巴润矿WK―20型电铲冬季故障高发原因及处理办法

摘要：wk-20电铲是我公司引进的大型矿用机械正铲式挖掘机。本文通过对WK-20电铲气控系统、系；统以及大型结构件等的分析与研究，我们确定高寒地区对设备使用的影响因素，并对这些影响因素采取了进一步的解决措施，保证了设备正常高效的使用。

关键词：WK-20电铲；故障；低温冷脆；低温气控系统稳定性

低碳钢在低温下会发生突然的断裂，钢材的很多力学指标随着温度化而发生改变。尤其随着温度的降低，钢结构发生脆性破坏时的名义应力非常低。随着温度的降低，钢材的脆性增大，塑性降低，结构的性能也发生很大的变化。为了保证结构设计的安全，不仅要考虑结构在某个温度下的状态，更需要了解在某个温度范围结构力学性能的变化规律。

1.工作环境及设备简介

巴润矿业位于蒙古高原南部，属内陆干燥气候区。由于受西伯利亚、贝加尔湖和温都尔汗等强冷空气的影响，低温少雨，干旱多风，温差变化大。春旱风沙大，夏短雨集中，秋爽多日照，冬长天寒冷。冬季长达7个月之久，一月平均气温-16.2℃，极端最低气温-35.1℃。气温在20℃以上的夏季为29.4天。

巴润矿业引进三台太原重工WK-20型电铲。WK-20B型电铲推压机构采用齿轮-齿条推压方式。铲斗采用铸焊结构。斗体采用高强度钢板盒铸造高锰钢斗唇焊接而成。斗杆采用双梁、变截面和变板厚组合式高强度斗杆，推压齿条采用高猛钢铸造齿条。起重臂采用单梁箱形焊接结构，根脚与回转平台采用大跨距销轴联接。推压机构采用硬齿面圆柱齿轮传动，并配有力矩限制装置。双脚支架前压杆和后拉杆采用板梁焊接结构。绷绳装置采用四根等长的死绷绳结构。回转平台采用箱形焊接结构。提升机构采用硬齿面圆柱齿轮传动装置，提升钢丝绳采用单卷筒双钢绳缠绕方式。回转机构采用立式同轴硬齿面圆柱齿轮传动装置，回转立轴采用简支梁支承结构。辊盘的辊子采用圆锥形结构。底座和履带板架采用焊接结构。履带板行走装置采用多支点支承型式，驱动方式采用左、右履带板单独驱动。行走减速机采用硬齿面圆柱齿轮传动。驱动轮、张紧轮、支重轮等采用合金钢或高锰钢铸件或锻件，履带板采用高锰钢铸件 。

2.现状调查

根据巴润矿业公司三台WK-20型电铲2013年全年的故障次数统计结果，巴润WK-20型电铲冬季故障次数高于夏季故障次数。根据单体故障来看，巴润矿业地处高寒地区，设备本体极端最低气温-40℃左右。严重影响了设备气控系统、系统以及设备本体的正常运行。

3.气控系统故障发生率高及改进措施

3.1气控系统原理及故障主要表现

矿用挖掘机气路系统由空气压缩机组、干燥机组、防冻器、各控制阀、管道等元件组成。分成上下两路输送。平台上部气路，输送到室内气动加脂（油）泵、提升和回转制动盘、喇叭、推压制动盘；下部气路通过旋转油气接头输送到下部气包，再次储存保压后送到行走制动器。故障主要表现：①气体管路结冰。②电磁阀没有电源或电磁阀结冰。③压力继电器信号返回PLC后不能保证抱闸打开。④抱闸故障。

3.2防止和消除气控系统单体故障发生率较高的措施

（1）将车下减压阀、电磁阀、气体管路全部改造移至有加热的室内，只布置一根气管通往行程抱闸。

（2）将压力继电器安装在行程抱闸快速排气阀前。

（3）对原行程气控系统加装空气干燥器。除去压缩空气中的水分，油污，防止管路绣蚀；防止气动元件结冰，保护气动阀、气动泵、气缸等元件，使气路系统能正常地工作。

（4）对原行程气控系统管路加装加热毯。

4.各部零件断裂和大型结构件开裂增加及改进措施

4.1各部零件断裂主要表现

（1）提升减速机一轴、二轴断裂。

（2）行程末级减速机一轴断裂。

（3）推压减速机二轴断裂。

（4）大型结构件焊口开裂。

4.2防止和消除钢结构低温冷脆现象的措施

在长期的工程实践中，人们总结出一整套防止和消除钢结构低温冷脆现象的措施。这些措施是建立在大量理论试验研究成果及工程经验的基础上，并涉及钢结构设计制作加工安装和运输的各个阶段。下面就选材、结构类型的选择、降低应力集中法、制作加工和安装工艺等主要方面进行讨论。

4.2.1钢材的选用

在选材上应考虑以下因素：构件的重要性、构件制作加工及安装的温度条件和工艺条件等。有时还取决于所采用钢材的极限厚度以及构件的结构型式。

4.2.2结构型式的选择

钢结构构件结构型式的选择应遵循以下原则：①尽量减小由结构型式和加工工艺引起的应力集中；②降低应力集中区由于焊接热影响造成的局部塑性变形；对组合截面的构件应保证其截面的完整性；③尽量选用较薄的板材等。

4.2.3降低应力集中法

降低应力集中法也就是从提高抗低温冷脆性能角度出发人为地调整构件的应力状态。有利于降低应力集中结构型式的改变都能使其韧脆转变温度降低，即降低构件产生脆性裂纹的危险性。

4.2.4制作加工和安装技术措施

有关制作加工和安装工艺方面的技术措施是建立在以下原则基础上的：①钢材冷加工会引起冷变形，因此在加工过程中不允许使钢材过分硬化和产生裂纹、擦痕等等缺陷；②对焊接构件尽量排除未焊实和其它的焊缝及被连接构件中的焊接缺陷；③在焊接过程中不允许在焊件中遗留较大的热塑性变形及其残余应力。

5.结束语

北方冬季天气寒冷，严重影响大型设备的使用，而钢铁的低温下的性质很大变化，脆性增加，因此会发生突然地脆性断裂，这对实际的工程应用带来很大的麻烦。从钢材力学性能随温度的变化趋势可以看出，对于防止脆性断裂的设计，最危险的温度范围是在韧脆转变温度区间。在这个区间里，随着温度的变化，钢材的一些韧性指标会发生急剧的变化。在实际设备设计过程中，应充分考虑温度的影响。

参考文献：

[1]WK-20型矿用机械正铲式挖掘机产品说明书.太原重工股份有限公司，2009.

[2]陈积伟.工程材料；机械工业出版社，2006.

作者简介：赵树峰（1986.11―），男，汉族，内蒙古包头人，机械助理工程师，现从事设备管理工作。