摘要：矿用电铲是采矿工作中不可缺少的重要设备之一，在采矿工作中为减少大型矿用电铲推压减速器箱体的材料用量，实现箱体轻量化，对上箱体进行了拓扑优化。在电铲推压减速器箱体有限元应力分析的基础上，运用变密度法，将上箱体质量作为优化目标，将箱体最大应力、箱体壁厚和剩余百分比作为约束条件，根据上箱体力的传递路径，实现电铲推压减速器上箱体的拓扑优化。并应用有限元法对优化前、后的箱体应力情况进行分析，依据对电铲进行优化前、后齿轮应力（包括齿面接触应力和齿根弯曲应力）与轴承寿命的对比分析。优化结果表明，减速器上箱体拓扑优化对箱体应力和轴承疲劳寿命影响极小，该优化使齿轮应力略有增加，但依然满足齿轮强度要求。
关键词：矿用电铲；工艺；结构
1 绪论
电铲作为一种重要的矿用设备，广泛应用于煤矿、铁矿等工作中。随着科学技术的发展和先进生产工艺的提出，矿山开采行业的竞争力越来越大，为了减少开采成本，尽可能提高收益，成为矿上开采者提升自生市场竞争力的首要条件。电铲作为矿上开采过程中必不可少的开采工具。
2 大型矿用电铲的结构研究
矿用高强度电铲执行ISO/TS 16281：2008国家标准，其中对各种规格型号电铲的型号、性能要求进行了严格规定，推压机构是电铲的主要组成部分之一。
（1）推压机构安装在起重臂中部的上方，主要由推压驱动装置，齿轮箱，推压轴，鞍座 斗杆 盘式制动器 等构成，实现电铲推压功能。其中驱动装置包含有驱动电机 电机座，传输胶带等。推压电机通过联组胶带驱动传动减速机，减速机内的二级减速传动把驱动力传送给推压轴于小齿轮，推压轴上的小齿轮和斗杆上的齿条次合，并通过鞍座带动斗杆做前伸或后缩运动，鞍座承受斗杆传来的载荷并控制斗杆的运动方向。
（2）推压制动器用来制动整个推压机构，为弹簧压紧常闭式，当输入空气后释放，防止电机突然停电而导致斗杆自然下落。推压编码器控制斗杆的行程。推压系统的润滑包括单点齿轮润滑，油池飞溅润滑，各轴承接入集中润滑的润滑，其中推压齿轮箱同起重臂设计为一个整体，推压传动组件支撑在推压齿轮箱侧面的轴套上。第一减速轴安装在齿轮箱盖上，可同箱盖一起拆卸，第二速轴位于箱体于本体之间的分箱面上，推压轴设计在本体内部。推压齿轮箱采用硬齿面圆柱齿轮传动，减速箱内大约可容纳303L的齿轮油以润滑推压传动齿轮和轴承，推压齿轮箱采用油池和飞溅润滑方式，并通过一个安装在箱体上部的通气塞通向大气，以防止在齿轮箱里产生压力。
（3）WK-55型矿用巨型电铲是由中国太原重型集团自主研制生产的巨型电铲之一，其在我国多个矿区都有所应用，在该设备使用过程中WK-55型电铲正常运转能力和采剥推进工作决定这工矿业的推进能力和生产能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是，该设备所有部件之间采用的是焊接和螺栓联结方式联结形成一体的，在使用过程中，由于恶劣的气候环境条件以及材料缺陷等多方面因素的影响，经常会出现提升滚筒右侧根部材料缺陷几种区域开始发生金属疲劳或破碎的故障，致使设备无法正常使用。针对这些问题，必须要找出行之有效的解决方案，解决好相关的问题，下面，笔者将结合具体的工作经验对该问题进行详细的分析和探讨。
在设备应用过程中轴座焊接应力变形变位是其经常会遇到的一个问题，在解决这个问题时，首先需要保持提升滚筒的轴座处于同心旋转的状态，同时还需要选择合适的设备开展悍修工作。但是在实际的生产过程中，由于多种因素的影响，这些生产要求实际上是很难实现的。因此，在具体的生产中通常工作人员对轴座的焊接盈利变形变位进行控制时，采用的 方法多是钟点固定控制法，其一般是以设备的轴座轴心作为一个中心点，并且在焊缝地区划分出12个钟点位置，在钟点位置确定之后，工作人员需要结合设备的结构特性制作并焊接好相应的固定物件，通过该方法防止轴座在焊接过程中因为裂纹清理或者是裂纹焊接而出现不可预见的变形或者是变位，影响设备的正常使用。
针对轴座焊接应力形变位的问题，采用钟点固定法对其进行控制，具有以下结方面的优点，首先，在设备进行焊接维修是如果轴座的焊接应力发生变形或者是变位，则事先设置的钟点位置为会出现相应的变化，通过这个方法工作人员能够在较短的时间内判断出轴座焊接应力变形变位的情况，并及时的予以关注，采取相关的措施解决问题，但是其缺点也十分的明显，即在使用过程中会产生反作用力，可能会对设备的表面造成破坏。因此，该方法主要适用于对物件表面要求不是很高的设备，而对于物件表面要求比较高的物件则不适用于该方法，因为设备一旦发生形变，就需要重新进行返工，这样必然会加大工作量。为减少大型矿用电铲推压减速器箱体的材料用量，实现箱体轻量化，对上箱体进行了拓扑优化。在电铲推压减速器箱体有限元应力分析的基础上，运用变密度法，将上箱体质量作为优化目标，将箱体最大应力、箱体壁厚和剩余百分比作为约束条件，根据上箱体力的传递路径，实现电铲推压减速器上箱体的拓扑优化。并应用有限元法对优化前、后的箱体应力情况进行对比分析，依据标准ISO/TS 16281：2008进行优化前、后齿轮应力（包括齿面接触应力和齿根弯曲应力）与轴承寿命的分析。优化结果表明，减速器上箱体拓扑优化对箱体应力和轴承疲劳寿命影响极小，该优化使齿轮应力略有增加，但依然满足齿轮强度要求。
3 结语
通过对矿用电铲推压减速箱的内部分析，日常的维护保养工作，对于电铲来说，可以有效降低故障率 提高作业效率，一般来说，电铲日常维护保养工作主要是按照要求对各润滑点进行充分的润滑，避免机械部件因润滑不良而加剧磨损形成故障点。要定期更换润滑油，在不同的季节要合理选用不同的润滑油品，可在一定程度上提升电铲的作业效率与使用寿命。
参考文献：
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论文作者:赵小垒
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/12
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