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礦車輪對密封與潤滑分析及改進
2013-06-21
陳虹微 王榮杰
（龍巖學院，福建 龍巖 364012）
（龍巖學院，福建 龍巖 364012）
摘 要：礦車是煤礦運輸設備中數量Z多且維修量Z大的設備之一。而輪對是礦車上的Z重要部件，在礦車損壞中，輪對損壞占了很大比例。從礦車結構和工況入手，分析了礦車輪對常見故障及原因，提出了維修改進措施，并強調加強礦車維修管理工作，以提高輪對的可靠性和使用壽命。
關鍵詞：礦車；輪對；密封；潤滑
礦車是煤礦運輸設備中數量Z多、維修改造數量Z大的一種設備。而輪對是礦車上的Z重要部件，既是行走機構，又是承載機構。在礦車損壞中，輪對損壞又是Z嚴重的。本文作者走訪了福建省許多煤礦，發現由于輪對故障而引起礦車損壞的比例高達70%以上，其中由于密封和潤滑引起的故障又是礦車輪對損壞的重要因素。因此，對礦車輪的密封和潤滑進行改進，加強礦車維修管理工作，提高輪對的可靠性和使用壽命，降低生產成本，對煤礦生產具有重要意義。
1 礦車輪對結構和工況條件
1.1 礦車輪對結構和受力情況
礦車輪對主要由車輪、軸、軸承、密封材料等組成，結構如圖1所示。礦車在行駛過程中，特別是在彎道運行中，除重力、摩擦力，還有離心力，受力情況如圖2所示。摩擦力會加劇車輪的磨損，離心力會使礦車掉道翻車。
關鍵詞：礦車；輪對；密封；潤滑
礦車是煤礦運輸設備中數量Z多、維修改造數量Z大的一種設備。而輪對是礦車上的Z重要部件，既是行走機構，又是承載機構。在礦車損壞中，輪對損壞又是Z嚴重的。本文作者走訪了福建省許多煤礦，發現由于輪對故障而引起礦車損壞的比例高達70%以上，其中由于密封和潤滑引起的故障又是礦車輪對損壞的重要因素。因此，對礦車輪的密封和潤滑進行改進，加強礦車維修管理工作，提高輪對的可靠性和使用壽命，降低生產成本，對煤礦生產具有重要意義。
1 礦車輪對結構和工況條件
1.1 礦車輪對結構和受力情況
礦車輪對主要由車輪、軸、軸承、密封材料等組成，結構如圖1所示。礦車在行駛過程中，特別是在彎道運行中，除重力、摩擦力，還有離心力，受力情況如圖2所示。摩擦力會加劇車輪的磨損，離心力會使礦車掉道翻車。
1.2 工況條件
（1）礦車在煤礦井下的Z高運行速度一般為15km/h，車輪的線速度為4～5m/s，車輪的轉速為120～350r/min。
（2）1t礦車在二個輪對上的Z大載荷（含自重）不超過29.4kN。車輪對在運行和卸載過程中常要承受強大的沖擊負荷。
（3）礦車輪對經常在含有酸、堿成分的煤泥水中行走。
（4）礦車輪對經常在平整度和軌道超標的軌道上行駛。
1.3 礦車輪對失效形式
由于輪對的工作環境相當惡劣，加上礦車輪對設計上的缺陷、管理不當，輪對的使用壽命較短。在調查中發現，輪對在井下一般使用6個月就需大修，更換密封件和軸承。實際上，礦車輪對在井下所承受的工作負荷和運行速度并不高，礦車輪對的失效形式通常不是因軸承疲勞損壞而引起的，其主要失效形式表現為密封失效。當帶有酸、堿成分的煤泥水通過密封件的間隙進入軸承滾道內時，引起鋼球被煤泥堵塞，軸承劇烈磨損，卡死而失效，進而導致整個輪對的破壞。
2 礦車輪對磨損和軸承損壞的原因
礦車輪對密封結構的主要作用是防水、防塵、防潤滑脂泄漏，保證軸承正常工作。如果輪對密封不好或損壞，水塵易進入，造成潤滑脂皂化或流失，尤其是讓煤泥水進入軸承內，滾動體、內外圈、保持架極易發生磨損，導致軸承滾動體、內外圈大面積銹蝕，使軸承壽命縮短，過早報廢。
輪對的潤滑主要是潤滑軸承和橡膠唇口，降低摩擦因數，還起防水和防塵的作用。潤滑不良會使傳動效率下降。經實驗證明，在潤滑不好的條件下，礦車輪傳動時將發生隱性堵轉現象，使礦車輪發生的滑動摩擦增多，造成礦車輪磨損加劇。
因此，密封和潤滑不良是造成礦車輪對磨損和軸承損壞的重要原因。
3 改進措施
3.1 密封改進
目前，福建省使用的各種老式礦車，其輪對密封多采用迷宮式加羊毛氈結構，結構如圖3所示。車輪上的密封槽與內蓋組成曲路迷宮密封，嵌入密封槽中的毛氈構成接觸式氈圈密封。由于迷宮密封曲路很短，它不能有效地防止水的浸入和潤滑油脂的泄漏，同時，羊毛氈易壓縮磨損，煤粉易浸入，加劇車輪的磨損。改進后的密封采用M形密封件。結構如圖4所示。M形密封件為組合式密封，具有二道唇口密封和二道油脂密封，在主唇口內側裝有彈簧，不僅可以增大密封壓力，使之與軸頸之間保持嚴密的接觸，并能自動補償唇口磨損出現的間隙，起到“自緊作用”。主副唇口外翻，能有效地阻止水和煤泥的浸入，具有優良的防塵、防水能力。另外，與M形密封圈密封面配合的軸頸表面經硬化處理，減少了密封圈磨損，提高了密封圈的使用壽命。
（1）礦車在煤礦井下的Z高運行速度一般為15km/h，車輪的線速度為4～5m/s，車輪的轉速為120～350r/min。
（2）1t礦車在二個輪對上的Z大載荷（含自重）不超過29.4kN。車輪對在運行和卸載過程中常要承受強大的沖擊負荷。
（3）礦車輪對經常在含有酸、堿成分的煤泥水中行走。
（4）礦車輪對經常在平整度和軌道超標的軌道上行駛。
1.3 礦車輪對失效形式
由于輪對的工作環境相當惡劣，加上礦車輪對設計上的缺陷、管理不當，輪對的使用壽命較短。在調查中發現，輪對在井下一般使用6個月就需大修，更換密封件和軸承。實際上，礦車輪對在井下所承受的工作負荷和運行速度并不高，礦車輪對的失效形式通常不是因軸承疲勞損壞而引起的，其主要失效形式表現為密封失效。當帶有酸、堿成分的煤泥水通過密封件的間隙進入軸承滾道內時，引起鋼球被煤泥堵塞，軸承劇烈磨損，卡死而失效，進而導致整個輪對的破壞。
2 礦車輪對磨損和軸承損壞的原因
礦車輪對密封結構的主要作用是防水、防塵、防潤滑脂泄漏，保證軸承正常工作。如果輪對密封不好或損壞，水塵易進入，造成潤滑脂皂化或流失，尤其是讓煤泥水進入軸承內，滾動體、內外圈、保持架極易發生磨損，導致軸承滾動體、內外圈大面積銹蝕，使軸承壽命縮短，過早報廢。
輪對的潤滑主要是潤滑軸承和橡膠唇口，降低摩擦因數，還起防水和防塵的作用。潤滑不良會使傳動效率下降。經實驗證明，在潤滑不好的條件下，礦車輪傳動時將發生隱性堵轉現象，使礦車輪發生的滑動摩擦增多，造成礦車輪磨損加劇。
因此，密封和潤滑不良是造成礦車輪對磨損和軸承損壞的重要原因。
3 改進措施
3.1 密封改進
目前，福建省使用的各種老式礦車，其輪對密封多采用迷宮式加羊毛氈結構，結構如圖3所示。車輪上的密封槽與內蓋組成曲路迷宮密封，嵌入密封槽中的毛氈構成接觸式氈圈密封。由于迷宮密封曲路很短，它不能有效地防止水的浸入和潤滑油脂的泄漏，同時，羊毛氈易壓縮磨損，煤粉易浸入，加劇車輪的磨損。改進后的密封采用M形密封件。結構如圖4所示。M形密封件為組合式密封，具有二道唇口密封和二道油脂密封，在主唇口內側裝有彈簧，不僅可以增大密封壓力，使之與軸頸之間保持嚴密的接觸，并能自動補償唇口磨損出現的間隙，起到“自緊作用”。主副唇口外翻，能有效地阻止水和煤泥的浸入，具有優良的防塵、防水能力。另外，與M形密封圈密封面配合的軸頸表面經硬化處理，減少了密封圈磨損，提高了密封圈的使用壽命。
3.2 潤滑改進
過去礦上普遍使用的是鈣基潤滑脂，其機械安定性、抗水性、耐低溫性均很差，遇水易皂化，變質結塊，不但不能起潤滑作用，反而起阻塞和磨損作用。應改選用鋰基潤滑脂。礦用Ⅱ號鋰基潤滑脂具有良好的機械安定性和抗水性，遇水不易皂化，不易流失，滴點高于175℃，能在20～120℃的環境下使用。
采取此方法，密封壽命提高3倍以上，輪對常見故障明顯下降，掉道次數減少50%以上，可以確保95%的礦車正常運行，同時礦車完好率提高，檢修人員減少，并且節約了材料費用支出，降低運輸事故，礦車使用年限延長。此種方式在福建省永安加福等礦嘗試，取得了較好的效果，目前正在全省推廣。
參考文獻：
【1】張天一,等.煤礦用新型礦車輪對[J].煤礦機械,2000(6).
【2】何玉忠,等.新型1T礦車輪對的結構特點及推廣應用 [J].煤礦機械,1999(5).
過去礦上普遍使用的是鈣基潤滑脂，其機械安定性、抗水性、耐低溫性均很差，遇水易皂化，變質結塊，不但不能起潤滑作用，反而起阻塞和磨損作用。應改選用鋰基潤滑脂。礦用Ⅱ號鋰基潤滑脂具有良好的機械安定性和抗水性，遇水不易皂化，不易流失，滴點高于175℃，能在20～120℃的環境下使用。
采取此方法，密封壽命提高3倍以上，輪對常見故障明顯下降，掉道次數減少50%以上，可以確保95%的礦車正常運行，同時礦車完好率提高，檢修人員減少，并且節約了材料費用支出，降低運輸事故，礦車使用年限延長。此種方式在福建省永安加福等礦嘗試，取得了較好的效果，目前正在全省推廣。
參考文獻：
【1】張天一,等.煤礦用新型礦車輪對[J].煤礦機械,2000(6).
【2】何玉忠,等.新型1T礦車輪對的結構特點及推廣應用 [J].煤礦機械,1999(5).
來源：《潤滑與密封》2006年6月
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