李建光

（山西宁武榆树坡煤业有限公司， 山西 宁武 036700）

引言

采煤机是煤矿机械化生产的重要设备，主要功能是割煤和装煤。采煤机包括截割部、电动机、行走机构、牵引部、电气控制系统和辅助装置等[1]。其中，截割部包括固定减速箱、摇臂和滚筒。截割部是采煤机的核心部件之一，依靠截割部采煤机才能完成斜切进刀开机窝、一次采全高、落煤和装煤等作业。相对于采煤机的其余部件，截割部的工作环境最为恶劣，因此对其设计要求更为严格。

摇臂行星减速机构是滚筒调高的部件，同时还是截割部的减速箱。摇臂行星减速机构一般是两级行星减速设计。通过螺栓联接第二级行星减速器的行星架、法兰和滚筒，利用螺栓将密封盖和轴承杯同内齿圈联接。目前，采煤机采用浮动油封实现行星架与轴承杯的密封。某矿2806综采工作面采用的是MG300/700-WDK型采煤机。该工作面的煤层厚度为 1.70～3.40 m，平均厚度为 2.50 m，倾角为 1°～3°，平均为2°，富存稳定属于近水平煤层。在使用过程中，MG300/700-WDK型采煤机时常出现摇臂行星减速器浮动油封破损漏油等故障，导致行星轮打齿、轴承磨损加速等。因此，亟待对采煤机摇臂行星减速机构进行优化，以提高采煤机的可靠性，降低其维护费用，提高煤矿的经济效益。

1 行星减速器的结构

MG300/700-WDK型采煤机的摇臂行星减速器是传动的最后一级减速装置。相较于其他型号的截割行星减速器，该减速器多一个行星轮，其内含有四个行星轮，并且还包括一个浮动的太阳轮。因此，该减速器的制造、安装要求更高。若安装不合要求，极易导致其无法均载。行星架与行星轮可以进行通过轴承独立成套安装。通过NU1044轴承和3003156轴承支撑行星架。在进行安装时，依靠端盖对轴承间隙进行调整，保证轴承端面间距为0.1～0.3 mm。依靠法兰端盖联接行星减速器的输出端和滚筒。如图1所示，为浮动油封结构示意图。在法兰端盖与30031256轴承之间设有密封端盖以避免在该处出现漏油，同时在其外部设有单沟迷宫槽避免煤尘进入其中。

图1 浮动油封结构示意图

2 故障及后果分析

2.1 故障分析

2.1.1 油封承受径向荷载破损

2806回采工作面的地质情况复杂，含有较多断层，当采煤机进行割煤作业时，常会切割到矸石，摇臂产生行星减速器的行星架两端的轴承会受力。其中，3003156轴承会受到轴向力和径向力的共同作用，而NU1044轴承只能承受径向荷载，无法承受轴向作用力。随着采煤机使用时间的增长，3003156轴承的游隙就会增大，同时法兰端和轴承之间的间隙也会增大，导致行星减速器上的法兰沿轴向对浮动油封施加荷载。当荷载超过浮动油封的承载极限时，浮动油封就会出现破损。在超出承载极限较少时，“O”形圈会出现破损，导致行星减速器出现漏油。因此，选用的“O”形圈应具有更高的抗剪切破坏能力。当超出承载极限较多时，浮动油封中的浮动钢圈也会出现断裂，导致大量漏油。

2.1.2 油封安装偏斜，摩擦破损

在进行安装油封时，要求唇口和轴颈之间紧密联接，保证其完全贴合。若由于安装精度不足极易出现油封安装偏斜，导致油封的唇口与轴颈及连接杆由垂直变为不垂直。在采煤机摇臂转动时，在骨架的牵引作用下，唇口会出现变形，部分区域就会没有贴合而出现空隙导致漏油。

2.1.3 密封材料不合格

进行密封安装时，密封力会随着密封空间的缩小而增大，在此过程中，润滑液油膜会出现损坏。而且在采煤机工作过程中油封内的温度会逐渐升高，使得密封效果变差。主要原因是在温度过高的条件下橡胶圈容易出现弹性变形，氧化加速。并且浮环在选材时未考虑耐磨性能，在使用过程中会由于摩擦而出现磨损，导致出现缝隙而漏油。

2.2 后果分析

当发现行星减速器漏油后，应立刻对破损的油封进行更换，并对轴承的端面间隙进行调整。由于3003156轴承与NU1044轴承的安装位置为行星轮架的两端，一旦3003156轴承的游隙过大，就会导致行星轮架向NU1044轴承所处方向窜动。而NU1044轴承在设计时只考虑径向承载，无法承受轴向荷载。一旦轴向荷载过大极易出现损坏。在NU1044轴承失效后，整个行星轮架就会出现偏移，并发生故障。如3003156轴承破坏失效、行星轮之间打牙断裂、齿圈齿咬断、太阳轮轮齿挤压破损和行星轮架损坏等。出现上述故障，不仅增加维修费用，还会导致开机率降低，不利于综采工作面实现高效安全生产。

3 机构优化

MG300/700-WDK型采煤机摇臂行星减速器浮动油封的造价超过3700元，每次更换需要耗费大量的时间和成本，因此需对其进行改进。针对采煤机摇臂行星减速器存在的问题，可从如下方面进行优化改进：

1）选用带凹槽的浮环。浮动油封采用带有凹槽的浮环可以使在采煤机摇臂运动时，橡胶环和浮环之间不产生相对滑动[2]。不出现滑动就不会出现橡胶圈摩擦破损，从而保证橡胶圈处于密封状态避免漏油[3]。同时采用的橡胶圈应为矩形，因为矩形橡胶圈相较于圆柱形橡胶圈可以提供更大的补偿量，有利于延长浮动油封的使用寿命。

2）增设浮动油封盘。浮动油封若安装偏斜会加速浮动油封的磨损而出现漏油，因此在进行安装时增加一个浮动油封盘。即生产厂家在出厂时就将浮动油封安装在可移动的浮动油封盘上。当需要在井下安装时，将已装有浮动油封的圆盘对应的安装在方形套和摇臂壳体上。通过此种设计可以避免在安装时出现偏斜的问题。

3）其他改进。在保证与行星减速器输出端联接的法兰端盖其他结构尺寸不变的前提下，将法兰端盖原有的浮动密封区位改成双骨架油封区位，同时将单沟迷宫槽增加为双沟迷宫槽已保证防尘效果；对法兰端盖与3003156轴承之间的密封端盖进行调整，保证其能与优化后的法兰端盖相匹配。

同时还应加强对摇臂的检修力度，避免漏油导致的其他事故。尤其是保证3003156轴承的游隙在0.17～0.26 mm内。轴承压盖和轴承之间的间隙在0.05～0.25 mm内。

4 现场应用

某矿于2015年9月将经过改进的MG300/700-WDK型采煤机摇臂行星减速机构投入综掘工作面生产使用，经过为期半年的工业试验，现场验证有效降低了采煤机摇臂行星减速器密封结构的检修费用，如表1所示。由表1可知，经过改进，每台采煤机每月可以节省在摇臂行星减速器密封结构方面的检修费用达2.3万元。

表1 MG300/700-WDK型采煤机摇臂行星减速器密封结构改进前后检修费用对比表

5 结论

通过选用带凹槽的浮环、增设浮动油封盘和改进迷宫沟槽等措施对采煤机摇臂行星减速器密封结构进行优化改进，并提高检修要求，经现场应用表明此改进可以在提高采煤机摇臂行星减速器密封结构可靠性的同时，每月节约检修费超过2.3万元，从根本上解决了采煤机摇臂行星减速器漏油的问题，提高了采煤机的开机率，为煤矿企业的生产效率和经济效益的提高提供了保障。