移动式液压支架销轴拆装设备的设计及应用

柳金晖

(华亭煤业集团 矿山机械公司， 甘肃 平凉 744103)

0 引言

随着采煤技术的不断发展，综采技术得到了全面推广应用，液压支架维修量大幅增加。我公司每年大修综采液压支架约400架。在液压支架维修过程中，变形结构件的拆解是一个重要环节。变形严重的四连杆机构及连杆销轴的拆装影响着整个支架的拆解进度，特别是已经变形的销轴拆解是整个拆解过程中的一个难题。

液压支架顶梁、掩护梁、连杆、底座等之间的连接销轴(如图1所示)[1]，每件重约100 kg。由于支架在井下长期使用，导致各部件之间连接销轴与架体锈蚀严重，采用传统人工甩锤进行拆卸销轴的过程中需要4人同时进行作业。其中，2人配合连续不断地将甩锤沿导杆急速甩动，撞击导杆带有螺纹接头一端，通过甩锤的惯性带动销轴向外拔出；另外2人用吊带和横梁将拔出的销轴抬平，防止在拆卸过程中销轴下垂卡住不能拔出。这种拆卸方式劳动强度大，拆卸效率低。

1-连接销轴1；2-连接销轴2；3-连接销轴3； 4-连接销轴4；5-连接销轴5；6-连接销轴6。图1 液压支架主要连接销轴位置

在销轴安装过程中需要3人进行作业。先用吊带将销轴绑紧，再用行车将销轴吊起。1人指挥行车将销轴孔对正后，2人用大锤将销轴敲击进行安装。这种安装方式劳动强度大，效率低，并且在安装时存在安全隐患。为解决以上问题，研发了移动式液压支架销轴拆装设备[2]。

1 移动式液压支架销轴拆装设备结构特点及原理

移动式液压支架销轴拆装设备整体结构如图2所示[3-4]。

1-导轨;2-车架;3-千斤顶;4-活动底托架; 5-销轴拆装架;6-液压控制系统;7-安装臂; 8-皮带传动机构;9-销轴提升机构。图2 移动式液压支架销轴拆装设备结构示意图

通过车架与销轴提升部件之间安装千斤顶(具体安装位置见图3)，调节销轴提升部件与液压支架的距离。通过调整千斤顶即可保证被拆解支架和销轴提升部件之间距离为最佳拆装位置。

图3 千斤顶安装位置

销轴拆装架(如图4所示)以两侧的导柱作为上下运动导轨。在其顶部安装液压马达[5]，通过皮带、皮带轮传动，将动力传递至丝杆上，带动丝杆转动。丝杠转动带动销轴安装架沿导轨做上下运动，调节高度。丝杠可以实现自锁，防止销轴坠落。丝杠上端设计手动转动摇杆，防止销轴提升部因受力不均匀而使其卡死。

1-手动摇杆安装处；2-皮带轮1；3-皮带；4-丝杆； 5-丝杠螺母；6-销轴提升部；7-皮带轮2；8-液压马达。图4 皮带传动机构

在销轴安装过程中，需要不断地将销放置到销轴拆装架上。如果靠人力，至少需要2人配合再加一定的工具，费很大力气才能将销轴放置到拆装架上。为解决上述连续安装提升问题[6]，在该设备上设计1个半自动安装臂[7](如图5所示)。选用1根钢管，在其内部安装千斤顶，千斤顶最大提升高度为400 mm。在拆装过程中,该装置将拆解的销轴放置在固定位置，然后进行下一个销轴的拆装工作；在安装过程中,通过转轴式装置依次进行安装，机械手可以通过销轴自身重力将销轴装夹牢固[8]，不需要靠人力搬运销轴。

1-曲臂；2-钢丝绳；3-机械手；4-钢管；5-千斤顶；6-旋转臂。图5 安装臂

销轴拆装架(如图6所示)通过丝杠螺母在丝杠上的运动，调节销轴拆装高度。本部分安装千斤顶，通过千斤顶将销轴拔出或推入。根据图7所示的销轴拆装局部结构，销轴在拆装时，一般销轴会留有拆装螺纹孔，只需要准备好合适的螺纹挂钩即可。

1-千斤顶；2-支撑架。图6 销轴拆装架

1-千斤顶；2-螺丝挂钩；3-连接销；4-被连接件1；5-被连接件2。图7 销轴拆装局部结构示意图

如果没有螺纹孔或螺纹孔损坏，可在销轴端部焊接一个挂钩，通过挂钩将销轴与千斤顶连接，以保证完成销轴拆装。

此设备可根据不同型号的液压支架[9]，在一定范围内调节拆解、安装高度，最大可提升1 560 mm。另外，此设备不需要额外增加液压泵站，利用车间现有液压泵站作为动力源就能实现液压支架销轴的拆解与安装。具体销轴拆装状态如图8所示。

1-销轴拆装设备；2-被拆装销轴；3-液压支架。图8 销轴拆装过程状态

2 设计技术关键

此设备的技术关键在于大型销轴拆装传动机构和销轴拆卸时所需千斤顶的选择与设计。

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2.1 传动机构的选择与设计

根据设备实际情况选择液压马达、皮带轮、皮带、丝杆、丝杆螺母传动[10]。

初步参照摇臂钻床丝杠提升速度为0.03 m/s[11]，销轴提升部件与销轴总质量约为300 kg，忽略摩擦阻力等其他因素，计算得功率PⅠ=FV=300 kg×9.8 m/s2×0.03 m/s=88.2 W。

传动装置总效率：

(1)

式中：ηhm为液压马达的效率,取0.69;ηvb为V带的效率，取0.96;ηsr为丝杆的效率，取0.30；ηb为轴承的效率，取0.99。

计算可得，η=0.194。

所需液压马达功率：

P=PⅠ/η=88.2 W/0.194=454.6 W

根据车间现有乳化液泵额定工作压力10 MPa，选择型号为BMR100G型的轴配流三位一体啮合付摆线液压马达。

液压马达技术参数：额定工作压力10 MPa；额定转速500 r/min；排量100 mL/r；额定输出功率6.2 kW；总效率69%；油口形式2-M18×1.5(Y2)；外泄油口形式为M14×1.5，深9;输出轴形式为平键轴φ25。

丝杆的转速：

i=nsr/nhm=DbⅡ/DbⅠ=80/210

(2)

nsr=i×nhm=190.48 r/min

当选择丝杆螺纹为Tr50×7时，销轴提升部的提升速度：Vp=nsr/60×P=22.22 mm/s。

2.2 千斤顶的选择与设计

销轴的拔出不同于销轴的装入。当销轴装入时，是先将2件结构件的孔对正，再将销轴压入，由于销轴孔与销轴外圆之间有1 mm的间隙。销轴压入时不需要太大的力。而销轴在拔出时，由于结构件质量大，且在使用后产生轻微的弯曲变形，拆出时阻力特别大。以平顶山煤矿机械有限责任公司生产的ZF10000/20/32H型反四连杆低位放顶煤支架为例[12]，光顶梁质量就有5.3 t，结构件压住销轴的一端。另外，由于液压支架使用后变形，装配的四连杆机构2个结构件安装孔不同心，销轴在拔出时，必须要有足够大的力。因此,千斤顶的Ft远远大于Fd。模拟销轴往出拔的受力分析[13]，主要受到顶梁自身重力所产生的摩擦力。查阅资料得钢与钢之间的静摩擦无润滑摩擦因数μ=0.15,n=10(根据实际拆卸复杂情况所取),得：

Ft=nμFn

(3)

式中:Ft为液压缸拉力，kN;μ=0.15;n=10;Fn=5 300 kg×9.8 N/kg=52 kN。

计算可得：Ft=78 kN。

Ft=P2A2×103

(4)

式中，Ft为液压缸拉力，kN；P2为工作压力,10 MPa。

计算可得：A2=0.007 8 m2。

A2=π/4(D2-d2)

(5)

式中：A2为液压缸有杆腔作用面积[14]，0.007 8 m2；d为缸径，0.07 m。

计算可得：D=0.099 9≈0.1 m。

销轴直径为φ149，长度为490,选择千斤顶行程为500 mm。

千斤顶技术参数：缸径/活塞杆径100/70 mm；行程500 mm；工作压力10 MPa；拉力78 kN。

3 安装使用情况

研制的新型高效移动式液压支架销轴拆装设备，只要将液压支架按同一方向码放整齐就能够在液压支架两侧同时进行连续作业[15]，而且整个销轴拆装过程中2个人操作1台设备就可以进行作业，如图9所示。

图9 销轴拆装设备在车间排布

4 结语

通过对新型高效移动式液压支架销轴拆装设备的设计与制作，并在我公司液压支架大修实践中得到应用，该设备取得了如下的技术效果：

1) 结构简单，操作方便，不仅制作成本低，而且可以解放出更多劳动力。在液压支架维修过程中，有效保证了维液压支架的维修进度，大大减轻了职工的劳动强度，减少了工作量，提高了工作效率。

2) 该设备能够适应不同型号的液压支架进行维修工作，只需接通车间的液压泵站作为动力源就能实现设备正常工作。