KHYD400型煤礦用巖石電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

1技術(shù)背景為了滿足煤礦探水、探瓦斯作業(yè)對探測煤層深度不斷提高的要求，公司新研發(fā)了一種KHYD400型煤礦用巖石電鉆。該鉆機(jī)能夠低速鉆進(jìn)（主軸轉(zhuǎn)速140r/min），大轉(zhuǎn)矩輸出（輸出轉(zhuǎn)矩1500N·m），鉆孔直徑100~160mm，最大鉆進(jìn)深度500m。主機(jī)采用行星齒輪結(jié)構(gòu)，滿足大減速比要求，輸出轉(zhuǎn)矩大，結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，便于煤礦下的搬運(yùn)，適合鉆機(jī)的轉(zhuǎn)向和調(diào)頭操作。2主機(jī)結(jié)構(gòu)電動機(jī)4通過螺栓和后殼體5連接，電機(jī)齒輪7通過鍵6和電機(jī)軸連接。電機(jī)齒輪7漸開線花鍵部分和小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)漸開線花鍵部分安裝在齒套8的內(nèi)花鍵孔中。大頂頭3安裝在電機(jī)齒輪7的右端孔中，小頂頭2安裝在主軸19左端的內(nèi)孔中，小雙聯(lián)齒輪10軸向浮動安裝在大頂頭3大端端面和小頂頭2大端端面之間。大雙聯(lián)齒輪14安裝在6205型深溝球軸承15上，小隔墊13、大隔墊16和兩個(gè)深溝球6205型軸承15安裝在支承軸12上，支承軸12的兩端安裝在行星架17上的孔中，支承軸12軸端通過螺釘、擋盤11與行星架17連接。零件11―16共有3組，均勻安裝于行星架17徑向120°三等分位置的孔上，小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)大端齒部和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14（大端齒部）嚙合。行星架17左右側(cè)支承均為6218型深溝球軸承9，分別安裝在前殼體18和后殼體5中。內(nèi)齒圈24通過螺栓、螺紋套23和中殼體1連接，三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14（小端齒部）和內(nèi)齒圈24嚙合。30216型圓錐滾子軸承20安裝在前殼體18中，用于支承主軸19。主軸19的左端通過花鍵和行星架17連接，密封圈21安裝在前端蓋22中，前端蓋22通過螺栓和前殼體18連接。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

起動鉆機(jī)，動力由電動機(jī)4傳遞到電機(jī)齒輪7，通過齒套8，動力傳到小雙聯(lián)齒輪10，小雙聯(lián)齒輪10和大雙聯(lián)齒輪14（大端齒部）嚙合，動力傳到大雙聯(lián)齒輪14上，大雙聯(lián)齒輪14（小端齒部）和內(nèi)齒圈24嚙合，內(nèi)齒圈24固定不動，大雙聯(lián)齒輪14作行星運(yùn)動，帶動行星架17旋轉(zhuǎn)，動力傳遞到行星架17上，主軸19通過花鍵和行星架17連接，最終動力傳遞到主軸19上。

圖1電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)1－中殼體2－小頂頭3－大頂頭4－電動機(jī)5－后殼體6－鍵7－電機(jī)齒輪8－齒套9－6218型深溝球軸承10－小雙聯(lián)齒輪11－擋盤12－支承軸13－小隔墊14－大雙聯(lián)齒輪15－6205型深溝球軸承16－大隔墊17－行星架18－前殼體19－主軸20－30216型圓錐滾子軸承21－密封圈22－前端蓋23－螺紋套24－內(nèi)齒圈3用戶使用中出現(xiàn)的問題樣機(jī)在客戶處試用3個(gè)月后，客戶反映使用過程中出現(xiàn)以下問題：鉆機(jī)在煤礦井下使用中，鉆機(jī)長時(shí)間鉆進(jìn)時(shí)，主軸出現(xiàn)抱死的現(xiàn)象。公司維修人員到達(dá)現(xiàn)場后，拆開主機(jī)后，發(fā)現(xiàn)幾處異常情況：小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)大端齒部多數(shù)齒的齒面有擠傷痕跡。小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)小端部漸開線花鍵磨損明顯不均勻，左側(cè)小端靠右側(cè)的漸開線花鍵部分磨損較為輕，靠左側(cè)的漸開線花鍵部分磨損重。4原因分析（1）主軸出現(xiàn)抱死的原因小頂頭2大端端面到大頂頭3大端端面之間的距離尺寸尤為重要。如果該距離尺寸小于小雙聯(lián)齒輪10總長度，小雙聯(lián)齒輪10的浮動間隙為零，雙聯(lián)齒輪10失去其浮動作用，小頂頭2大端端面的磨損比一般正常浮動情況下加?。挥捎谛‰p聯(lián)齒輪10不能浮動，鉆機(jī)長時(shí)間使用中，隨著齒輪溫度升高，會造成小雙聯(lián)齒輪10無法同時(shí)和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14正常嚙合，造成齒輪卡死，出現(xiàn)鉆機(jī)主軸抱死事故。如果該距離尺寸大于小雙聯(lián)齒輪10總長度過多，嚴(yán)重影響小雙聯(lián)齒輪10的浮動效果，會出現(xiàn)小雙聯(lián)齒輪10軸線傾斜過大，造成小雙聯(lián)齒輪10和三個(gè)大雙聯(lián)齒輪14齒輪嚙合間隙過于不均勻，造成卡死，導(dǎo)致鉆機(jī)主軸抱死。

（2）小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)小端漸開線花鍵磨損不均勻原因由于齒套8在軸向沒有定位。在使用過程中，存在鉆機(jī)機(jī)身傾斜鉆孔的情況。啟動鉆機(jī)前，鉆機(jī)扳傾斜角度時(shí)，齒套8沿著軸線方向滑動，造成小雙聯(lián)齒輪10與齒套8配合處漸開線花鍵沒有全部結(jié)合，造成了小雙聯(lián)齒輪10的左側(cè)小端部漸開線花鍵磨損不均勻。由于試用中，鉆機(jī)頻繁向上仰角鉆孔，齒套8沿著軸線向左滑動，造成小雙聯(lián)齒輪10左側(cè)小端靠右側(cè)的漸開線花鍵磨損較為輕，靠左側(cè)部分的漸開線花鍵磨損比較重。5改進(jìn)方法1）小雙聯(lián)齒輪10改為彈性浮動支承結(jié)構(gòu)，在小雙聯(lián)齒輪10的右側(cè)端面依舊采用固定頂頭，左側(cè)端面改為帶彈簧調(diào)節(jié)的彈性頂頭。如圖2所示，將大頂頭3插入在彈簧26中，彈簧26安裝在電機(jī)齒輪7端面孔中，小雙聯(lián)齒輪10的軸向位置可調(diào)，靠彈簧26的彈力使得小雙聯(lián)齒輪10的兩端面與大頂頭3端面、小頂頭2端面壓緊。鉆機(jī)使用時(shí)，小頂頭2的端面雖然在鉆機(jī)使用中逐漸磨損，但靠彈簧26的彈力使得小雙聯(lián)齒輪10的兩端面和頂頭保持在浮動接觸狀態(tài)。同時(shí)降低了小雙聯(lián)齒輪10、大頂頭3、小頂頭2三個(gè)零件長度的加工精度。在鉆機(jī)使用中，隨主機(jī)中齒輪的溫度變化，依靠彈簧26的伸縮調(diào)節(jié)，使得小雙聯(lián)齒輪10的浮動間隙保持在合適的范圍，很好地解決了主軸瞬間抱死的問題。

2）在齒套8的中部車削加工一個(gè)孔用彈性擋圈槽，在其中安裝上孔用彈性擋圈25，起到軸向的限位作用。在鉆機(jī)機(jī)身傾斜鉆孔時(shí)，由于孔用彈性擋圈25對起到齒套8軸向的限位作用，齒套8不能沿著軸線方向大距離滑動。有效解決了小雙聯(lián)齒輪10右側(cè)小端部漸開線花鍵磨損不均勻的問題。

圖2改進(jìn)后的電鉆主機(jī)結(jié)構(gòu)1－中殼體2－小頂頭3－大頂頭4－電機(jī)5－后殼體6－鍵7－電機(jī)齒輪8－齒套9－6218型深溝球軸承10－小雙聯(lián)齒輪11－擋盤12－支承軸13－小隔墊14－大雙聯(lián)齒輪15－6205型深溝球軸承16－大隔墊17－行星架18－前殼體19－主軸20－30216型圓錐滾子軸承21－密封圈22－前端蓋23－螺紋套24－內(nèi)齒圈25－彈性擋圈26－彈簧6使用反饋改進(jìn)主機(jī)結(jié)構(gòu)后的KHYD400型煤礦用巖石電鉆，在煤礦下試用12個(gè)月，再也沒有發(fā)生過主軸抱死的情況?？蛻粼囉闷诮Y(jié)束后，公司維修人員到達(dá)現(xiàn)場，拆卸鉆機(jī)后，小雙聯(lián)