向 志
(攀鋼礦業(yè)有限公司朱礦,四川 攀枝花 617000)
露天礦山大量采用各型號潛孔鉆機進行穿孔作業(yè),潛孔鉆機的沖擊器屬于易損件,經(jīng)常損壞需要修復(fù)。傳統(tǒng)拆卸修復(fù)方法是:維修工人用自制的死扳手將后接頭卡住,使用大錘敲打死扳手,使后接頭與外套管分開。由于外套管是圓形的,無法進行徹底固定,外套管會隨著后接頭旋轉(zhuǎn),致使后接頭很難與外套管分開,達不到修復(fù)的目的。這種做法實施起來危險性較大,工人用大錘敲打死扳手時,易打滑,扳手在受敲打過程中也易彈起傷人,既達不到安全要求,而且職工的勞動強度還大。人工拆卸鉆機沖擊器效率也非常低,經(jīng)統(tǒng)計只能達到11%,絕大多數(shù)沖擊器均用人力無法拆卸,造成大量損壞沖擊器無法維修。
從沖擊器的結(jié)構(gòu)和形狀來看,要拆卸沖擊器接頭,關(guān)鍵是必須要固定住沖擊器外套管,使之不打滑,因此要設(shè)計沖擊器外套管卡緊裝置。
因工人直接使用大錘敲打扳手,很容易打滑或扳手彈起傷人,發(fā)生安全事故,因此要設(shè)計機械裝置來拆卸沖擊器接頭,工人不直接接觸需拆卸的沖擊器,可避免安全事故的發(fā)生,也可減輕工人勞動強度。
要滿足以上要求,需設(shè)計一套驅(qū)動減速夾緊拆卸裝置,該裝置夾緊固定部分要能夠夾緊圓柱形的沖擊器外套管,使之不能轉(zhuǎn)動打滑;轉(zhuǎn)動部分由電機驅(qū)動,經(jīng)減速機減速增力后帶動鉆機沖擊器后接頭轉(zhuǎn)動,從而達到拆卸鉆機沖擊器后接頭的目的。
沖擊器拆卸裝置在運轉(zhuǎn)時扭力較大,要求設(shè)備底座自身有足夠重量,能夠承擔(dān)整體裝置重壓并保持穩(wěn)定,底座與拆卸裝置各部件必須連接或焊接牢固,卡緊裝置要與待拆卸沖擊器外表面接觸良好,裝置整體設(shè)計應(yīng)保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、操作簡便、安全可靠。整套裝置由底座、電動機、減速機、前后托架、托輥、后接頭夾具、外套管夾具等部件組成。
3.1.1 底座設(shè)計
底座由底板和主要零部件的支承座是組裝焊接而成。底板上要按拆卸裝置的設(shè)計工藝要求裝配焊接各零部件基座,由于拆卸裝置運行時產(chǎn)生扭力較大,如果底板強度不夠,設(shè)備工作時,因應(yīng)力作用會導(dǎo)致底板受力變形,當?shù)装鍣M切面的正應(yīng)力達到屈服點δs時,會產(chǎn)生明顯的扭曲變形,進而導(dǎo)致拆卸裝置各部件基座發(fā)生位移,使設(shè)備無法保持正常工作能力;為確保底座強度能滿足拆卸裝置安全運行的要求,必須要充分考慮許用應(yīng)力、強度條件、安全系數(shù)等方面的參數(shù)。
式中:δ——許用應(yīng)力;
δu——極限應(yīng)力;
n——安全系數(shù)。
從公式可看出,許用應(yīng)力與安全系數(shù)成反比,如果要保證拆卸裝置絕對穩(wěn)定、安全,就要盡量加大安全系數(shù),降低許用應(yīng)力,這樣就需使用強度更高更厚的底板,增加材料消耗,加大制作成本,且還要增加裝置整體重量;如果要壓縮制作成本,減輕裝置自重,就必須降低安全系數(shù),加大許用應(yīng)力,但這樣又不能保證拆卸裝置運行使用安全。因此要綜合考慮許用應(yīng)力、安全系數(shù)、強度條件等方面因素,在保證安全使用的前提下,盡量增大許用應(yīng)力,確保拆卸裝置正常運行所需達到的強度條件。
要確保拆卸裝置安全可靠運行,必須使底座的最大設(shè)計應(yīng)力不超過底板的許用應(yīng)力。即:
式中:δMax——底板橫截面上的最大許用應(yīng)力;
NMax——最大扭力;
A——底板橫截面積;
[δ]——許用應(yīng)力。
從(2)式中可得出:
根據(jù)廠房空間及拆卸裝置安設(shè)位置,底板的長寬不能超過4m×1.5m;根據(jù)計劃選用的電機和減速機,查相關(guān)資料可知:NMax=6540KN,δu=110Mpa,安全系數(shù)取1.2。
將各項參數(shù)代入(1)式計算如下:
當NMax=6540KN,b=1500mm時,由公式(3)計算可得:
由A=b×h
式中:b——底板橫截面寬度;
h——底板橫截面厚度
可得:H=A/b=7.1×104/1.5×103=47.3mm
由以上計算可知,底板應(yīng)選擇不低于47.3mm厚度的鋼板制作,這是保證安全使用的前提下最經(jīng)濟的。根據(jù)我們實際材料情況,我們選用50mm鋼板制作底板,完全能夠滿足拆卸裝置安全運行的要求。
底板的外形及尺寸如圖1所示:
圖1 底板外形尺寸圖
3.1.2 沖擊器外套管夾具的設(shè)計
根據(jù)沖擊器的結(jié)構(gòu)、外形尺寸和存在的拆卸問題,設(shè)計拆卸夾緊裝置的主要目的就是固定沖擊器外套管,使之不能轉(zhuǎn)動打滑,確保后接頭與沖擊器外套管能擰松分開。根據(jù)以上原理和沖擊器的外形,要使沖擊器外套管不轉(zhuǎn)動,必須要有一個圓形的夾具對它進行夾緊;但外套管形狀是圓柱形,且表面很光滑,非常容易打滑;為了徹底卡緊沖擊器外套管,設(shè)計采用四個不銹鋼刀具安裝孔,將不銹鋼刀具裝在刀架中,使不銹鋼刀的棱角與沖擊器外套管的外圓面相咬合,在兩臺油壓機施加壓力的作用下,達到固定沖擊器外套管,使其不做旋轉(zhuǎn)運動,使沖擊器后接頭在后接頭夾具的旋轉(zhuǎn)過程中與沖擊器外套管分離脫開。設(shè)計圖如圖2。
圖2 沖擊器外套管夾具設(shè)計圖
此夾具采用75mm厚的錳鋼板進行加工,加工兩件,將兩件合攏就是完整的沖擊器外套管夾具。
3.1.3 沖擊器后接頭固定裝置的設(shè)計
因為沖擊器后接頭是四方型,必須要有一個四方型的夾具進行固定,因此設(shè)計一個一端是圓形的軸套,與渦輪蝸桿減速箱輸出軸連接;另一端是四方型插板座,用來固定沖擊器后接頭,設(shè)計圖如圖3。
圖3 沖擊器后接頭固定裝置設(shè)計圖
3.2.1 選擇電機功率驗證
沖擊器在作業(yè)時發(fā)生的最大回轉(zhuǎn)扭矩為5870N·m,電動機帶動渦輪減速箱后的扭矩不能小于沖擊器的最大扭矩,故減速機輸出扭矩不能小于5870N·m。
根據(jù)兩個公式:電動機扭矩(轉(zhuǎn)矩)計算
式中:P-功率kw,n-電動機額定轉(zhuǎn)速r/min,T-轉(zhuǎn)矩 N·m,i-傳動比,N-減速機輸出轉(zhuǎn)速r/min。
可得出計算電動機功率簡易公式:
式中:P-電動機輸出功率kw,n-電動機額定轉(zhuǎn)速r/min,T-轉(zhuǎn)矩N·m,i-傳動比,η-使用系數(shù)(一般≥1)。
根據(jù)現(xiàn)有的材料備件情況,計劃選用15kw的電動機,電機額定轉(zhuǎn)速1460r/min,選用傳動比100:1的減速機,使用系數(shù)取值1.5。將各項參數(shù)代入簡易公式中計算如下:
選用電動機功率15kw>理論計算所需電機功率13.46kw,符合使用要求。
選用電機規(guī)格如下:
電機型號:JD-QK-71-8/6/4
功率:15KW,電流:31A,電壓:380V,轉(zhuǎn)速:1460r/min。
3.2.2 減速機的選定
經(jīng)過調(diào)查研究,渦輪蝸桿減速機的優(yōu)點是噪音小,傳動平穩(wěn),有自鎖功能,傳動比大,輸出端轉(zhuǎn)速慢,故障率低。為了保證操作時能夠達到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,速度緩慢,起止時間準確,安全可靠,所以選擇渦輪蝸桿減速機進行減速。
夾具、傳動裝置設(shè)計好后,進行沖擊器拆卸裝置整體裝配的設(shè)計,遵循操作簡單、運行安全、便于維護保養(yǎng)的原則,將設(shè)計好的各部件進行綜合布局。原理圖設(shè)計如圖4。
整套裝置由電機15kw一臺,渦輪蝸桿減速箱一套,5T千斤頂2個,夾具一套,固定夾具箱一套,固定基腳一套等主要零部件組成。
圖4 拆卸裝置設(shè)計原理圖
為控制動力傳動系統(tǒng),實現(xiàn)沖擊器拆卸裝置安全穩(wěn)定運行,必須設(shè)計完備可靠的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)主要由:空氣開頭、交流接觸器、熱熔斷器、熱繼電器、按鈕開關(guān)等組成。
電路簡略圖如圖5。
圖5 控制系統(tǒng)電路簡圖
圖中代號含義:RJ-熱繼電器,AN-控制按鈕,RD-熔斷器,CJ-交流接觸器。
將沖擊器后接頭放在后接頭夾具內(nèi),外套管固定在外套管夾具內(nèi),外套管夾具上裝有四根不銹鋼刀與沖擊器身表面接觸,夾具箱外裝有兩臺液壓千斤頂對稱頂住夾具,使沖擊器外套管不能旋轉(zhuǎn)。將沖擊器后接頭固定在沖擊器后接頭夾具內(nèi)。固定好后啟動電機,電機傳動渦輪蝸桿減速箱,減速箱傳動沖擊器后接頭夾具旋轉(zhuǎn),將沖擊器后接頭拆下即可進行修復(fù)。改變外套管夾具的內(nèi)徑,其它鉆機的沖擊器也可進行拆卸。
使用制作的鉆機沖擊器拆卸裝置,將沖擊器拆卸效率提高4倍以上,大大降低了修理工的勞動強度,并且多種型號鉆機沖擊器均可拆卸。操作簡便,易于維護,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪音小,拆卸沖擊器時安全可靠,保證了人身安全。
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