王宇軍

（潞安化工集團(tuán)余吾煤業(yè)公司， 山西 長治 046103）

引言

目前，由于采煤技術(shù)不斷進(jìn)步，推動(dòng)了綜采技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)液壓系統(tǒng)在綜采技術(shù)方面扮演著非常重要的角色，因此導(dǎo)致液壓支架維護(hù)率也逐漸升高。通過對(duì)某煤礦進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，每年需要維護(hù)的液壓支架的數(shù)量可以達(dá)到400 架。在對(duì)液壓支架進(jìn)行維護(hù)時(shí)，變形結(jié)構(gòu)的四桿機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的連桿銷軸拆除比較困難。

圖1 表示支架頂梁連桿、底座以及相應(yīng)的掩護(hù)梁的連接形式。其中，每個(gè)單元質(zhì)量達(dá)到100 kg。在井下支架工作時(shí)間比較長，從而導(dǎo)致部件的聯(lián)動(dòng)單元出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的拆除往往選用甩錘的形式進(jìn)行操作，可是該方式需要有四個(gè)人員進(jìn)行操作，其中兩個(gè)工作人員需要配合連續(xù)不斷地將甩錘沿導(dǎo)桿急速甩動(dòng)，對(duì)導(dǎo)桿上的螺紋接頭進(jìn)行錘擊。而另外兩個(gè)工作人員需要使用吊帶以及橫梁把銷軸抬出來，從而防止銷軸出現(xiàn)錘卡現(xiàn)象而不能拔出來。由此看出該過程拆卸需要花費(fèi)較大的勞動(dòng)強(qiáng)度以及拆卸效率相對(duì)較低。

圖1 中的 1、2、3、4、5、6 分別表示連接銷軸 1、2、3、4、5、6，在按照銷軸時(shí)通常需要三個(gè)工作人員協(xié)同才可以完成[1]。

圖1 支架頂梁連桿、底座以及相應(yīng)的掩護(hù)梁連接銷軸位置圖

工作流程如下，首先由工作人員使用吊帶把銷軸綁緊，接著使用行車將銷軸吊起來；其中一個(gè)工作人員可以指揮行車把銷軸孔對(duì)正，另外兩個(gè)人使用大錘安裝銷軸。該方法往往需要較大的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)工作效率也比較低。為此需要開發(fā)出一種可移動(dòng)的液壓支架銷軸拆除工具。

1 移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原理

圖2 表示相應(yīng)的整體移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

圖2 銷軸拆裝設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

該設(shè)備在運(yùn)行過程中，需要選用Φ30 圓鋼作為導(dǎo)軌。與此同時(shí)，在設(shè)備的底端設(shè)置滾輪，這樣保證其可以在導(dǎo)軌上面移動(dòng)，從而能夠使得工作過程有條不紊。通常在使用千斤頂時(shí)，可以選用車架以及相應(yīng)的銷軸輔助，這樣能夠有效地提高調(diào)節(jié)銷軸以及液壓支架之間的距離，進(jìn)而能夠有效地保證安裝順利，下頁圖3 表示相應(yīng)的銷軸拆裝架，在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌為上下運(yùn)動(dòng)的側(cè)柱子，其一端與液壓馬達(dá)相連接，通常傳動(dòng)單元可以選用皮帶以及皮帶輪，這樣可以把輸出動(dòng)力傳遞給絲杠，進(jìn)而可以帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中可以帶動(dòng)銷軸安裝架導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)高度的作用。在絲杠位置設(shè)置有自鎖功能，進(jìn)而可以有效地防止銷軸出現(xiàn)墜落的現(xiàn)象。

圖3 皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)部分示意圖

在安裝銷軸時(shí)，通常需要工作人員把銷設(shè)置在銷軸拆裝架上面。假如僅僅需要人工操作，那么至少需要2 個(gè)人員相互配合才可以將銷軸放置在拆裝架子上面。為了能夠有效地解決安裝問題，通?？梢栽谠O(shè)備上面選用1 個(gè)半自動(dòng)的安裝肩，如圖4 所示。這時(shí)可以將千斤頂設(shè)置在鋼管內(nèi)部，其中鋼管的最大提升高度可以達(dá)到400 mm。在拆裝時(shí)，可以將拆除的銷軸放置在固定的位置，緊接著可以拆除其他的銷軸。在實(shí)施安裝時(shí)，可以借助轉(zhuǎn)軸裝置實(shí)現(xiàn)有次序的安裝，使用機(jī)械手將銷軸抬起同時(shí)借助銷軸的重力將銷軸裝夾牢固，因此可以大大降低裝配工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖4 安裝臂

圖5 表示相應(yīng)的銷軸拆裝架，通常借助在絲杠上面絲杠螺母可以實(shí)現(xiàn)自由的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可以有效地控制銷軸的拆裝高度。在該環(huán)節(jié)使用千斤頂可以將銷軸拔出或者推入。銷軸在拆裝時(shí)，通常銷軸往往會(huì)凸顯一部分螺紋孔，這時(shí)僅僅使用合適的螺紋即可實(shí)現(xiàn)掛鉤。

圖5 液壓支架銷軸拆裝架

假如螺紋孔并未損壞，通?？稍阡N軸一端焊接一個(gè)掛鉤，這樣可以使得千斤頂與銷軸進(jìn)行連接，從而能夠有效地保證銷軸拆裝順利。

在拆裝設(shè)備時(shí)，能夠滿足不同的型號(hào)的液壓支架實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)拆裝高度，最大的高度在1 560 mm。與此同時(shí)，在使用該設(shè)備時(shí)不需要增加液壓泵站，其可以借助車間普通的液力泵站即可提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)銷軸的拆裝。

2 設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵

技術(shù)核心在于能夠能否設(shè)計(jì)出符合大型銷軸拆裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的千斤頂。

2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)

在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇時(shí)，通常需要選用如下幾個(gè)方面的單元：液壓馬達(dá)、皮帶輪、絲杠、絲杠螺母等。

首先依據(jù)搖臂鉆床絲杠提升速度為0.03 m/s，由于銷軸提升單元以及相應(yīng)的銷軸總質(zhì)量為300 kg，忽略相關(guān)阻力因素，經(jīng)過計(jì)算可以得到功率P1=FV=300 kg×9.8 m/s2×0.03 m/s=88.2 W。

相應(yīng)的傳動(dòng)裝置總效率計(jì)算公式如下所示：

式中：ηhm為相應(yīng)的液壓馬達(dá)的效率，取 0.69；ηvh為相應(yīng)的V 帶的效率，取0.96；ηsr為相應(yīng)的絲桿的效率，取 0.30；ηb為相應(yīng)的軸承的效率，取 0.99。

將數(shù)值代入公式可得：η=0.194。

由此可以得到需液壓馬達(dá)功率P=P1/η=88.2 W/0.194=454.6 W。

依據(jù)上述計(jì)算以及車間馬達(dá)的型號(hào)，選定液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)如下：額定工作壓力設(shè)定為10 MPa，額定轉(zhuǎn)速設(shè)定為500 r/min，排量設(shè)定為100 mL/r，額定輸出功率設(shè)定為6.2 kW，總效率設(shè)定為69%。

絲桿的轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：i=nsr/nhm=DbⅡ/DbⅠ=80/210，nsr=inhm=190.48 r/min。

2.2 千斤頂?shù)倪x擇與設(shè)計(jì)

銷軸拔出與裝入具有差異性，當(dāng)銷軸轉(zhuǎn)入之后，首先把兩個(gè)結(jié)構(gòu)件孔進(jìn)行對(duì)正，接著把銷軸壓入，該動(dòng)作并不需要過大的壓力?？僧?dāng)拔出銷軸時(shí)，因其質(zhì)量比較大以及在使用的過程中出現(xiàn)一定程度的彎曲，因此在拔出時(shí)需要較大的阻力。同時(shí)由于液壓支架出現(xiàn)輕微的變形，導(dǎo)致四連桿機(jī)構(gòu)2 個(gè)結(jié)構(gòu)件安裝孔不同心，當(dāng)銷軸拔出之后，需要有足夠大的拉力才可以將其拔出。由此可以看出，千斤頂?shù)囊簤焊桌t遠(yuǎn)大于銷軸拔出時(shí)所受摩擦力Fn。

對(duì)銷軸拔出的受力情況，其主要由頂梁自身重力所產(chǎn)生的摩擦力，查閱文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)鋼與鋼處于無潤滑的狀態(tài)下摩擦因子μ=0.15，由此可以得到：

式中：n 為系數(shù)，n=10；Fn=52 kN。將數(shù)值代入公式可得：Ft=78 kN。

式中：Ft為相應(yīng)的液壓缸拉力，kN；P2為相應(yīng)的工作壓力，10 MPa。將數(shù)值代入公式可得：A2=0.00 78 m2。

式中：A2為相應(yīng)的液壓缸有桿腔作用面積，取0.007 8 m2；d 為相應(yīng)的缸徑，取0.07 m。將數(shù)值代入公式可得：D=0.099 9 m=0.1 m。

通過上述計(jì)算可以得到：銷軸直徑取值為Φ149，長度取值為490，相應(yīng)的選擇千斤頂行程取值為500 mm。千斤頂技術(shù)參數(shù)：缸徑/活塞桿徑取值為100 mm/70 mm；工作壓力取值為10 MPa；拉力取值為78 kN。

3 安裝使用情況

經(jīng)過在工況條件下應(yīng)用新型高效可移動(dòng)液壓支架銷軸拆裝機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，要想液壓支架能夠在支架兩側(cè)同時(shí)工作，必須保證液壓支架按照同一個(gè)方向排列，與此同時(shí)拆裝銷軸時(shí)需要兩個(gè)工作人員操作，同時(shí)由一臺(tái)設(shè)備參與作業(yè)。

4 結(jié)論

經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該銷軸拆裝設(shè)備具有如下特點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)簡單，便于工作人員操作，其不僅能夠節(jié)約大量的設(shè)計(jì)與采購成本，而且能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在維修的過程中，能夠有效地提高維修支架的工作效率，不僅可以有效地降低維修人員的工作強(qiáng)度，而且能夠提升工作效率。

2）該設(shè)備可以滿足不同類型的液壓支架，僅僅使用車間的普通液壓泵既可以滿足動(dòng)力需要。