損,而心部又有足夠的韌性;用合金鋼代替鑄鋼,并采用先進的熱處理方法及用斜齒輪、人字齒輪,代替直齒。這些改進是否合理可以通過實踐來檢驗。另外齒輪的變位系數(shù)對齒輪的壽命影響較大,比如太原重型機器廠生產(chǎn)的挖掘機行走大齒輪變位系數(shù)x=-0.5,而前蘇聯(lián)生產(chǎn)的挖掘機行走大齒輪變位系數(shù)是x=0.039776。通過對兩種挖掘機的計算比較,發(fā)現(xiàn)在傳遞相同扭矩的情況下,前蘇聯(lián)的挖掘機行走大齒輪傳動工作時,齒輪的重疊系數(shù)小,但抗彎曲能力強;而太原重型機器廠的挖掘機行走大齒輪傳動工作時,齒輪的重疊系數(shù)大,但抗彎曲能力差。而齒輪的抗彎曲能力和重疊系數(shù)的大小,可決定齒輪是否發(fā)生斷齒及抗沖擊能力的強弱。因此,齒輪的變位系數(shù)一定有個最佳值。這個最佳值確定的因素很多,必須通過精確的計算和實踐來求得。另外,各廠生產(chǎn)的挖掘機行走大齒輪的精度等級都是9級,隨