500噸液壓拆裝機的研制

劉社榮，陳凌飛，梁鋒，陳志強

（西部鉆探玉門鉆井管具機修服務公司，甘肅 酒泉 735000）

液壓拆裝機是對鉆井機械設備維修的主要裝備之一。由于鉆井設備部件多為大型零件，普通液壓拆裝機力臂以及承重支座比較薄弱，使用過程中易出現(xiàn)力臂變形，大型部件無法裝夾的困難，液壓系統(tǒng)壓力不能滿足生產(chǎn)維修的需要，因此研制新一代拆裝機非常必要。

1 設計思路

目的：500噸液壓拆裝機要解決設備修理過程中，直徑大于1000mm軸套類零件的拆裝，提高設備修理效率，提升修理能力。

結(jié)構(gòu)組成：拆裝架主要由液壓站、500噸液壓千斤頂、力臂、工程液缸、滑動裝夾裝置和支撐底座構(gòu)成。液壓站為整套裝置提供動力源，500噸液壓千斤頂和滑動裝夾裝置共同完成零部件拆裝的頂壓功能，工程液壓缸實現(xiàn)兩根力臂的分離與并攏，實現(xiàn)不同外形尺寸工件的裝夾。設計裝夾寬度2300mm，最大工件長度6250mm。

技術方案：對力臂、液壓站、液缸等主要部件提出詳細的技術要求，進行外購；支撐底座、卡頭滑動機構(gòu)自制，其他材料自備；根據(jù)裝配圖要求進行裝配。

達到的效果：通過該裝置的使用，提升設備修理能力和效率，減少工人勞動強度。設計全新操作面板，簡便操作。各閥件均有過載卸荷功能，確保設備運行安全可靠。

2 500噸液壓拆裝機設計和制作

2.1 拆裝機結(jié)構(gòu)設計

拆裝機由一臺500噸液壓千斤頂、兩根矩形力臂、四臺工程液壓缸和滑動裝夾裝置組成。主體設備由前后兩個支座支撐。兩根力臂分別由配置的四臺工程液壓缸伸縮來實現(xiàn)兩根力臂的并攏和分離。該液壓缸具備自鎖性能，在拆裝架承載時可以從前后拉住兩根力臂，保證力臂間的平行度。力臂的行走由每根梁上的四個滾輪支撐。

2.2 拆裝機工作原理

（1）液壓部分。拆裝機的液壓部分由一臺低壓泵、一臺高壓泵提供動力源，低壓泵經(jīng)電磁換向閥和比例閥控制前后四臺工程液壓缸的供油，來實現(xiàn)力臂前、后的同步分離與并攏進而對工件進行裝夾作業(yè)。液缸的伸縮由低壓、高壓泵共同完成。低壓泵流量大，可以在主液缸空載的情況下迅速將其頂出，當頂升壓力超過20MPa時，低壓泵自動溢流高壓泵繼續(xù)工作，液缸頂升速度下降，緩慢地將工件頂出。

（2）控制部分。拆裝機的控制部分集中于一個懸掛可轉(zhuǎn)動式控制面板，電機的啟停以及工件的裝夾、主液缸的升縮全部在控制面板上操作，在工件裝夾好液缸承壓后，將控制面板旋轉(zhuǎn)至安全位置進行下一步頂壓作業(yè)，確保操作安全。

（3）滑動裝夾裝置?；瑒友b夾裝置行走時由曲拐和軸承支撐，根據(jù)裝夾工件的尺寸確定卡頭需要移動的距離后，拔出固定銷，轉(zhuǎn)動曲拐手柄，由支撐軸承將滑動裝夾裝置撐起，前后推動達到需要位置后（對齊銷孔指示位置），再轉(zhuǎn)動曲拐手柄，使曲拐復位，穿回固定銷即可。

2.3 薄弱部位強度校核

（1）滑動卡頭支撐軸強度校核。

①根據(jù)設計圖紙計算，滑頭卡頭總質(zhì)量為1.7噸，卡頭由2根軸、8副軸承支撐，分配到每兩幅軸承，其承受的力為，17kN/4=4.25kN。

②受力分析如圖1。

③強度校核：Ra=Rb=4kN。

其中Ra、Rb為支座反力，Mmax為最大彎矩，σmax為最大拉應力，[σ]為許用拉應力。

④為抗彎截面系數(shù)，W=πd3/32，nb為安全系數(shù)，取 1.5。

⑤滑動卡頭支撐軸滿足強度要求。

（2）滑動裝夾裝置固定銷銷抗剪切強度校核。

①根據(jù)設計噸位，每個卡頭承載2500kN，則每個銷子承載1250kN，再分配到兩點，各自承載625kN。

圖1 滑動卡頭受力分析

②受力分析如圖2。

圖2 滑動裝夾裝置固定銷銷抗剪切強度

③強度校核計算。剪力：F=625000N，截面A=3.14×75×75=17662.5mm2。

τ=F/A=35.4MPa＜[τ]。其中 [τ]為許用剪切應力，[τ]=0.6×[σ]=354MPa。

④卡頭銷子滿足強度要求。

（3）力臂端部有限元分析計算。利用ANSYS對力臂端部進行有限元分析，在150mm鋼板下方施加Ux=Uy=Uz=0三個方向的約束，2500kN載荷施加位置如圖3、圖4所示。有限元模型節(jié)點58614個、單元52402個。限于篇幅，只提供結(jié)果圖。

（4）有限元分析結(jié)論。通過對力臂端部的有限元分析校核發(fā)現(xiàn)，力臂端部結(jié)構(gòu)沿作用力方向上的最大變形為0.073mm；由于應力集中的影響，最大應力出現(xiàn)在2500kN作用力施加的位置，為97.876MPa；150mm鋼板的最大應力為40.265MPa，遠小于45#鋼的屈服強度≧355MPa。因此，結(jié)構(gòu)符合設計要求。

2.4 制作與試用情況

（1）液壓拆裝機的制作。根據(jù)設計方案，其中液壓系統(tǒng)、力臂、500噸千斤頂、50噸工程液壓缸以及卡頭外購定制，出具相應圖紙并與外協(xié)廠家簽訂技術協(xié)議（包括制作技術要求）。其他附件按圖紙自制。整機組裝在修理車間內(nèi)實施。

（2）現(xiàn)場試用情況。2016年7月，對拆裝機進行頂壓試驗，頂升壓力達到63MPa，憋壓10分鐘無異常。隨后對JC50絞車滾筒軸（長×最大外徑mm，5665×Φ1665mm）進行拆解作業(yè)，當壓力表指示到40MPa時，將滾筒軸整體頂出，拆裝機各項動作均正常。根據(jù)壓力-噸位換算表對照，千斤頂頂升噸位320噸，整個過程平穩(wěn)，無異常。拆裝機達到了設計與使用的要求。

（3）存在缺陷?，F(xiàn)場應用沒有達到500噸額定值，實際應用中能否出現(xiàn)更高噸位，需要在實踐中進行實際驗證。

圖3 有限元分析結(jié)果（力臂被施加載荷位置最大應力97.876MPa）

圖4 力臂肩部150mm厚鋼板處最大應力40.265MPa

3 結(jié)語

本拆裝機制作完成后，一體式支撐架的承載能力增強；矩形力臂的抗彎性能得到增強；滑動卡頭設計成手動推拉式，運行的安全性能有效提升；力臂移動方式由液壓缸推拉，運行的穩(wěn)定性提升，整體結(jié)構(gòu)更加緊湊；操作面板使用、操作簡單、安全。500噸液壓拆裝機的成功研制，使在設備軸類零部件的拆裝過程中，能夠滿足各種修理需求，運行平穩(wěn)，提高了修理作業(yè)效率和作業(yè)安全性，達到了預期的設計目標。