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《內蒙古煤炭經濟》雜志論文

綜采三機鏈輪環內端面密封槽車削修復技術研究

2019-5-28 14:44:28 | 瀏覽310次 | 《內蒙古煤炭經濟》論文 | 全部雜志

  摘 要: 本文重點研究了鏈輪環端面密封槽的車削修復工藝。制定了鏈輪環端面密封槽車削修復裝夾方案并設計制作了裝夾工裝; 制定了車削修復工藝,選取了科學合理的車削刀具及車削用量三要素; 通過三坐標檢測及裝配試運行,鏈輪環端面密封槽的修復達到了修復要求,設備在井下進行了工業性實驗,工件使用壽命顯著增加。

  關鍵詞: 密封槽修復; 端面修復; 車削密封槽; 鏈輪環

  Abstract: This paper lays emphasis on the technique of turning recovery of end face seal groove of sprocket. It makes a turning recovery and clamping scheme,designs and produces clamping frock,determines the turning recovery technique,and selects scientific turning tools and three elements for turning parameters. Through three - dimensional detection and pilot run of assembly,the recovery of end face seal groove of sprocket meets the requirement. Besides,the industrial experiment under the shaft shows the service life of work piece significantly increases.

  Key words: Recovery of seal groove; Recovery of end face; Turning seal groove; Sprocket

  中圖分類號: F403. 7; TD40 文獻標志碼: A 文章編號: 1008 - 0155( 2018) 04 - 0004 - 03

  DOI:10.13487/j.cnki.imce.011547

  1 研究背景與意義

  綜采三機(大三機)是井下綜采工作面核心設備,其中采煤機為破煤、裝煤設備;液壓支架為支護、推移設備;刮板輸送機為綜采工作面煤巖運輸設備。刮板輸送機又細分為機頭部、機尾部及轉載部三部分(小三機),三機鏈輪環是運輸設備的核心傳動部件,將由減速機傳遞過來的動力傳遞至鏈條,帶動刮板實現煤巖運輸。在動力傳遞過程中,受井下粉塵、液體腐蝕、重載等惡劣環境的影響,鏈輪環極易受損失效,據統計,僅神東礦區每年因磨損失效需修復的鏈輪環就達200余件,修復價值超千萬元。

  1. 1 鏈輪環的主要失效形式及修復工藝分析

  鏈輪環傳動鏈上級為鏈輪軸,通過鍵連接傳遞動力,傳動鏈下級為刮板鏈,鏈窩與刮板鏈嚙合傳遞動力。端面與軸承杯配合連接。通過傳動原理與實物分析。鏈輪環的主要失效形式可分為三類:①內孔鍵槽與鍵磨損失效;②外圓鏈窩與鏈環接觸面磨損失效;③內端面密封槽腐蝕、磨損失效。

  1 鏈輪軸; 2 齒輪轂; 3 旋轉銷; 4 鏈輪環; 5 軸承杯

  根據摩擦學原理,鏈輪環的磨損失效形式可分為初期磨損、正常磨損和急劇磨損三個階段。不同階段零件磨損表面形貌如圖所示。

  鏈輪環在不同磨損期所經歷的磨損形式主要有正常磨損階段的磨料磨損以及嚴重磨損階段零件受高溫、重載出現的粘著磨損

  通過文獻鏈輪環磨損損傷的物理機制取磨損量的計算公式為:

  其中,W-磨損體積,mm3;K-磨損因數;S-相對滑動距離,mm;F-法向載荷,N;H-較軟材料的布氏硬度,HB。

  根據計算公式,磨損量的大小跟零件載荷大小、磨損系數、較軟材料的硬度有較大關系。對零件工況進行分析,鏈輪環所受載荷不可變,潤滑條件及密封性能等影響磨損系數的因素難以改觀,由此,提高較軟材料的布氏硬度是減少磨損量,提高鏈輪環使用壽命的有效途徑。

  針對鏈輪環主要失效形式及使用工況分析,依據加工設備特性制訂修復工藝。內孔鍵槽磨損采用材料堆焊后插鍵槽的修復工藝;鏈窩磨損選用手工堆焊加鏜銑加工的修復工藝;內端面密封槽磨損選用自動焊接加車削加工的修復工藝。在焊接材料的選取上,對鏈輪環磨損位置進行取樣化驗,選取高一等級焊接材料提高修復區硬度能有效改觀零件的使用性能,對修復件起到再制造的效果。

  1. 2 鏈輪環內端面密封槽修復工藝及難點分析

  鏈輪環內端面密封槽修復采用不銹鋼焊接,改善修復位置抗腐蝕性能,有效提高鏈輪環使用壽命。焊接前對磨損位置進行打磨、清洗,去除油污及疲勞層,改善焊接性能。

  內端面車削為修復加工的重點工序,也是難點工序。主要存在以下幾個難點需要克服:①外圓面為不規則齒形結構,車削加工裝夾、找正困難;②修復位置加工精度高,尺寸公差僅為0.02mm;③修復位置幾何形狀復雜,存在10°倒角1處,R5、R0.5圓弧角各一處;④加工過程中尺寸檢測困難,需間接保證尺寸;⑤工件笨重,吊裝、裝夾難度大。

  1. 3 鏈輪環內端面密封槽修復現狀

  神東煤炭集團為國內采煤設備自主修復技術較為領先的單位,目前,神東礦區磨損失效的鏈輪環主要由維修中心實施修復,對鏈窩修復及內孔鍵槽的修復技術已經較為成熟,鏈輪環端面修復技術還在研究階段。國內尚無其他企業及研究機構開展鏈輪環端面修復技術的研究。

  2 鏈輪環內端面密封槽焊接修復工藝制定

  2. 1 焊接設備、焊材選用

  內孔鍵槽磨損采用材料堆焊后插鍵槽的修復工藝;鏈窩磨損選用手工堆焊加鏜銑加工的修復工藝;內端面密封槽磨損選用自動焊接加車削加工的修復工藝。修復區焊接熱傳遞性能較好,零件抗熱變形能力好的特性,可采用常規焊接方式進行焊接。結合現有設備,焊接使用常規500型二氧化碳氣體保護焊設備進行焊接,內端面焊接輔以自動環縫焊接設備,提高焊接性能。

  通過母材化驗、檢定,修復區硬度為HB240-280,材料成分與45鋼接近。對比分析可采用定制不銹鋼材料進行焊接,該焊材與45鋼有較強的融合性能,焊后硬度可顯著提升,且具有不銹難腐蝕的特征。

  2. 2 焊接工藝制定

  首先手工焊接修復內孔鍵槽、鏈窩,焊接過程前預熱,焊后保溫,防止熱變形出現。然后使用環縫焊接設備焊接內端面密封槽,控制進給速度,使層間搭接良好。

  3 鏈輪環內端面密封槽車削修復工藝制定

  3. 1 工件裝夾與找正

  鏈輪環外圓面為不規則的齒形結構,使用車床卡盤直接裝夾存在較大困難,該工件內孔為花鍵結構,由于外形尺寸大,自重大,加工位置又位于外端面,故亦無法使用內爪與頂尖配合裝夾的方式,需研究制定一種較為安全可靠的裝夾方式。

  研究發現鏈輪環兩側端面各有一沉臺孔,該沉臺孔在使用過程中有輕微銹蝕,外形較為完整,可用作裝夾工裝的主要配合面,該沉臺孔與鏈輪環內端面密封槽同軸,將此面作為裝夾面是較為理想的裝夾方案。鏈輪環裝夾需設計制作一圓形裝夾工裝與壓板配合使用,將鏈輪環通過端面沉臺孔固定到裝夾工裝上,使用四爪卡盤進行裝夾。

  裝夾工裝使用80mm厚圓盤制作,圓盤外圓為四爪卡盤裝夾面,單側留有凸臺一處,凸臺外徑與鏈輪側面沉臺孔外徑基本尺寸相同,配合面選用間隙配合,凸臺高度略小于鏈輪環沉臺孔高度,是鏈輪端面與圓盤端面貼合,為保證裝夾定位精度,需保證裝夾工裝制造精度,其中凸臺外圓與工裝外圓的同軸度、表面粗糙度;圓盤端面表面粗糙度為重要工藝尺寸。工裝徑向對稱加工螺紋孔,用于固定螺紋拉桿,與壓板配合使用壓緊鏈輪環。

  將鏈輪固定到裝夾工裝上,使用四爪卡盤夾持裝夾工裝外圓面,由于在工裝制作過程中保證了外圓與凸臺外圓的同軸度,在裝配過程中保證了凸臺外圓與鏈輪沉臺孔的同軸度,故保證了工裝外圓與工件內孔的同軸度,使用四爪卡盤裝夾經初步調整就能基本保證鏈輪環中心軸線與車床旋轉中心的同軸度。

  工件找正精基準可選用鏈輪環內孔外側任意未磨損內圓面,使用百分表讀數,通過調整四爪卡盤微調進行找正。由于在前期工裝制作及裝夾過程中已經基本實現了定位職能,可有效縮減車床找正調整時間。

  3. 2 車削工藝制定

  3. 2. 1 車削工藝步驟制定

  鏈輪環內端面密封槽結構復雜,既有10°錐孔1處,又有R5、R0.5圓弧角各一處,車削精度要求高,為保證加工精度,需確定科學合理的工藝路線。

  首先:車削圓弧角徑向尺寸,為保證后續加工精度,粗加工留 0.4mm 左右余量,車削前需要提前計算軸向車削長度,過長則導致錐孔處余量不足,過短則增加精加工車削余量影響加工精度。

  第二工步:車削圓弧角處臺階端面,使端面平整,恢復至原尺寸。

  第三工步:車削R5、R0.5圓弧角。該位置與密封配合,為關鍵位置尺寸,加工過程中難以通過尺寸檢測控制加工尺寸,手工車削需要通過嚴謹的工藝步驟和操作者豐富的加工經驗來保證加工精度。

  第四工步:錐孔車削,該位置為過渡表面,車削過程不能破壞圓角外形尺寸,確保接刀良好,實現平整過渡。

  3. 2. 2 刀具及切削用量選用

  車削刀具及切削用量三要素是保證實現預期工藝步驟及加工精度的關鍵。通過工藝路線及加工精度相關要求,結合車削設備及實踐加工經驗,選用科學合理的車削刀具和切削用量是實現加工需求的基礎。

  根據車削需求,主要車削刀具選用高速鋼外圓車刀。圓弧倒角處選用成形刀具倒角刀保證加

  工精度。

  因工件外形尺寸較大,自重較重;加工位置車削距離小;壓板裝夾后車削區空間小,不宜選用大的車削速度及進給量,車削用量因選用低轉速、小進給量及小吃背刀量。

  3. 3 檢測及結果評定

  車削完成后去除毛刺、飛邊,尖角處用砂紙打磨,確保圓滑過渡,保障裝配過程中不傷密封。

  由于車削位置尺寸難以用量具直接測量,首件修復工件使用了三坐標測量儀進行了尺寸檢測,經檢測各尺寸加工精度達到了加工要求。

  大修部門對鏈輪環進行了裝配,各裝配公差在裝配要求范圍內,裝配后試運轉,密封位置不漏油、無異響等異常狀況發生。

  4 結論

  本文通過對鏈輪環使用特性分析提出了鏈輪環的主要失效形式,并針對鏈輪環端面密封槽修復這一難點問題提出了解決性方案。重點研究了鏈輪環端面密封槽的車削修復工藝。

  (1)制定了鏈輪環端面密封槽車削修復裝夾方案并設計制作了裝夾工裝,經論證裝夾方案安全可靠,裝夾工裝省時省力,能實現預期裝夾找正效果。

  (2)制定了車削修復工藝,選取了科學合理的車削刀具及車削用量三要素,加工精度達到了圖紙技術要求。

  (3)通過三坐標檢測及裝配試運行,鏈輪環端面密封槽的修復達到了修復要求,設備在井下進行了工業性實驗,工件使用壽命顯著增加。

  5 展望

  該技術目前在神東礦區鏈輪修復業務中已經廣泛運用,取得了良好的應用效果,可在行業內廣泛推廣,也可推廣到其他相關盤類零件的車削工藝中,具有廣闊的使用價值和較高的經濟效益。

  (責任編輯: 陳凌霄)

  (國家能源集團 神東煤炭集團 設備維修中心,陜西 榆林 719315)

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