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新桥矿DCY1.5C型电动铲运机 后桥悬挂机构技术改造
2019-03-20
受限于矿井特殊生产条件,新桥矿DCY1.5C型电动铲运机在应用过程中后桥悬挂 机构故障频发,在很大程度上影响了矿井生产。根据电动铲运机的实际使用情况,通过分析原悬挂 机构的工作原理和结构特点,认为该型铲运机后桥悬挂结构在设计上存在不足,即后桥结构上下悬 板强度不足;压盖与悬挂板的连接螺栓强度较低;压盖缺乏止口凸台,易发生松动和断裂;铜套内表 面润滑效果不佳;上下悬挂板左右两侧抗震效果不理想。在上述分析的基础上,对相应的技术改造 方案进行了设计,即将受力大的后桥上下悬挂板厚度增大至40mm,压盖和悬挂板采用45#调质螺 栓(M16)连接,将上下悬挂板的左右两侧分别用2个螺栓进行连接,在压盖上增...
Serial No. 598 February. 2019 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2019总年 第25月98第期 2 期 MODERN MINING 新 桥 矿 DCY1. 5C 型 电 动 铲 运 机 后 桥 悬 挂 机 构 技 术 改 造 李 ꢀ 强 1 ꢀ 徐 慧 春 2 ꢀ 刘 恒 亮 1 ( 1. 铜 陵 化 工 集 团 新 桥 矿 业 公 司 ; 2. 内 蒙 古 乌 海 市 经 济 和 信 息 化 委 员 会 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 受 限 于 矿 井 特 殊 生 产 条 件 , 新 桥 矿 DCY1. 5C 型 电 动 铲 运 机 在 应 用 过 程 中 后 桥 悬 挂 机 构 故 障 频 发 , 在 很 大 程 度 上 影 响 了 矿 井 生 产 。 根 据 电 动 铲 运 机 的 实 际 使 用 情 况 , 通 过 分 析 原 悬 挂 机 构 的 工 作 原 理 和 结 构 特 点 , 认 为 该 型 铲 运 机 后 桥 悬 挂 结 构 在 设 计 上 存 在 不 足 , 即 后 桥 结 构 上 下 悬 板 强 度 不 足 ; 压 盖 与 悬 挂 板 的 连 接 螺 栓 强 度 较 低 ; 压 盖 缺 乏 止 口 凸 台 , 易 发 生 松 动 和 断 裂 ; 铜 套 内 表 面 润 滑 效 果 不 佳 ; 上 下 悬 挂 板 左 右 两 侧 抗 震 效 果 不 理 想 。 在 上 述 分 析 的 基 础 上 , 对 相 应 的 技 术 改 造 方 案 进 行 了 设 计 , 即 将 受 力 大 的 后 桥 上 下 悬 挂 板 厚 度 增 大 至 40 mm, 压 盖 和 悬 挂 板 采 用 45# 调 质 螺 栓 ( M16) 连 接 , 将 上 下 悬 挂 板 的 左 右 两 侧 分 别 用 2 个 螺 栓 进 行 连 接 , 在 压 盖 上 增 加 止 口 凸 台 , 在 铜 套 内 外 各 加 工 1 圈 润 滑 油 道 。 经 过 悬 挂 结 构 受 力 计 算 与 可 靠 性 校 核 , 满 足 铲 运 机 安 全 运 行 要 求 。 现 场 实 践 表 明 : DCY1. 5C 型 电 动 铲 运 机 改 造 后 , 设 备 运 行 状 况 良 好 , 故 障 率 大 幅 降 低 , 有 效 确 保 了 矿 井 安 全 高 效 生 产 。 关 键 词 ꢀ 电 动 铲 运 机 ꢀ 悬 挂 系 统 ꢀ 摆 动 架 ꢀ 故 障 率 DOI: 10. 3969 / j. issn. 16746082. 2019. 02. 041 ꢀ ꢀ 新 桥 矿 井 巷 工 区 2 台 DCY1. 5C 型 电 动 铲 运 机 于 2005 年 购 置 并 投 入 生 产 使 用 , 主 要 承 担 井 下 出 矿 和 掘 进 任 务 。 由 于 井 下 条 件 恶 劣 、 装 载 质 量 大 的 特 点 , 近 年 来 在 运 行 过 程 中 , 后 桥 悬 挂 机 构 故 障 频 繁 显 现 , 严 重 制 约 了 生 产 , 给 安 全 行 车 带 来 了 隐 患 。 为 有 效 排 除 该 型 铲 运 机 后 桥 悬 挂 故 障 , 本 研 究 对 其 优 化 改 造 方 案 进 行 设 计 。 图 1ꢀ 铲 运 机 后 桥 悬 挂 机 构 位 置 1 — 车 轮 ; 2— 摆 动 架 ; 3— 后 桥 ; 4— 悬 挂 机 构 1 ꢀ 原 后 桥 悬 挂 机 构 工 作 原 理 及 缺 陷 身 ) , 缓 和 行 驶 中 车 辆 受 到 的 冲 击 力 , 衰 减 由 于 弹 性 系 统 引 进 的 振 动 , 确 保 货 物 完 好 和 人 员 舒 适 。 同 时 悬 挂 系 统 承 担 着 传 递 垂 直 反 力 、 纵 向 反 力 ( 牵 引 力 和 制 动 力 ) 和 侧 向 反 力 的 作 用 。 当 车 轮 相 对 车 架 跳 动 时 , 特 别 在 转 向 时 , 车 轮 运 动 轨 迹 应 符 合 一 定 的 要 求 , 因 此 悬 架 还 具 有 使 车 轮 按 一 定 轨 迹 相 对 车 身 跳 动 的 导 向 作 用 1] 。 1 . 1ꢀ 工 作 原 理 DCY1. 5C 型 铲 运 机 额 定 载 重 量 3 000 kg, 最 大 牵 引 力 F≥80 kN, 最 大 转 向 角 40°, 行 驶 速 度 Ⅰ档 0 ~ 3. 2 km/ h, Ⅱ档 0 ~ 6. 5 km/ h, Ⅲ档 0 ~ 14 km/ h。 整 机 操 作 质 量 10. 3 t, 桥 长 1 580 m, 后 桥 摆 动 角 [ 1] 。 该 型 铲 运 机 采 用 前 后 铰 接 式 连 接 方 式 , 故 有 6 ° [ 前 后 车 架 之 分 , 后 桥 悬 挂 机 构 是 后 车 架 ( 或 车 身 ) 与 车 轴 ( 或 车 轮 ) 之 间 的 连 结 装 置 ( 图 1) 。 悬 挂 板 分 为 两 部 分 , 一 部 分 固 定 于 车 架 上 , 另 一 部 分 通 过 螺 纹 连 接 固 定 悬 挂 板 上 , 车 桥 固 定 于 摆 动 架 上 , 摆 动 架 在 悬 挂 板 之 间 转 动 。 1 . 2ꢀ 原 后 桥 悬 挂 机 构 缺 点 该 矿 DCY15 型 电 动 铲 运 机 起 用 后 不 久 便 频 繁 出 现 故 障 ( 螺 栓 断 后 悬 挂 断 裂 ) , 半 个 月 左 右 便 需 维 修 一 次 , 不 仅 影 响 了 安 全 生 产 , 也 降 低 了 生 产 效 率 。 在 设 备 维 修 前 , 需 对 维 修 硐 室 进 行 支 护 处 理 , 在 设 备 维 修 时 , 必 须 将 2 个 轮 毂 拆 除 方 可 进 行 修 理 , 故 导 致 维 修 量 较 大 , 既 增 加 了 劳 动 强 度 和 维 修 成 本 ( 2 台 设 备 每 月 维 修 保 养 耗 费 约 3 万 元 ) , 又 影 响 了 正 常 生 悬 挂 机 构 的 作 用 是 弹 性 连 接 车 桥 和 车 架 ( 或 车 ꢀ ꢀ 李 ꢀ 强 ( 1982— ) , 男 , 工 程 师 , 244099 安 徽 省 铜 陵 市 义 安 区 。 1 65 总 第 598 期 现 代 矿 业 2019 年 2 月 第 2 期 产 ( 维 修 一 次 约 耗 时 1 周 , 修 理 后 每 天 还 需 进 行 跟 踪 检 查 ) 。 经 过 分 析 论 证 , 本 研 究 认 为 该 型 设 备 的 后 桥 悬 挂 机 构 存 在 设 计 缺 陷 ( 图 2) 。 原 因 为 : ①铲 运 机 铲 矿 行 走 时 , 整 个 后 桥 机 构 的 力 全 部 集 中 于 悬 挂 机 构 上 , 上 下 悬 挂 板 较 薄 , 强 度 不 足 , 易 破 裂 ; ②压 盖 和 悬 挂 板 采 用 强 度 较 低 的 螺 栓 ( M12) 连 接 , 受 到 强 作 用 力 时 易 折 断 ; ③压 盖 缺 乏 止 口 凸 台 , 导 致 由 摆 动 架 传 过 来 的 力 通 过 压 盖 全 部 集 中 于 螺 栓 上 , 特 别 是 铲 运 机 转 弯 时 , 铜 套 给 压 盖 的 倾 斜 力 使 螺 栓 承 受 非 常 大 的 力 矩 , 容 易 发 生 松 动 和 断 裂 ; ④铜 套 外 表 面 缺 乏 1 圈 油 道 , 导 致 润 滑 油 无 法 充 分 流 进 铜 套 内 表 面 进 行 润 滑 ; ⑤上 下 悬 挂 板 左 右 两 侧 仅 用 1 个 螺 栓 连 接 , 抗 震 效 果 差 , 易 松 动 。 图 3ꢀ 改 造 后 的 铲 运 机 后 桥 悬 挂 机 构 ꢀ 强 度 校 核 3 3 . 1ꢀ 悬 挂 机 构 受 力 计 算 矿 井 铲 运 机 的 行 驶 道 路 崎 岖 不 平 , 铲 运 机 易 发 生 跳 动 , 铲 运 机 车 体 需 要 依 靠 摆 动 架 实 现 平 衡 , 因 此 车 体 给 悬 挂 机 构 的 载 荷 是 不 断 变 化 的 。 铲 运 机 满 载 前 行 在 转 向 处 发 生 跳 动 时 , 悬 挂 机 构 承 受 的 载 荷 最 大 , 只 要 在 此 时 悬 挂 机 构 能 够 有 效 承 受 外 部 载 荷 , 便 可 安 全 使 用 。 此 时 由 于 摆 动 架 的 作 用 使 重 心 下 移 , 后 桥 的 一 个 车 轮 悬 空 , 整 机 的 摩 擦 力 和 支 持 力 由 3 个 车 轮 承 担 。 将 整 机 作 为 研 究 对 象 : 即 : 3F = G = 支 持 Mg = ( 10 300 + 3 000) 10 = 133 000 N, 故 F = 支 持 4 2 4 333. 4 N。 由 于 3F = F = 80 000 N, 所 以 F = f 6 666. 7 N( 图 4) 。 在 上 述 分 析 的 基 础 上 , 将 后 桥 牵 引 f 图 2ꢀ 铲 运 机 原 悬 挂 机 构 ꢀ 后 桥 悬 挂 机 构 优 化 改 造 根 据 矿 山 现 阶 段 的 生 产 情 况 , 为 提 高 悬 挂 机 构 和 摆 动 架 视 为 一 个 整 体 ( 质 量 m = 1 000 kg) , 对 其 进 行 受 力 分 析 如 图 4 所 示 。 2 强 度 、 减 少 维 修 次 数 , 本 研 究 对 该 型 铲 运 机 的 悬 挂 机 构 进 行 优 化 改 造 。 改 造 方 案 为 : ①将 受 力 大 的 后 桥 上 下 悬 挂 板 厚 度 增 大 至 40 mm, 增 加 悬 挂 板 强 度 ; ② # 压 盖 和 悬 挂 板 改 用 强 度 大 的 45 调 质 螺 栓 ( M16) 连 接 , 增 加 螺 栓 的 连 接 强 度 ; ③将 上 下 悬 挂 板 的 左 右 两 侧 分 别 用 2 个 螺 栓 进 行 连 接 , 增 强 悬 挂 机 构 的 抗 震 效 果 ; ④在 压 盖 上 增 加 止 口 凸 台 , 用 于 分 担 螺 栓 的 力 , 减 少 螺 栓 所 承 受 的 力 矩 ; ⑤铜 套 内 外 各 加 工 1 圈 润 滑 油 道 , 提 高 润 滑 效 果 , 减 少 磨 损 。 改 造 后 的 后 桥 悬 挂 机 构 如 图 3 所 示 。 图 4ꢀ 铲 运 机 后 桥 和 摆 动 架 整 体 受 力 示 意 ( 单 位 : mm) [ 23] 对 B 点 进 行 受 力 分 析 , 可 得 MBX = FZDcos40° - Ff ( H + Lsin6°) - 12 mgDcos40° + 1 F      Dcos40° 支 持 2    1 MBY = F Lcos6° - mgXcos40° , ( 1) 支 持 2   1   MBZ = FX Dcos40° + Ff Dcos40° 2 1 66 ꢀ ꢀ 李 ꢀ 强 ꢀ 徐 慧 春 等 : 新 桥 矿 DCY1. 5C 型 电 动 铲 运 机 后 桥 悬 挂 机 构 技 术 改 造 ꢀ ꢀ 2019 年 2 月 第 2 期 经 计 算 : F = - 13 333. 34 N, Ff = FY = - 26 666. 7 合 作 用 。 已 知 螺 栓 材 质 为 45# 钢 、 9. 8 级 、 M18 型 号 , X N, F = - 17 113. 4 N。 可 知 : σ = 900 MPa, σ = 720 MPa, 结 合 井 下 状 况 , Z b s 3 . 2ꢀ 可 靠 性 校 核 取 拉 伸 安 全 系 数 s = 1. 6, 剪 切 安 全 系 数 s′ = 2. 5。 改 造 后 后 桥 悬 挂 机 构 的 危 险 点 分 布 于 上 下 悬 挂 板 的 4 颗 连 接 螺 栓 和 压 盖 与 悬 挂 板 的 10 颗 连 接 螺 栓 。 本 研 究 对 这 2 处 的 连 接 螺 栓 进 行 强 度 校 核 , 其 应 力 值 若 小 于 材 料 的 许 用 应 力 值 , 便 可 满 足 安 全 可 靠 要 求 。 上 下 悬 挂 板 的 4 颗 连 接 螺 栓 ( M18) 受 力 分 布 如 图 5 所 示 , 受 到 切 应 力 σ 和 拉 伸 应 力 σ 的 组 图 5ꢀ 连 接 螺 栓 ( M18) 受 力 分 布 经 过 受 力 分 析 , 图 5 中 , F = 29 814. 3 N, Fz = 合 b s [ 4] 为 1 7 113. 4 N。 螺 栓 受 到 的 剪 切 强 度 F 合 29 814. 3 = 29. 31 × 10-6 Pa = 29. 31 MPa . τ = ꢀ 螺 栓 受 到 的 拉 伸 强 度 σb = = ( 2) ( 3) ( 4) 2 3. 14 × 18 × 10-6 2 πd [ 23] ꢀ ꢀ ꢀ 为 F 合 17 113. 4 = 16. 82 × 10-6 Pa = 16. 82 MPa . = , 可 知 : 2 3. 14 × 18 × 10-6 2 πd [ 23] ꢀ 根 据 第 四 强 度 公 式 σ σ = 槡 σ2b + 3τ = 53. 48 MPa ≤ [ σ] = 2 s S = 450 MPa , ꢀ 故 可 认 为 上 下 悬 挂 板 的 4 颗 连 接 螺 栓 安 全 可 靠 。 压 盖 与 悬 挂 板 的 10 颗 连 接 螺 栓 ( M16) 分 布 如 图 6 所 示 , 其 受 切 应 力 σ 和 拉 伸 应 力 σ 的 组 合 作 b s # 用 。 已 知 螺 栓 材 质 为 45 钢 、 9. 8 级 、 M16 型 号 , 可 知 : σ = 900MPa, σ = 720 MPa, 结 合 井 下 状 况 , 取 拉 b s 图 6ꢀ 压 盖 螺 栓 ( M16) 受 力 分 布 伸 安 全 系 数 s = 1. 6, 剪 切 安 全 系 数 s′ = 2. 5。 经 过 受 力 分 析 , 图 6 中 , F = 21 694. 4 N, Fy = 合 2 6 666. 7 N。 螺 栓 受 到 的 剪 切 强 度 为 F 合 21 694. 42 = 10. 8 × 10-6 Pa = 10. 8 MPa . τ = 螺 栓 受 到 的 拉 伸 强 度 为 = ( 5) ( 6) ( 7) 2 . 5πd2 2. 5 × 3. 14 × 16 × 10-6 F y . 52π3] d 26 666. 72 = 13. 27 × 10-6 Pa = 13. 27 MPa . σb = ꢀ 根 据 第 四 强 度 公 式 = 2. 5 × 3. 14 × 16 × 10-6 2 2 [ ꢀ ꢀ , 可 知 : σ σ = 槡 σ2b + 3τ = 22. 93 MPa ≤ [ σ] = 2 s S = 450 MPa . ꢀ 故 可 认 为 分 布 于 压 盖 与 悬 挂 板 的 10 颗 连 接 螺 明 , 改 造 后 的 铲 运 机 运 行 状 况 良 好 , 设 备 故 障 率 大 幅 栓 ( M16) 安 全 可 靠 。 降 低 , 显 著 提 高 了 矿 井 生 产 效 率 。 综 上 分 析 , 本 研 究 优 化 改 造 后 的 后 桥 悬 挂 结 构 完 全 能 够 满 足 电 动 铲 运 机 的 安 全 运 行 要 求 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ 1] ꢀ 张 庙 康 , 胡 海 岩 . 车 辆 悬 架 振 动 控 制 系 统 研 究 的 进 展 [ J] 振 动 、 测 试 与 诊 断 , 1997( 1) : 917. 4 ꢀ 结 ꢀ 语 针 对 新 桥 矿 2 台 DCY1. 5C 型 电 动 铲 运 机 在 运 [ 2] ꢀ 王 ꢀ 铎 , 程 ꢀ 靳 . 理 论 力 学 [ M] . 6 版 . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 行 过 程 中 故 障 频 发 的 问 题 , 对 该 型 设 备 后 桥 悬 挂 机 构 存 在 的 设 计 缺 陷 进 行 了 详 细 总 结 , 并 针 对 性 地 设 计 了 技 术 改 造 方 案 。 经 过 强 度 校 核 , 认 为 经 过 改 造 后 的 后 桥 悬 挂 结 构 安 全 稳 定 性 良 好 。 现 场 实 践 表 2 002. [ 3] ꢀ 范 钦 珊 , 王 ꢀ 波 , 殷 雅 俊 . 材 料 力 学 . [ M] . 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 , 2000. ( 收 稿 日 期 20181210ꢀ 责 任 编 辑 ꢀ 王 小 兵 ) 67 1
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