礦用移動式液壓支架銷軸拆裝設備的設計分析

王宇軍

（潞安化工集團余吾煤業(yè)公司， 山西 長治 046103）

引言

目前，由于采煤技術不斷進步，推動了綜采技術的發(fā)展，同時液壓系統(tǒng)在綜采技術方面扮演著非常重要的角色，因此導致液壓支架維護率也逐漸升高。通過對某煤礦進行調研發(fā)現(xiàn)，每年需要維護的液壓支架的數(shù)量可以達到400 架。在對液壓支架進行維護時，變形結構的四桿機構以及相應的連桿銷軸拆除比較困難。

圖1 表示支架頂梁連桿、底座以及相應的掩護梁的連接形式。其中，每個單元質量達到100 kg。在井下支架工作時間比較長，從而導致部件的聯(lián)動單元出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的拆除往往選用甩錘的形式進行操作，可是該方式需要有四個人員進行操作，其中兩個工作人員需要配合連續(xù)不斷地將甩錘沿導桿急速甩動，對導桿上的螺紋接頭進行錘擊。而另外兩個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較大的勞動強度以及拆卸效率相對較低。

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

圖1 支架頂梁連桿、底座以及相應的掩護梁連接銷軸位置圖

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；其中一個工作人員可以指揮行車把銷軸孔對正，另外兩個人使用大錘安裝銷軸。該方法往往需要較大的勞動強度，同時工作效率也比較低。為此需要開發(fā)出一種可移動的液壓支架銷軸拆除工具。

1 移動式液壓支架銷軸拆裝設備結構特點及原理

圖2 表示相應的整體移動式液壓支架銷軸拆裝設備結構圖。

圖2 銷軸拆裝設備整體結構示意圖（單位：mm）

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

圖3 皮帶轉動部分示意圖

在安裝銷軸時，通常需要工作人員把銷設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，通常可以在設備上面選用1 個半自動的安裝肩，如圖4 所示。這時可以將千斤頂設置在鋼管內部，其中鋼管的最大提升高度可以達到400 mm。在拆裝時，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。在實施安裝時，可以借助轉軸裝置實現(xiàn)有次序的安裝，使用機械手將銷軸抬起同時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強度。

圖4 安裝臂

圖5 表示相應的銷軸拆裝架，通常借助在絲杠上面絲杠螺母可以實現(xiàn)自由的運動，進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，通常銷軸往往會凸顯一部分螺紋孔，這時僅僅使用合適的螺紋即可實現(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軸一端焊接一個掛鉤，這樣可以使得千斤頂與銷軸進行連接，從而能夠有效地保證銷軸拆裝順利。

在拆裝設備時，能夠滿足不同的型號的液壓支架實現(xiàn)調節(jié)拆裝高度，最大的高度在1 560 mm。與此同時，在使用該設備時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力，實現(xiàn)銷軸的拆裝。

2 設計技術關鍵

技術核心在于能夠能否設計出符合大型銷軸拆裝傳動機構的千斤頂。

2.1 傳動機構的選擇與設計

在傳動機構選擇時，通常需要選用如下幾個方面的單元：液壓馬達、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的銷軸總質量為300 kg，忽略相關阻力因素，經(jīng)過計算可以得到功率P1=FV=300 kg×9.8 m/s2×0.03 m/s=88.2 W。

相應的傳動裝置總效率計算公式如下所示：

式中：ηhm為相應的液壓馬達的效率，取 0.69；ηvh為相應的V 帶的效率，取0.96；ηsr為相應的絲桿的效率，取 0.30；ηb為相應的軸承的效率，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功率P=P1/η=88.2 W/0.194=454.6 W。

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

絲桿的轉速計算如下：i=nsr/nhm=DbⅡ/DbⅠ=80/210，nsr=inhm=190.48 r/min。

2.2 千斤頂?shù)倪x擇與設計

銷軸拔出與裝入具有差異性，當銷軸轉入之后，首先把兩個結構件孔進行對正，接著把銷軸壓入，該動作并不需要過大的壓力。可當拔出銷軸時，因其質量比較大以及在使用的過程中出現(xiàn)一定程度的彎曲，因此在拔出時需要較大的阻力。同時由于液壓支架出現(xiàn)輕微的變形，導致四連桿機構2 個結構件安裝孔不同心，當銷軸拔出之后，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遠大于銷軸拔出時所受摩擦力Fn。

對銷軸拔出的受力情況，其主要由頂梁自身重力所產生的摩擦力，查閱文獻可以發(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為相應的液壓缸拉力，kN；P2為相應的工作壓力，10 MPa。將數(shù)值代入公式可得：A2=0.00 78 m2。

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

通過上述計算可以得到：銷軸直徑取值為Φ149，長度取值為490，相應的選擇千斤頂行程取值為500 mm。千斤頂技術參數(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)過在工況條件下應用新型高效可移動液壓支架銷軸拆裝機構發(fā)現(xiàn)，要想液壓支架能夠在支架兩側同時工作，必須保證液壓支架按照同一個方向排列，與此同時拆裝銷軸時需要兩個工作人員操作，同時由一臺設備參與作業(yè)。

4 結論

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

1）結構簡單，便于工作人員操作，其不僅能夠節(jié)約大量的設計與采購成本，而且能夠降低勞動強度。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度，而且能夠提升工作效率。

2）該設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力需要。