武澤雷，周密林，張廣闊

(中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原 030006)

0 引 言

煤礦輔助運輸是礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要組成部分,它貫穿了礦井各個生產(chǎn)環(huán)節(jié),根據(jù)全國煤礦重大事故的調(diào)查分析顯示,煤礦運輸事故在礦井各類事故中排名第四,占總事故數(shù)的20%～30%。煤礦企業(yè)為了保障輔助運輸車輛制動系統(tǒng)完好可靠，一般每季度或每半年對車輛制動器進行一次檢查保養(yǎng)。但有的工程車輪胎單個重量達到200 kg輪胎拆裝過程存在費時和不安全問題。輪胎被拆卸下來的瞬間會掉落在地面上，存在輪胎傾倒傷人危險。安裝輪胎時輪胎重量大，安裝輪胎螺栓的對孔過程費時、費力。

筆者對輪胎拆裝工具底部拖桿和小連桿進行了有限元應(yīng)力分析，通過對比最大壓力處von Mises值和材料的屈服強度，得出輪胎拆裝工具能夠滿足舉升200公斤重輪胎的使用要求。通過在實際工作中進行應(yīng)用，驗證了該工具能夠?qū)崿F(xiàn)單人高效、安全完成輪胎拆裝任務(wù)，工作效率提升的同時為檢修人員的人身安全提供了保證。

1 輪胎拆裝工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

輪胎拆裝工具設(shè)計遵循設(shè)計成果操作簡單、安全可靠的原則，首先解決拆裝重型輪胎時的三個難題：①重型輪胎拆卸時會發(fā)生憋勁問題；②輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題；③輪胎安裝位置難調(diào)節(jié)所導(dǎo)致的輪胎螺栓對孔難問題。并對該工具是否滿足使用要求進行分析。

(1) 為解決重型輪胎拆卸時會發(fā)生憋勁問題。拆卸過程應(yīng)該克服輪胎重力影響，讓輪胎保持一個與輪胎螺栓垂直角度，并實現(xiàn)輪胎水平上下調(diào)整。輪胎拆裝工具底部有一個可以手動調(diào)節(jié)的升降平臺，升降平臺升降高度通過底部千斤頂進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)輪胎在垂直方向200 mm距離范圍活動。

(2) 為解決輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題。當(dāng)輪胎剛開始發(fā)生傾倒時必須有機構(gòu)阻止輪胎傾斜，輪胎拆裝工具中部安裝了捆綁限位裝置，限位裝置使用高強滌綸材料，防滑耐磨，承受20 000 N拉力，可以實現(xiàn)輪胎的防傾倒功能。

(3) 為解決輪胎安裝位置難調(diào)節(jié)所導(dǎo)致的輪胎螺栓對孔難問題。輪胎拆裝工具底部安裝的千斤頂手動調(diào)節(jié)輪胎高度，當(dāng)輪胎升降到指定高度后實現(xiàn)自鎖，安裝時只需輕輕推入，不需要費力的抬撬對孔過程。

(4) 檢驗輪胎拆裝工具是否滿足使用要求，對底調(diào)千斤頂進行受力分析，對主要受力部件底部托架和小連桿進行有限元分析，驗證工具是否滿足使用要求，輪胎拆裝工具底部承載機構(gòu)實物圖和三維圖如圖1。

圖1 輪胎拆裝工具底部承載機構(gòu)實物和三維圖

2 輪胎拆裝工具調(diào)節(jié)千斤頂受力驗證

輪胎拆裝工具底部調(diào)節(jié)千斤頂額定起重量1000 KG，當(dāng)輪胎被抬到最高點時千斤頂向上力最大，設(shè)千斤頂向上力為F，輪胎受到下連桿作用力F2，下連桿受到上連桿作用力F1，上支點P受到上連桿作用力F3，上支點P受到千斤頂托梁垂直作用力F4，上支點P受到千斤頂托梁水平作用力F5，輪胎重量M，根據(jù)材料力學(xué)，滿足以下方程：

F=2F4

F3=F4/sin 54°=F1

F1×sin 54.71°=2F2×sin 35.51°

2F2×sin 35.51°=M×g=1 960 N

結(jié)果計算，所需調(diào)節(jié)千斤向上最大力F=3 885 N低于調(diào)節(jié)千斤頂選型額定工作量，滿足使用要求。

3 輪胎拆裝工具有限元參數(shù)分析

輪胎拆裝工具的主要受力部件為底部托架和小連桿，對這兩部分進行了受力分析。

有限元分析參數(shù)如下：

(1) 載荷：防爆無軌十噸工程車輪胎型號為36×12.5-20×28 PR，該輪胎單個重200 kg，單側(cè)托架承受壓力為1 131 N，方向為輪胎中心向接觸面方向。

(2) 約束：連桿上部和托架后部約束條件為鉸接，其他無約束。

(3) 網(wǎng)格參數(shù)：基于笛卡爾網(wǎng)格方法劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格大?。?.00 mm，誤差：0.30 mm。

分析結(jié)果如圖2有限元分析，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)所受最大應(yīng)力處von Mises值為0.56×108N/m2,該值低于選型材料的屈服強度2.07×108N/m2。安全系數(shù)達到3.69，輪胎拆裝工具底部受力機構(gòu)能夠滿足使用要求。

圖2 有限元分析

4 輪胎拆裝工具的應(yīng)用

一個年產(chǎn)1000萬噸煤礦一般擁有工程車30臺。檢修現(xiàn)場使用輪胎拆裝工具后達到了提高效率和消除安全隱患的目的，使用過程中發(fā)現(xiàn)以下優(yōu)點：

(1) 工作效率提升，使用輪胎拆裝機械工具后取代了原人力拆裝，極大降低工人勞動強度，提高了拆裝重型輪胎效率。原來需要2人協(xié)同作用工作1 h，現(xiàn)在1個人20 min就能完成整個過程，工作效率是原來6倍。

(2) 保障了檢修人員的人身安全，檢修人員使用輪胎拆裝工具后解決了拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題，整個拆裝過程不需要人員和輪胎直接接觸，有效消除了拆裝輪胎時的安全隱患。

鑒于檢修人員使用輪胎拆裝工具后帶來的良好效果，現(xiàn)在另外兩個煤礦也使用了該工具，市場推廣潛力巨大。

5 結(jié) 語

輪胎拆裝工具的研制，有效的解決了重型輪胎拆卸會發(fā)生憋勁問題，解決了輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題，解決了輪胎螺栓對孔費時費力問題。經(jīng)現(xiàn)場使用，拆裝重型輪胎效率是原來人力拆裝效率的6倍，保障勞動群眾的人身安全的同時提高了生產(chǎn)效率，獲得使用人員一致好評。