李毅華，袁劍，趙飛飛，鄧家一，任歡，湯配

(安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 安徽 淮南 232001)

0 引言

隨著煤炭開采的快速發(fā)展，綜采機(jī)械化采煤設(shè)備的應(yīng)用越來越廣。隨著礦企綜采設(shè)備的推廣應(yīng)用，對(duì)采煤生產(chǎn)效率和安全的要求也越來越高。由于煤礦采掘工作面環(huán)境惡劣，特別是多數(shù)礦井高溫潮濕、工作介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)等工況，嚴(yán)重影響了綜采設(shè)備的安全可靠性和使用壽命,故在完成一個(gè)工作面的開采后，整個(gè)煤礦綜采設(shè)備均需要大修。

液壓支架是綜采設(shè)備的重要組成部分，立柱作為液壓支架的重要部分，由于長期在惡劣條件下做往返運(yùn)動(dòng)，且直接與井下潮濕空氣接觸，伸縮立柱受損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致液壓支架失效，嚴(yán)重威脅煤礦的安全開采[1-2]。

液壓支架立柱維修時(shí)，需要先將立柱從液壓支架上拆卸下來，再對(duì)其進(jìn)行拆卸，對(duì)損壞的部分進(jìn)行修復(fù)后再進(jìn)行安裝。立柱拆卸難點(diǎn)在于拆卸立柱的導(dǎo)向套，臥式拆裝時(shí)，由于立柱自重等原因，容易造成軸線不對(duì)中，從而造成導(dǎo)向套螺紋損壞、缸體拉傷、密封件壓壞等。立柱在臥式下的拆卸方式為人工拆卸，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，而且當(dāng)立柱導(dǎo)向套螺紋處銹蝕嚴(yán)重時(shí)，僅靠人力是無法進(jìn)行拆卸的[3-4]。因此，臥式拆裝立柱容易進(jìn)一步造成立柱損壞，拆裝過程繁瑣、費(fèi)力且不安全。通過分析研究,設(shè)計(jì)了一種立柱立式拆裝機(jī),滿足了生產(chǎn)急需,既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了立柱拆裝效率。

1 立式拆裝機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

立式拆裝機(jī)主要由滑動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大扭矩增力機(jī)構(gòu)、固定夾緊機(jī)構(gòu)、底座和升降托架機(jī)構(gòu)等構(gòu)成,如圖1所示。

1-升降架機(jī)構(gòu);2-大扭矩增力機(jī)構(gòu);3-固定夾緊機(jī)構(gòu);4-動(dòng)力頭機(jī)構(gòu);5-滑動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu);6-翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);7-底座圖1 立式拆裝機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2為滑動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖。滑動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)由升降油缸、滑動(dòng)座和拉板等組成;動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)由馬達(dá)固定架、液壓馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)盤組成;翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由翻轉(zhuǎn)耳座、翻轉(zhuǎn)支柱、頂板和翻轉(zhuǎn)油缸等組成。滑動(dòng)座安裝在翻轉(zhuǎn)支柱上，可以伴隨升降油缸在翻轉(zhuǎn)支柱上滑動(dòng)。馬達(dá)固定架固定在滑動(dòng)座上，液壓馬達(dá)輸出軸上固定著旋轉(zhuǎn)盤，用來旋轉(zhuǎn)拆裝立柱導(dǎo)向套。翻轉(zhuǎn)耳座固定在底座上，翻轉(zhuǎn)支柱通過銷軸裝配在翻轉(zhuǎn)耳座上，并能通過翻轉(zhuǎn)油缸翻轉(zhuǎn)一定的角度。

1-旋轉(zhuǎn)盤;2-液壓馬達(dá);3-馬達(dá)固定架;4-拉板;5-頂板;6-滑動(dòng)座;7-翻轉(zhuǎn)支柱;8-翻轉(zhuǎn)油缸;9-升降油缸圖2 滑動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖

圖3為大扭矩增力機(jī)構(gòu)示意圖。大扭矩增力機(jī)構(gòu)由擺動(dòng)架、擺動(dòng)盤、擋板座、棘輪機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)油缸等組成。擺動(dòng)架固定在底座上，擺動(dòng)盤擺放在擺動(dòng)架通孔處且與通孔同心。棘輪機(jī)構(gòu)放置在擺動(dòng)盤上，擋板座焊接在棘輪上端面兩端，配合旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)棘輪。擺動(dòng)油缸一端固定在擺動(dòng)架上，活塞桿端固定在擺動(dòng)盤上，當(dāng)其往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)擺動(dòng)盤運(yùn)動(dòng)。擺動(dòng)盤往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，可以通過棘輪機(jī)構(gòu)中的頂塊轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪。卸蓋卡模有多種規(guī)格，根據(jù)所要拆裝的立柱的導(dǎo)向套進(jìn)行選擇，卸蓋卡模放置在棘輪的內(nèi)嵌入槽中。

1-擺動(dòng)油缸;2-擋板座;3-卸蓋卡模;4-棘輪機(jī)構(gòu);5-擺動(dòng)盤;6-擺動(dòng)架圖3 大扭矩增力機(jī)構(gòu)示意圖

圖4為固定夾緊油缸的示意圖。固定夾緊機(jī)構(gòu)由兩個(gè)固定夾緊油缸組成,它固定在擺動(dòng)架內(nèi)的墊板上。固定夾緊油缸由導(dǎo)向法蘭、活塞桿、缸筒、導(dǎo)桿、橡膠墊等構(gòu)成。導(dǎo)向法蘭和導(dǎo)桿的作用是保證活塞桿直線運(yùn)動(dòng),活塞桿頭的橡膠墊的作用是在夾緊立柱時(shí)防止缸體表面刮傷。

1-橡膠墊;2-活塞桿;3-導(dǎo)向法蘭;4-缸筒;5-導(dǎo)桿圖4 固定夾緊油缸示意圖

圖5為升降托架機(jī)構(gòu)的示意圖。升降托架機(jī)構(gòu)由升降架和提升油缸組成。提升油缸缸底固定在底座下表面，活塞桿頭固定在升降架兩端。缸底卡模有多種規(guī)格，根據(jù)所要拆裝的立柱選擇。缸底卡模和升降架接觸部分設(shè)計(jì)成類似聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)連接在一起[5-6]。

1-提升油缸;2-缸底卡模;3-升降架圖5 升降托架機(jī)構(gòu)示意圖

2 拆裝機(jī)工作原理

通過升降油缸和提升油缸確定被拆裝立柱的夾緊部位，再由固定夾緊油缸夾緊。固定夾緊機(jī)構(gòu)主要起到對(duì)中、定位的作用。當(dāng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，主要依靠升降架和缸底卡模抱緊卡死產(chǎn)生扭矩。

立柱缸筒在固定夾緊油缸和缸底卡模對(duì)中抱緊卡死后，用卸蓋卡?？劬o立柱的導(dǎo)向套，卸蓋卡模由若干內(nèi)支凸肩和兩個(gè)外支凸肩制成，可將其直接與旋轉(zhuǎn)盤接合轉(zhuǎn)動(dòng)，或?qū)⑵溲b在棘輪盤的嵌入槽內(nèi)，滑動(dòng)座向下滑動(dòng)，旋轉(zhuǎn)盤與棘輪盤上的擋板座接合時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，向嵌入在棘輪盤內(nèi)的卸蓋卡模輸出扭矩，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向套。

旋轉(zhuǎn)盤為空心結(jié)構(gòu)，便于將立柱的前端活柱導(dǎo)入。旋轉(zhuǎn)盤配合擋板座帶動(dòng)棘輪盤內(nèi)的卸蓋卡模即可拆下導(dǎo)向套，對(duì)銹死的導(dǎo)向套要啟動(dòng)大扭矩增力機(jī)構(gòu)。大扭矩增力機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)油缸往復(fù)推拉，帶動(dòng)擺動(dòng)盤往復(fù)擺動(dòng)，從而利用頂塊轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)。大扭矩增力機(jī)構(gòu)在擺動(dòng)油缸的作用下產(chǎn)生強(qiáng)大的推力，扭松螺紋后再用液壓馬達(dá)迅速旋出導(dǎo)向套[9]。

3 立式拆裝機(jī)主要特點(diǎn)

1) 為了使立柱以直立的方式拆裝，解決臥式拆裝時(shí)所產(chǎn)生的問題，底座上設(shè)計(jì)一通孔，且與動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)、大扭矩增力機(jī)構(gòu)和升降托架機(jī)構(gòu)在同一軸線上。

2) 拆裝立柱時(shí)需使用與立柱配套的卸蓋卡模和缸底卡模。固定夾緊機(jī)構(gòu)和安置在升降機(jī)構(gòu)上的缸底卡模共同實(shí)現(xiàn)將立柱對(duì)中、抱緊的功能，解決了臥式拆裝時(shí)軸線不對(duì)中的問題。固定夾緊機(jī)構(gòu)的固定夾緊油缸前端放置橡膠墊，以解決立柱拆裝時(shí)缸體刮傷的問題。

3) 設(shè)計(jì)使用液壓傳動(dòng)來拆裝立柱。利用動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)中的液壓馬達(dá)和大扭矩增力機(jī)構(gòu)中的棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)向套拆裝的功能。一般情況下，使用液壓馬達(dá)進(jìn)行導(dǎo)向套的拆裝，可以靈活調(diào)定導(dǎo)向套扭矩；當(dāng)遇到腐蝕嚴(yán)重的導(dǎo)向套時(shí)，啟動(dòng)大扭矩增力機(jī)構(gòu)，配合液壓馬達(dá)進(jìn)行拆卸。

4 立式拆裝機(jī)工作過程

以雙伸縮立柱為例：

1)裝配立柱。利用翻轉(zhuǎn)油缸將翻轉(zhuǎn)支柱翻轉(zhuǎn)一定的角度，使立柱順利放入座體內(nèi)。將缸底卡模裝在升降架內(nèi)，將立柱的外缸放入，提升油缸上下推拉確定夾緊位置，用固定夾緊油缸夾緊。外缸螺紋口上涂抹潤滑油，起吊中缸對(duì)準(zhǔn)外缸孔口的位置放入。重復(fù)以上操作將活柱放入中缸筒內(nèi)。將翻轉(zhuǎn)支柱豎直，人工套上外缸導(dǎo)向套，裝上對(duì)應(yīng)的卸蓋卡模，滑動(dòng)座向下滑動(dòng)壓緊活柱，旋轉(zhuǎn)盤配合擋板座旋緊外缸導(dǎo)向套。人工套上中缸導(dǎo)向套，重復(fù)以上操作旋緊中缸導(dǎo)向套。最后松開固定夾緊油缸，使翻轉(zhuǎn)支柱翻轉(zhuǎn)一定的角度，起吊立柱完成裝配操作。

2)拆卸立柱。選擇對(duì)應(yīng)型號(hào)的卸蓋卡模及缸底卡模進(jìn)行裝配，將翻轉(zhuǎn)支柱翻轉(zhuǎn)一定的角度，起吊立柱放入座體孔中。將翻轉(zhuǎn)支柱豎直，用固定夾緊機(jī)構(gòu)和升降托架機(jī)構(gòu)確定夾緊位置，對(duì)中并抱緊卡死。將卸蓋卡模裝在中缸導(dǎo)向套上，利用滑動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊活柱，旋轉(zhuǎn)盤配合擋板座旋松中缸導(dǎo)向套并壓緊中缸，吊離活柱，重復(fù)以上操作將外缸導(dǎo)向套旋松，依次吊走中缸和外缸，完成拆卸操作。若導(dǎo)向套螺紋處銹死，液壓馬達(dá)無法拆卸，啟動(dòng)大扭矩增力機(jī)構(gòu)，當(dāng)扭松螺紋后再重復(fù)以上操作旋出導(dǎo)向套，完成拆卸操作。

5 結(jié)論

1) 該立式拆裝機(jī)改變了傳統(tǒng)臥式的拆裝方式，通過站立的方式對(duì)立柱進(jìn)行了拆裝。

2) 擬解決立柱臥式拆裝時(shí)因自重力作用無法對(duì)中，從而導(dǎo)致拆裝導(dǎo)向套難以操作，導(dǎo)向套螺紋損壞，缸體拉傷，密封件壓壞等問題。

3) 改變了人工拆卸方式，利用液壓裝置進(jìn)行拆裝。液壓馬達(dá)可以靈活調(diào)定導(dǎo)向套扭矩，并且可以通過大扭矩增力機(jī)構(gòu)拆卸銹死的導(dǎo)向套。

總之，該立式拆裝機(jī)通過實(shí)際應(yīng)用,不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,而且使拆裝立柱的質(zhì)量得到提高,提高了工作效率。