掘进机悬臂段的故障分析及改进方案

掘进机是煤炭开采中用于巷道开拓的核心设备，它通过截割机构破碎煤岩。截割机构主要包括截割电机、减速器、悬臂段和截割头等部分。悬臂段的作用是传递大扭矩，是掘进机的重要组成部分。然而，在实际井下使用过程中，悬臂段的故障时有发生，一旦出现故障将严重威胁到工作人员的安全和掘进工作的效率。因此，分析悬臂段故障的原因并提出改进措施对于保障煤矿安全高效生产具有重要意义。 在掘进机悬臂段所遇到的故障中，主要问题包括主轴断裂、腔体内部进入污物、连接花键磨损等。主轴断裂指的是截割过程中截割头突然掉落，悬臂段主轴发生断裂。腔体内部进入污物通常表现为截割头停止转动或悬臂段出现噪音。连接花键磨损则表现为悬臂段与减速器连接的部分出现严重磨损，影响了扭矩的传递。 对于主轴断裂问题，通过分析发现，主轴在截割过程中承受的力由于岩石硬度的增加和截割工艺不变的状况下大幅上升，造成截割头受力增大，进而导致主轴法兰盘与轴变径部位受力增加。长期受到冲击载荷作用，会引发应力集中，从而导致疲劳断裂。对损坏悬臂段的观察显示，断裂面均位于主轴法兰盘根部，进一步的三维建模分析也验证了这一点。 腔体内部进入污物的问题，究其原因是在长期无润滑和恶劣工作环境下，腔体内部温度升高。由于设计时采用脂润滑，装配时向腔体内部注入了大量的润滑脂。但随着时间的推移，轴承和浮封结合面产生热量，截割时间越长，温度越高。这样，发热部位的润滑脂软化变稀，黏稠度降低，并开始流向发热量小的区域，最终在较冷零部件周围凝固。由于常温和低温下润滑脂不具备流动性，故在悬臂段停止工作时，润滑脂不会流回轴承盒浮封处，导致密封失效，粉尘进入腔体内部形成污物。 对于连接花键磨损的问题，发现悬臂段与减速器连接的花键磨损严重，花键齿顶已近似为尖棱，这种情况如果继续使用，会导致截割头不能旋转。 为了改进这些故障，文中提出了相应的改进方案。对于主轴断裂问题，改进措施应包括对主轴法兰盘根部的结构进行优化，减少应力集中，如通过调整结构设计和材质以提升其强度和耐久性。对于腔体内部进入污物的问题，则应通过改善密封设计、提高密封效果和增加定期检查保养，确保腔体内部有持续的润滑，避免因密封失效而导致污物的进入。对于花键磨损的问题，应定期对花键进行检查，及时更换磨损的部件，避免过度磨损造成设备故障。 通过这些改进措施的实施，悬臂段的可靠性得到了提升，减少了故障的发生，为今后类似掘进机的设计提供了重要的参考。 关键词：掘进机；悬臂段；故障分析；改进措施。