移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

柳金暉

(華亭煤業(yè)集團(tuán) 礦山機(jī)械公司， 甘肅 平?jīng)?744103)

0 引言

隨著采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，綜采技術(shù)得到了全面推廣應(yīng)用，液壓支架維修量大幅增加。我公司每年大修綜采液壓支架約400架。在液壓支架維修過程中，變形結(jié)構(gòu)件的拆解是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。變形嚴(yán)重的四連桿機(jī)構(gòu)及連桿銷軸的拆裝影響著整個(gè)支架的拆解進(jìn)度，特別是已經(jīng)變形的銷軸拆解是整個(gè)拆解過程中的一個(gè)難題。

液壓支架頂梁、掩護(hù)梁、連桿、底座等之間的連接銷軸(如圖1所示)[1]，每件重約100 kg。由于支架在井下長期使用，導(dǎo)致各部件之間連接銷軸與架體銹蝕嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)人工甩錘進(jìn)行拆卸銷軸的過程中需要4人同時(shí)進(jìn)行作業(yè)。其中，2人配合連續(xù)不斷地將甩錘沿導(dǎo)桿急速甩動(dòng)，撞擊導(dǎo)桿帶有螺紋接頭一端，通過甩錘的慣性帶動(dòng)銷軸向外拔出；另外2人用吊帶和橫梁將拔出的銷軸抬平，防止在拆卸過程中銷軸下垂卡住不能拔出。這種拆卸方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，拆卸效率低。

1-連接銷軸1；2-連接銷軸2；3-連接銷軸3； 4-連接銷軸4；5-連接銷軸5；6-連接銷軸6。圖1 液壓支架主要連接銷軸位置

在銷軸安裝過程中需要3人進(jìn)行作業(yè)。先用吊帶將銷軸綁緊，再用行車將銷軸吊起。1人指揮行車將銷軸孔對正后，2人用大錘將銷軸敲擊進(jìn)行安裝。這種安裝方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，并且在安裝時(shí)存在安全隱患。為解決以上問題，研發(fā)了移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備[2]。

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

移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[3-4]。

1-導(dǎo)軌;2-車架;3-千斤頂;4-活動(dòng)底托架; 5-銷軸拆裝架;6-液壓控制系統(tǒng);7-安裝臂; 8-皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu);9-銷軸提升機(jī)構(gòu)。圖2 移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

通過車架與銷軸提升部件之間安裝千斤頂(具體安裝位置見圖3)，調(diào)節(jié)銷軸提升部件與液壓支架的距離。通過調(diào)整千斤頂即可保證被拆解支架和銷軸提升部件之間距離為最佳拆裝位置。

圖3 千斤頂安裝位置

銷軸拆裝架(如圖4所示)以兩側(cè)的導(dǎo)柱作為上下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。在其頂部安裝液壓馬達(dá)[5]，通過皮帶、皮帶輪傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞至絲桿上，帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)銷軸安裝架沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)高度。絲杠可以實(shí)現(xiàn)自鎖，防止銷軸墜落。絲杠上端設(shè)計(jì)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿，防止銷軸提升部因受力不均勻而使其卡死。

1-手動(dòng)搖桿安裝處；2-皮帶輪1；3-皮帶；4-絲桿； 5-絲杠螺母；6-銷軸提升部；7-皮帶輪2；8-液壓馬達(dá)。圖4 皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

在銷軸安裝過程中，需要不斷地將銷放置到銷軸拆裝架上。如果靠人力，至少需要2人配合再加一定的工具，費(fèi)很大力氣才能將銷軸放置到拆裝架上。為解決上述連續(xù)安裝提升問題[6]，在該設(shè)備上設(shè)計(jì)1個(gè)半自動(dòng)安裝臂[7](如圖5所示)。選用1根鋼管，在其內(nèi)部安裝千斤頂，千斤頂最大提升高度為400 mm。在拆裝過程中,該裝置將拆解的銷軸放置在固定位置，然后進(jìn)行下一個(gè)銷軸的拆裝工作；在安裝過程中,通過轉(zhuǎn)軸式裝置依次進(jìn)行安裝，機(jī)械手可以通過銷軸自身重力將銷軸裝夾牢固[8]，不需要靠人力搬運(yùn)銷軸。

1-曲臂；2-鋼絲繩；3-機(jī)械手；4-鋼管；5-千斤頂；6-旋轉(zhuǎn)臂。圖5 安裝臂

銷軸拆裝架(如圖6所示)通過絲杠螺母在絲杠上的運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)銷軸拆裝高度。本部分安裝千斤頂，通過千斤頂將銷軸拔出或推入。根據(jù)圖7所示的銷軸拆裝局部結(jié)構(gòu)，銷軸在拆裝時(shí)，一般銷軸會(huì)留有拆裝螺紋孔，只需要準(zhǔn)備好合適的螺紋掛鉤即可。

1-千斤頂；2-支撐架。圖6 銷軸拆裝架

1-千斤頂；2-螺絲掛鉤；3-連接銷；4-被連接件1；5-被連接件2。圖7 銷軸拆裝局部結(jié)構(gòu)示意圖

如果沒有螺紋孔或螺紋孔損壞，可在銷軸端部焊接一個(gè)掛鉤，通過掛鉤將銷軸與千斤頂連接，以保證完成銷軸拆裝。

此設(shè)備可根據(jù)不同型號的液壓支架[9]，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)拆解、安裝高度，最大可提升1 560 mm。另外，此設(shè)備不需要額外增加液壓泵站，利用車間現(xiàn)有液壓泵站作為動(dòng)力源就能實(shí)現(xiàn)液壓支架銷軸的拆解與安裝。具體銷軸拆裝狀態(tài)如圖8所示。

1-銷軸拆裝設(shè)備；2-被拆裝銷軸；3-液壓支架。圖8 銷軸拆裝過程狀態(tài)

2 設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵

此設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵在于大型銷軸拆裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和銷軸拆卸時(shí)所需千斤頂?shù)倪x擇與設(shè)計(jì)。

民以食為天，一日三餐是保證人類身體機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，而利用好飯后這段時(shí)間做有益養(yǎng)生的事，可以事半功倍。

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

根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況選擇液壓馬達(dá)、皮帶輪、皮帶、絲桿、絲桿螺母傳動(dòng)[10]。

初步參照搖臂鉆床絲杠提升速度為0.03 m/s[11]，銷軸提升部件與銷軸總質(zhì)量約為300 kg，忽略摩擦阻力等其他因素，計(jì)算得功率PⅠ=FV=300 kg×9.8 m/s2×0.03 m/s=88.2 W。

傳動(dòng)裝置總效率：

(1)

式中：ηhm為液壓馬達(dá)的效率,取0.69;ηvb為V帶的效率，取0.96;ηsr為絲桿的效率，取0.30；ηb為軸承的效率，取0.99。

計(jì)算可得，η=0.194。

所需液壓馬達(dá)功率：

P=PⅠ/η=88.2 W/0.194=454.6 W

根據(jù)車間現(xiàn)有乳化液泵額定工作壓力10 MPa，選擇型號為BMR100G型的軸配流三位一體嚙合付擺線液壓馬達(dá)。

液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)：額定工作壓力10 MPa；額定轉(zhuǎn)速500 r/min；排量100 mL/r；額定輸出功率6.2 kW；總效率69%；油口形式2-M18×1.5(Y2)；外泄油口形式為M14×1.5，深9;輸出軸形式為平鍵軸φ25。

絲桿的轉(zhuǎn)速：

i=nsr/nhm=DbⅡ/DbⅠ=80/210

(2)

nsr=i×nhm=190.48 r/min

當(dāng)選擇絲桿螺紋為Tr50×7時(shí)，銷軸提升部的提升速度：Vp=nsr/60×P=22.22 mm/s。

2.2 千斤頂?shù)倪x擇與設(shè)計(jì)

銷軸的拔出不同于銷軸的裝入。當(dāng)銷軸裝入時(shí)，是先將2件結(jié)構(gòu)件的孔對正，再將銷軸壓入，由于銷軸孔與銷軸外圓之間有1 mm的間隙。銷軸壓入時(shí)不需要太大的力。而銷軸在拔出時(shí)，由于結(jié)構(gòu)件質(zhì)量大，且在使用后產(chǎn)生輕微的彎曲變形，拆出時(shí)阻力特別大。以平頂山煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZF10000/20/32H型反四連桿低位放頂煤支架為例[12]，光頂梁質(zhì)量就有5.3 t，結(jié)構(gòu)件壓住銷軸的一端。另外，由于液壓支架使用后變形，裝配的四連桿機(jī)構(gòu)2個(gè)結(jié)構(gòu)件安裝孔不同心，銷軸在拔出時(shí)，必須要有足夠大的力。因此,千斤頂?shù)腇t遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Fd。模擬銷軸往出拔的受力分析[13]，主要受到頂梁自身重力所產(chǎn)生的摩擦力。查閱資料得鋼與鋼之間的靜摩擦無潤滑摩擦因數(shù)μ=0.15,n=10(根據(jù)實(shí)際拆卸復(fù)雜情況所取),得：

Ft=nμFn

(3)

式中:Ft為液壓缸拉力，kN;μ=0.15;n=10;Fn=5 300 kg×9.8 N/kg=52 kN。

計(jì)算可得：Ft=78 kN。

Ft=P2A2×103

(4)

式中，F(xiàn)t為液壓缸拉力，kN；P2為工作壓力,10 MPa。

計(jì)算可得：A2=0.007 8 m2。

A2=π/4(D2-d2)

(5)

式中：A2為液壓缸有桿腔作用面積[14]，0.007 8 m2；d為缸徑，0.07 m。

計(jì)算可得：D=0.099 9≈0.1 m。

銷軸直徑為φ149，長度為490,選擇千斤頂行程為500 mm。

千斤頂技術(shù)參數(shù)：缸徑/活塞桿徑100/70 mm；行程500 mm；工作壓力10 MPa；拉力78 kN。

3 安裝使用情況

研制的新型高效移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備，只要將液壓支架按同一方向碼放整齊就能夠在液壓支架兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行連續(xù)作業(yè)[15]，而且整個(gè)銷軸拆裝過程中2個(gè)人操作1臺設(shè)備就可以進(jìn)行作業(yè)，如圖9所示。

圖9 銷軸拆裝設(shè)備在車間排布

4 結(jié)語

通過對新型高效移動(dòng)式液壓支架銷軸拆裝設(shè)備的設(shè)計(jì)與制作，并在我公司液壓支架大修實(shí)踐中得到應(yīng)用，該設(shè)備取得了如下的技術(shù)效果：

1) 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不僅制作成本低，而且可以解放出更多勞動(dòng)力。在液壓支架維修過程中，有效保證了維液壓支架的維修進(jìn)度，大大減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了工作量，提高了工作效率。

2) 該設(shè)備能夠適應(yīng)不同型號的液壓支架進(jìn)行維修工作，只需接通車間的液壓泵站作為動(dòng)力源就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備正常工作。