露天煤礦無齒輪傳動大型吊斗鏟的研制

露天煤礦無齒輪傳動大型吊斗鏟的研制

由美國比塞洛斯國際公司生產(chǎn)的s165g-65噸是一種特殊的大型設(shè)備，用于將黑巖露天礦的覆蓋和巖屑堆放到煤板上。將采裝材料直接注入采空區(qū)，然后返回室外井。該采掘工藝是露天煤礦開采中一種科技含量高、設(shè)備昂貴、經(jīng)濟性效益明顯的采掘工藝,適宜在大型、特大型礦山使用。目前僅在世界上少數(shù)幾個國家推廣。S8750-65型吊斗鏟是國內(nèi)第一臺無齒輪傳動大型吊斗鏟,是全球首次推出無齒輪傳動工藝的新產(chǎn)品。它的懸臂長109.7m,行走速度3.5m/min,回轉(zhuǎn)平臺長38.4m,回轉(zhuǎn)平臺寬29m,挖掘深度71m,鏟斗容積90m3,整機凈重4900多t,整機工作重量5300多t。小時倒堆量4000m3,年倒堆量2200萬m3。1大鼠吊斗挖掘中出現(xiàn)的斷裂S8750-65邁步式吊斗鏟鏟斗部位起到平衡鏈條作用的橫拉桿,如圖1。設(shè)備在采掘運行過程中,橫拉桿會與鏟斗或物料發(fā)生經(jīng)常性碰撞,不斷地受到?jīng)_擊載荷的作用,導致橫拉桿整體發(fā)生彎曲變形,或表面受撞擊出現(xiàn)塑性變形。塑性變形引起的應(yīng)力集中最終導致橫拉桿出現(xiàn)疲勞裂紋,裂紋的拓展最后導致橫拉桿的斷裂。一根完好的進口橫拉桿的使用壽命大約為45天左右。斷裂頻繁,橫拉桿的更換直接影響了吊斗鏟的正常生產(chǎn)運行,且更換新桿的費用也較昂貴。為了減少橫拉桿的更換頻率,增加其使用壽命,響應(yīng)公司“雙增雙節(jié)”的文件精神,經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的研究探討,確定了將原進口橫拉桿兩端取下,中部使用國產(chǎn)鋼管進行重新焊接維修的工藝,對其進行檢修。但由于維修后使用壽命僅7天左右,所以決定采取在橫拉桿上套裝廢舊輪胎的檢修工藝,并根據(jù)檢修后的使用情況,對此工藝又進行了進一步的改進。2吊耳的安裝及固定橫拉桿中間部位為管柱狀結(jié)構(gòu),管壁壁厚為δ=30mm,長L=6600mm,外徑Φ=530mm,兩端為吊耳結(jié)構(gòu)件,與中部橫桿為焊接連接。檢修工藝過程如下:(1)首先采取火焰切割的方法將已經(jīng)斷裂的橫拉桿兩端的吊耳取下,使用碳弧氣刨對吊耳進行臺階坡口及周邊的修整,修整后用角向磨光機進行拋光,去除臺階坡口處的氧化層和積碳。(2)將新購進的鋼管按橫拉桿中間部分所需尺寸進行切割截取,并使用角向磨光機進行打磨。(3)先將鋼管的一端與吊耳對接,對接過程中要保證鋼管與吊耳的同軸度,并在鋼管的另一側(cè)進行畫線標記,利用CO2氣體保護焊進行吊耳的點焊固定。(4)一側(cè)的吊耳點焊固定后,開始在鋼管上套裝28條廢舊輪胎,最后按照所畫標記進行另一端吊耳的對接安裝及點焊固定。最后采用CO2氣體保護焊對兩側(cè)的吊耳進行整體的焊接固定,在焊接過程中要確保焊縫的焊接質(zhì)量。3局部改進的過程通過對檢修后橫拉桿的跟蹤觀察,發(fā)現(xiàn)輪胎套裝的檢修工藝,起到了預期效果,使橫拉桿的使用壽命有所延長。但是由于輪胎本身具有良好的收縮性,套裝的輪胎較為松散,在撞擊過程中,分別被擠壓到撞擊點兩側(cè),反復的撞擊很快便使輪胎擁擠到兩側(cè),喪失對橫拉桿的保護作用。經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員認真研究探討,決定對輪胎套裝工藝進行局部改進,改進后的工藝過程如下:(1)首先采取火焰切割的方法將已經(jīng)斷裂的橫拉桿兩端的吊耳取下,使用碳弧氣刨對吊耳進行臺階坡口及周邊的修整,修整后用角向磨光機進行拋光,去除臺階坡口處的氧化層和積碳。(2)制作2個專用輪胎套裝夾夾具及圓形緊擋片,擋片外徑要小于輪胎外徑5～10mm。(3)在新購進的鋼管上進行所需尺寸標注,直接將一側(cè)與吊耳點焊固定后,將一擋片同時也進行點焊固定,然后開始在鋼管上套裝廢舊輪胎,套裝的輪胎增加為35條,最后將另一擋片套裝在輪胎末端,再使用導鏈及專用夾具進行套裝輪胎的壓縮,當露出所標尺寸后,對擋片進行點焊固定。卸除專用夾具,并利用火焰切割的方法將長出的鋼管去掉。(4)按照所畫標記進行另一端吊耳的對接安裝及點焊固定。最后采用CO2氣體保護焊對兩側(cè)的吊耳進行整體的焊接固定,在焊接過程中要確保焊縫的焊接質(zhì)量。套裝輪胎后的橫拉桿如圖2所示,檢修工藝改進前后的對比見表1。4焊接工藝參數(shù)的選擇采用CO2氣體保護焊,焊機型號MiuerDimehsion812,選擇藥心焊絲型號LW-71TM。(1)半自動CO2氣體保護焊的選擇:考慮到CO2氣體保護焊較其他焊接方法相比有生產(chǎn)效率高,焊接成本低(為焊條電弧焊接的40%～50%),耗能低,焊接保護效果良好等優(yōu)點。且在焊接過程中CO2電弧的穿透力強,抗銹能力強,焊縫含氫量低,焊接低合金鋼時冷裂紋的傾向小。(2)半自動CO2氣體保護焊接的缺陷:在焊接過程中金屬飛濺較多,特別是當焊接工藝參數(shù)匹配不當時,更為嚴重。有時飛濺損失量達到焊絲熔化量的30%～40%,飛濺增加了焊絲及電能消耗,降低焊接生產(chǎn)率和增加焊接成本。當飛濺金屬粘到導電嘴和噴嘴內(nèi)壁上,會造成送絲和送氣不暢而影響電弧穩(wěn)定和降低保護作用,惡化焊縫成形。粘到焊件表面上又增加焊后清理工序?？癸L能力較弱,室外作業(yè)需有防風措施。在熔池金屬內(nèi)部存在有溶解不了的或過飽和的氣體,當這些氣體來不及從熔池中逸出時,便隨熔池的結(jié)晶凝固,而留在焊縫內(nèi)形成氣孔。(3)焊前預熱及焊后保溫的選擇:考慮到在焊接過程中將產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力,如控制不好將產(chǎn)生嚴重的裂紋和焊縫開裂,因此必須采取防裂紋及防止應(yīng)力集中措施:選擇熟練的焊工進行焊前預熱,采取較快的焊接速度,選擇合理的焊接速度使焊縫一次焊完。并進行焊后保溫使焊縫處進行緩冷,可以使擴散氫逸出,防止延遲裂紋的產(chǎn)生,溫度一般在200～300℃。5吊斗挖掘技術(shù)的優(yōu)點在橫拉桿