WJ―2型地下铲运机中央铰接部分结构改进
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摘 要：wj-2型铲运机是目前国内矿山掘进装载工作中使用最普遍的一种机型，在实际使用过程中经常出现故障。文章在论述地下铲运机中央铰接点结构型式、对各铰接结构进行比较分析的基础上对WJ-2型铲运机中央铰接结构进行了结构改进。
关键词：WJ-2地下铲运机；中央铰接；结构改进
中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0048-02
地下铲运机因其使用场所限制，要求其具有转向半径小，移动灵活等特点。因此地下铲运机多采用前后机架中央铰接结构型式。该结构相比地下传统车型的非转向刚性车架转弯半径小，前后机架便于制造和拆装。对于矿井口尺寸达不到铲运机尺寸或罐笼等井下提升设备尺寸不满足铲运机整体尺寸，铲运无法投放下井使用的情况下，因其使用的中央铰接结构可以将铲运机前后机架拆解两半后进行运输下井，然后在井下对前后机架再进行快速铰接组装。改结构大大减少因前期构建过程中井口小或提升设备小对井下用铲运机型号大小的限制，并提高再组装的工作效率。该结构转弯半径小的特点也特别适合于井下狭窄场地的作业条件。
WJ-2地下铲运机一种斗容为2m2的内燃铲运机，在中小型矿山采掘运输过程中普通使用，是铲运机的主力机型。该机型是我国80年代在引进消化吸收美国Wagner技术的基础上自行研制的一种机型。在长期的井下使用过程中，发现该机型中央铰接结构极易出现螺栓松脱、铰接体开裂，轴承损坏等失效问题。
中央铰接部位使地下铲运机的一个关键部位。在实际使用过程中，井下使用恶劣环境。地面凹凸不平的石块路，导致车架铰接处不仅承受很大的轴向力，而且还承受很大的径向剪切应力和很大的扭矩；井下潮湿高温的环境导致车架铰接极易出现故障。
1 铲运机铰接结构常见类型及分析
地下铲运机中央结构型式主要有单臂种形式：单臂铰接形式、双臂铰接形式。其中双臂铰接形式又分为销套式、球铰式和圆锥式。
1.1 单臂铰接式
图1是单臂铰接结构图。单臂铰接结构形式铲运机前后机架采用单臂铰接。销轴通过1圆形螺母锁紧，防止上下窜动。锁止螺母的作用是把销轴和螺母连为一体，使螺母和销轴同时转动，防止螺母松动。铰接结构上下间隙通过调整垫圈进行调节。改结构因为采用单臂连接，减少了上下两臂同轴度加工进度就该结构的影响，使用寿命较长。该结构受限于上下方向尺寸，多用于斗容1m3以下的小型铲运机。该结构简单，易于加工，耐使用；出现的失效形式多为后机架上下板前后方向出现椭圆式磨损。
1.2 双臂铰接式
双臂式铰接结构简便来说就是在上下结构中采用两套单臂铰接形式，该结构适用于斗容2m3以上铲运机使用。改结构增加了上下结构铰接尺寸，改善了单臂铰接结构的铰接受力情况。但是该种结构因采用两套单臂式结构，对两套单臂结构间同轴度要求较高，加工精度要求高，加工成本高。双臂式铰接结构上下两个单臂式铰接一般结构相同，零部件便于共用和互换，经济性高。
1.2.1 关节轴承式。关节式是目前常用的一种铰接形式，我公司WJ-2型地下铲运机即采用该种结构。图2中销轴通过上盖12铣出的长形孔锁定，使用时不能和车架相互转动。上下方向通过关节轴承6和上盖12定位，使销轴不上下窜动。该机构上下间隙通过调整挡圈8调整。前机架上装有球铰轴承，关节轴承的调心作用，改善了销轴的受力情况，同时降低了对加工时同轴度的影响，便于加工和装配。轴承的上下装有油封，既避免了注入的油脂流出，又避免外界泥沙侵入关节轴承，避免了关节轴承的磨损，增加了使用寿命。
1.2.2 销套式。图3为销套式结构图，前后机架通过销轴直接连接，上下通过锁板定位。后车架在前车架铰接部位中上下尺寸通过前车架上下铰接板控制。该结构缺点是前车架上下铰接板上下间隙尺寸加工精度要求高，装配时前车架不易进入后车架铰接部位，装配困难。另外在长时间使用后易出现销轴套磨损，导致销轴和销轴套的粘连，出现转向困难或产生异响的故障。
1.2.3 圆锥轴承式。图4是圆锥滚子轴承式结构图，该结构将关节轴承换成了圆锥滚子轴承。销轴通过轴承外圈和上压盖1进行上下定位。上压盖1和销轴用4和后机架的上铰接板连接，此结构既使销轴压紧轴承内圈，又可以保证销轴和后机架连接为一体，不发生相互转动。圆锥轴承外圈通过轴承上压盖4和轴承下压盖6连接在后机架上，上下轴承压盖通过螺栓连接，这样可保证轴承外圈和后机架组成一个刚体，减少加工误差导致的轴承外圈非预期转动，轴承寿命得到提高。通过调整垫片2的厚度调整上压盖1和后机架上铰接板的间隙从而调整前机架与后机架铰接相对位置。密封圈3分上下两个，可以防止灰尘，颗粒等杂物进入轴承，同时把锂脂油储存在两个密封圈组成的密闭空间内，保证轴承的，改善了轴承的工作环境，增加轴承的寿命。
2 WJ-2铲运机铰接部位出现故障分析及改进
我公司的WJ-2铲运机采用图2的关节轴承式铰接结构。在实际生成过程中由于加工误差的影响，导致前机架整体在后车架上下窜动，因此设计调整挡圈8调整前机架在铰接中间的位置。但是由于关节轴承内圈尺寸的限制，设计的调整挡圈径向厚度尺寸不能超过3mm。经过多年的井下现场环境的实验，由于井下复杂恶劣的使用环境，铰接部位不但承受径向力，还经受轴向力的挤压和弯矩等复合力的影响，小小的调整挡圈显然经受不住如此剪切挤压复合力的影响，往往出现磨损快、挤压碎裂等故障。当井下铲运机的使用人员没有及时发现该部件损坏而继续使用设备，失去调整挡圈支撑定位的轴承内圈在只在上部销轴单向力的作用下很快就会与轴承外圈错位失效，轴承失效就会导致铰接体变形、碎裂等恶性故障的发生。该故障频繁的发生降低了设备的工作效率，影响了客户的效益。针对上述缺陷，综合分析了上述几种铲运机的铰接结构，最终采用了圆锥式铰接结构。改进后的结构如图4。（1）将关节轴承型式改为双排圆锥滚子轴承型式。原关节轴承可承受径向载荷任意方向较小的轴向载荷，而双排圆锥滚子轴承能够承受较重的复合（径向与轴向）载荷，刚性强，能适应复杂的复合载荷，在铲运机铰接部位中采用双列圆锥滚子轴承明显优于关节轴承，使用后故障少。（2）将调整挡圈改为调节垫片，通过垫片的厚度调整铰接间隙。因为垫片的接触面积明先大于调整挡圈，径轴比（径向尺寸与轴向尺寸比值）大于调整挡圈，单位面积上收到的压力小于调整挡圈，很难出现磨损情况，更不会有挤压碎裂情况的发生。（3）缩小双悬臂中单悬臂的轴向尺寸，去掉了后机架下铰接板的内套，用销轴直接和下铰接板配合，缩短了销轴的长度，这种情况下销轴所受弯矩力改善，减少了复合力，减少了断裂的可能情况的发生。另外缩短单悬臂的轴向尺寸，这样相当于把两个合页式的圆柱铰接简化为球铰接，减少了因加工时同轴度误差对铰接结构的影响，使铰接结构工作更加可靠，寿命更长。
3 结束语
经过改进后的铲运机铰接部位由原来的2400小时故障到现在设备须大修时不出现故障。改进后在玲珑金矿等几大集团内矿山中使用后，无一出现故障，深受用舻暮闷馈8慕后的结构使用可靠，通用性强；该结构改进的成功为后续铲运机铰接结构的设计指出了一条道路，而且该结构不仅适用于地下铲运机前后车架部位的铰接，同时适用与其他类型的工程机械。
参考文献：
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