PH4100XPC电铲前导向轮总成国产化改造浅析

摘 要：本文通过分析PH4100XPC电铲前向导轮总成原设计存在的问题，及由于这些问题造成的故障。针对这一现状提出改造方案，并通过对比改造前后的设计，对比改造前后的性能特效，证明国产化改造不仅可降低生产成本，而且能大幅降低维修工作量。

关键词：PH4100XPC前导向轮；国产化；改造

中图分类号：TD422 文献标识码：A

中煤平朔集团有限公司是全国先进的露井联采大型矿山企业，建矿初期主要以露天采掘为主，露天生产主要采用“单斗电铲-卡车-半固定破碎站-带式输送机”的半连续开采工艺。露天采掘设备及生产辅助设备主要以进口为主，露天主要生产设备有电铲、大型矿内自卸车、钻机、辅助工程机械等设备。电铲是主要的采掘设备，目前平朔公司共有6类电铲（PH2800XP、PH2800XPB、PH4100XPC、BE395BI、太重WK-35、太重WK-55），合计数量38台。

PH4100XPC电铲是目前斗容最大的电铲，斗容为58m3/60m3，电铲净重1256.5t，电铲行走系统承重大，各部件要求强度精度高。电铲行走系统主要包含行走电机、驱动轮、支重轮、前导向轮、后惰轮、履带6部分。前导向轮是电铲行走系统的重要组成部分，前导向轮质量的可靠性决定了电铲行走系统的稳定、安全运行。

1. PH4100XPC前导向轮国产化改造的意义

由于煤炭市场的持续不稳定，煤炭企业面临很大生存压力，降本增效是企业生存的唯一出路。鉴于平朔集团生产设备主要为进口设备，设备的日常保养及备件的更换造成很大的成本压力。为了降低生产成本，减少维修工作量，设备及备件的国产化开发改造是降本增效的一个有效的途径。通过设备及备件国产化开发改造可以大幅降低进口备件的采购量，进而节约生产成本；也可以拓宽供货渠道，避免进口备件垄断对生产造成的束缚。平朔公司至建矿以来国产化工作就一直在稳步开展进行，有着丰富的开发经验。一方面考虑到PH4100XPC电铲前导向轮总成进口备件价格昂贵，且逐年递增给生产造成很大成本压力；另一方面PH4100XPC电铲前导向轮总成使用过程中发现的问题及由此引起的故障。综合考虑，对PH4100XPC电铲前导向轮总成进行国产化改造。

2. PH4100XPC电铲前导向轮总成改造前设计

2.1 改造前的前导向轮总成运动原理

改造前的前导向轮总成：电铲前导向轮轴固定于两侧的滑块内，电铲运行时轴不转动，前导向轮在履带运动的作用下，被动旋转。前导向轮基孔内装有耐磨铜套，干油润滑是通过导向轮轴头油道一直输送到前导向轮铜套与前导向轮轴配合的间隙中，在正常旋轴时产生油膜实现润滑。由于前导向轮支撑着整条履带的涨紧力并使履带通过导向轮旋转实现换向，使得电铲可以向前或向后行走。

2.2 改造前的前导向轮总成存在的问题

前导向轮与轴承载着强大的负荷，运动时由于地面状况变化及履带传送带来的振动、泥土、砂尘堆积于导向轮两侧止推垫与防尘密封处，每当铜套法兰与止推垫板经磨损后产生间隙，此时防尘密封也有不同程度的损坏，当电铲转向时，前导向轮会向一侧摆动，此时的泥、砂会从间隙最大处进入磨擦表面，与黄油混合，形成了类似研磨砂的破环作用，加速了铜套与轴及止推垫之间的非正常磨损。设计最大的问题是前导向轮与滑块之间采用定位销固定，明知前导向轮两侧间隙太大现场无法调整。总是一次性磨损使铜套磨碎，前导向轮基孔损坏，前导向轮磨损达到轴径的1/3，甚至有部分轴在现场断裂，完全报废。统计电铲平均行走运行时间不到1200h（约18个月）前导向轮铜套、轴报废，前导向轮基孔需要补焊加工外委修理，直接导致维修成本高，故障处理停机时间长，工作量大，安全风险大等问题。

3. PH4100XPC电铲前导向轮总成改造后设计

改造后的前导向轮总成，从设计理念上提升了一个档次。首先把前导向轮与前导向轮轴之间采用花键形式配合。当前导向轮旋转时，带动大轴一起旋转，两侧滑块不转。而在滑块基孔内装入耐磨铜套，润滑油经过滑块油道分两个途径进入润滑摩擦面。一路进入铜套与轴之间、铜套两侧端面进行润滑。另一路通过滑块及铜套外側油道供给止推铜垫与花键套端面进行润滑。当新鲜的润滑油充满了各个摩擦面的间隙形成油膜润滑，多余的废油经防尘密封向外排出。保证了铜套与大轴之间，铜套的两侧端面及花键套端面与止推垫之间都能得到很好地润滑。

4. PH4100XPC电铲前导向轮总成改造前后对比

4.1 经过改造由原来的导向轮总成轮侧间隙不可调变为可调整，轴头两侧设有定位套，当经过长时间运行后，若出现止推垫及铜套端面磨损，轮侧间隙增大时，可通过轴头定位套内设置的垫片数量的减少来实现各摩擦面间隙的调整。如此设计不仅可以很好的保护铜套，而且也方便日常检修维护。

4.2 前导向轮与前导向轮轴以花键的形式连接，与原设计相比，连接受力更为均匀；因花键槽较浅，齿根处应力集中较小；花键连接接触面较原来增加，因而可承受更大的负荷，导向性更好。

4.3 耐磨铜套改装在前导向轮滑块上，由于设计的改进，铜套与轴接触面积由原来的4460cm2，变成了改进后的8463cm2，面积增大约一倍，单位压强降低，磨擦力随之减少，不仅大幅提升了轴的使用寿命，而且也成倍地提升了铜套的使用寿命。

4.4 改进后的前导向轮总成，在现场安装时与原设计没有太大的区别，而且大量地缩短了更换时间，减少了铜套及导向轮滑块的更换次数。

5. PH4100XPC电铲前导向轮总改造意义及推广应用

5.1 目前平朔公司有PH4100XPC电铲11台，单台使用前导向轮两件，原前导向轮进口价为140万元/件，国产化改造后的前导向轮总成改造价格为90万元/件，单台可节约成本约100万元/件。前导向轮总成一个大修期（四年）更换一次，11台电铲平均每年可为公司节约生产成本275万元。国产化改造前导向轮总成不仅可以延长前导向轮铜套、前导向轮轴及前导向轮滑块的使用寿命，还大幅地减少了维修工作量。

5.2 目前平朔公司还没有对电铲前导向轮总成进行大规模改造，但是通过理论研究与实践证明，电铲前导向轮总成的国产化改进优势明显，有很大的推广空间。

结论

通过跟踪分析研究4100XPC电铲前导向轮总成出现故障的原因，详细统计4100XPC电铲前导向轮总成发生故障的各项数据，利用软件进行模拟分析数据得出结论。根据分析与制造厂商设计出改造方案，利用模拟软件反复测试试验后进行样件加工制造，组装样件进行试验运行。通过试验运行，跟踪记录改造后4100XPC电铲前导向轮总成的各项数据，分析对比得出4100XPC电铲前导轮总成国产化改造较原设计有明显优势，备件使用寿命明显延长。不仅可降低生产成本，还可以大幅度降低维修工作量提高设备出动率。再一次充分肯定了进口设备及备件国产化的可行性，国内企业要想做大做强，进口设备及备件国产化是必要且是唯一途径。

参考文献

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