矿山用液压整形机的研制及应用

（1、河南省平顶山天安煤业股份有限公司五矿；2、河南省平顶山市理工学校）

采用已有立柱QY200-14/31 型的液压控制系统，根据U 型钢棚维修和加工卡缆的需要，分别改制出卧式WY-100 和立式LY-4 ×100 型液压压力机。经过两年的试用表明两台压力机运行正常，不仅提高了U 型钢棚复用数量和质量，降低了材料成本，极大的提高加工配套卡缆的效率。而且LY-4 ×100 型压力机安装在井下二水平老车厂，这样井下需修复加工的U 型钢棚就直接在井下进行，无需升井再入井，可节约运输费用，缓解付井提升紧张局面，经济效益明显。

1 压力机的结构及原理

利用液压传动提高生产效率，提高安全性和可靠性，MRB125/31.5C 型乳化液泵是卧式三柱塞往复泵，选用三相交流四极防爆电动机驱动，经一级齿轮减速，带动三曲拐曲轴旋转，再经连杆滑块带动柱塞，使柱塞作往复动作，这样使工作液在高压腔中经吸、排液阀吸入和排出，从而使电能转换成液压能，输出高压液体供支柱工作。原理图如下：

1、立柱；2、安全阀；3、单向阀；4、换向阀；5、加工工件胎具；6、油泵

MRB125/31.5MPa 型乳化液泵与XRXT 系列乳化液泵站、主要是为井下采煤液压支架提供动力源，也可用于地面及其他液压设备。MRB125/31.5MPa 型乳化液泵是卧式三柱塞往复泵，选用三相交流四极防爆电动机驱动，经一级齿轮减速，带动三曲拐曲轴旋转，再经连杆滑块带动柱塞，使柱塞作往复动作，这样使工作液在高压腔中经吸、排液阀吸入和排出，从而使电能转换成液压能，输出高压液体供支架工作。柱塞表面经喷涂合金处理，并具有良好的耐磨性。柱塞密封为软质填料结构多道密封。

1.1 压力机的组成

改制出的卧式WY-100 和立式LY-4 ×100 型液压压力机主要由定型设备和自制加工件组成，主要技术参数如下：

① 立柱（QY200-14/31） 初撑力81.4T，工作阻力100T

② 安全阀 额定调定压力500kg/cm2

③ 单向阀 开启压力0.03～0.05Mpa

④ 换向阀 选三位四通手动换向阀

⑤ 油泵 泵的额定工作压力31.5 ×108 Pa 额定流量125L/min

⑥ 加工工件胎具 选用45 号钢材

配套设备为乳化液泵站电机功率75KW。乳化液箱容积1000L。

1.2 运行原理

液压传动中采用液体作为传动介质来传递力和运动。主要有三个阶段：

（1）初撑阶段。换向阀处于伸长柱子位置上位；液压泵送来的高压液体经液控单向阀进入立柱下腔，立柱上腔排液，使支架立柱伸长胎具作用于工件（U 型钢）。当立柱下腔压力达到支架液压系统动力泵站工作压力后，换向阀切换至中位，单向阀关闭，立柱下腔油液被封闭，实现支架工作的初撑。

（2）承载阶段。支架支撑后，U 型钢工件产生弹性压缩变形，立柱下腔被封锁的液体压力随之迅速弹升，呈增阻状态，当立柱下腔油液压力超过安全阀的动作压力时，高压液体经安全阀溢出，低于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，呈恒阻状态。这一过程称为支架承载阶段，支架的承载载荷称为工作阻力。

（3）卸载阶段 换向阀处于回缩位即下位，高压液体进入立柱上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔排液，实现立柱卸载回缩，胎具离开工件完成加工过程。

经过以上设备部件的共同作用以液体为传动介质，液体没有固定的形状，但有一定的体积，所以这种传动必须在密封容器（QY-200 立柱和高压管）内进行，液体只能受压力，不能受其它应力，所以这种传动是靠受静压力的液体进行的。是基于物理学中"帕斯卡"原理来工作的。此设备的优点具有过载保护和无级变速。

综上所述：液压支架在伸长柱子，支撑到回缩柱子的三个过程中具有三性，即增阻性、横阻性和可缩性。

2 自制部件的设计与加工

利用已有油泵和立柱及电气开关、电机，液压系统这些设备，根据工作需要考虑加工件的尺寸及要求并通过力学分析自行研制生产了压力机机身，并自制了加工件胎具。

（1）机身加工尺寸

整个压力机机身即U 型棚加工框架的尺寸综合考虑了U 型棚的加工要求，立柱长度，胎具高度和井下实际情况及罐笼尺寸，最后定为1830mm ×1100mm ×2900mm（长×宽×高）。选用36 号工字钢和32 号工字钢做加工工件的支架。

工字钢选用32a 和36a 其中36a 用于工件支架的立体结构四根侧立梁，32a 工字钢则和36a 交叉横穿焊接并作为立柱和胎具的实施作用力的支撑面。

（2）胎具考虑井下使用U 型棚的实际情况按最小曲率半径1.3m，胎具尺寸根据井下U 型棚的使用尺寸选定为（800mm ×200mm ×300mm）加工面槽深120mm 由29U 的U型钢断面而定.这样能满足井下各种所需U 型棚的生产规格，大的曲率半径可压轻微一些不到最低位，由经验丰富的操作者控制阀柄。

以上为LY-4 ×100 压力机的尺寸设计。WY-100 加工卡缆的冷压机采用卧式架子节省材料消耗，操作方便，考虑工件小弯曲变形所需克服的应力小采用单一个立柱设计形式即可。尺寸设计为2300mm ×360mm ×600mm（长×宽×高）胎具结合卡缆情况自行设计加工。加工尺寸如下图:

(3)应力分析

制作加工工件支架的材料选择抗弯截面摸量Wz 与截面面积A 比值高的截面，抗弯截面模量是控制弯曲强度的一个重要因素，他的大小不仅与截面面积有关，而且与截面形状有关。用料的多少只决定于截面面积。比值Wz/A 大，说明在相同截面面积的条件下，抗弯截面模量大，也就是在用料相同的条件下，梁的承载能力高。从应力分布来说明，由于在中性轴附近的弯曲正应力值很小，若截面在中性轴附近面积大，则截面上大部分的应力远远低于许用应力，许多材料没得到充分的利用。综上所述考虑支架。

3 试验应用

使用新开发的液压压力机修复和加工的U 型钢棚及卡缆满足设计要求，提高了工作效率，产生了明显的经济效益。经实验证明回弹后能满足要求。（矿所用U型棚的曲率半径在2 米左右，所以可根据需要调整压弯的曲率度，即压力机上胎下行的位移。）

（1）U 型钢棚的加工

由于五矿现在开掘战线有11 个开掘队施工，两个综掘队。U 型棚使用过程中矿井压力大，部分U 型钢棚压弯、变形，部分巷道的U 型钢棚需要返修再利用。直接在井下进行修复一班可加工25 架，减少了矿井提升，再入井及装卸车人力和时间的浪费。

（2）卡缆的加工

五矿空气锤设备老化，于1958 年安装投运，其工艺复杂费时费工。在近几十年的服务过程中，一方面由于服务年限的增长，设备老化安全可靠性差，在卡缆的加工过程中经常出现故障;另一方面由于加工工艺需要进行入炉热处理，每炉只能装入50 个并需要90min 高温加热后才可锻打，然后还需要10h 的降温后方可进行下一道工序钻孔。每班只能出产成品50个，这样卡缆的加工数量已远远不能满足生产的需要，适应不了五矿现代化矿井建设的需要。使用经研制的冷压设备后平均每班生产600 个卡缆，并且只需两人操作即可，一人操做按钮，一人取放料物改善了作业环境，极大的提高了劳动效率。该项目得到集团专家的一致好评与认可。并通过了集团公司的认可，产生的经济效益和社会效益巨大，其成果可在平煤神马集团公司及其它矿井进行广泛的推广，前景广阔。

结论

（1）利用液压立柱改制成的卧式WY-100 和立式LY-4 ×100 型压力机加工修复U 型钢棚及配套卡缆在集团公司属首次。

（2）采用WY-100 型压机冷压取代空气锤锻造工艺加工卡缆，生产效率达到原来的12 倍。

（3）LY-4 ×100 U 型棚修复成型机，首次采用在井下直接加工，节省了升井回收，再加工，再入井这些工序和时间的浪费及劳动力的投入，改善了作业环境，缓解了付井提升和矿车供应的压力，同时提高了工作效率。

采用QY200-14/31 型液压支柱，自行设计、研制了卧式WY-100 型和立式LY-4 ×100 型压力机分别对卡缆进行冷加工和对U 型钢进行维修、复用，一方面可以提高我矿的U 型钢棚复用量，降低材料成本；另一方面也为配套卡缆的加工提高了效率，降低了材料消耗。它的研制成功更有利于安全，有利于生产，有利于增效的先进技术、设备及工艺，为提高劳动效率，降低生产成本，优化经济运行质量，实现全年各项奋斗目标做出积极贡献。

该项目已在开拓工厂院内和二水平老电车房安装并取得实验成功，使施工的进度加快，工程质量已达到优良品，提高了巷道的掘进速度。

[1]边海岸,戴双献.机械工程师[J].2007(07).

[2]徐燕申.机械设计[J].2001(7).