煤矿液压支架拔卡工具设计

摘要：煤矿生产中液压支架是极其重要的设备之一，在目前煤矿产能不断增加的形势下，液压支架维修配套任务显得尤为吃紧，而其维修全过程中解体环节庞大的液压管路拆解工作中，U型卡的拆解量巨大，传统的拆解方式虽然简单易行，但存在一定安全风险以及部分极限位置难以施力、拆解。故在满足拆解工艺技术的前提下，本文专门针对小型U型卡的拆解作业条件、方式方法，提出并设计了一款新颖、强劲的小型U型卡拔卸工具钳。

关键词：液压支架;拔卡钳;分步式;设计

0 前言

当前，随着我国经济的迅速发展和社会各业对各种能源需求量的不断增加，而我国目前主要的能源形式依然为煤炭资源，因此，煤矿产业及其配套设备维修企业存在较大的压力。同时，煤矿生产过程中的机械化进程也在不断增加，各种先进的机械设备、技术工艺、工具器具等应用其中来提高其自动化、高效化水平，降低其劳动强度、改善人机工程适应性程度。液压支架作为煤炭生产的重要支护设备，大采高液压支架更是高产、高效综合机械化采煤理想的工作面支护设备，其维修配套效率较为紧迫。针对目前大采高液压支架维修效率等问题，单从液压系统管路拆解方面考虑，小型卡类总量占管路拆解总量的80%以上，故需要对传统使用撬杠拆解U型卡的方式进行改进来提高其拆解环节安全性和高效性，并且在降低作业人员劳动强度、改善作业过程人机工程适应性方面都将有很大提升。

1 卡类传统拆解方式及其弊端

基于当前煤炭产能高，相应的液压支架接续配套量多，因此当前液压支架维修总数量多，其液压管路总量庞大、锈蚀严重且错综复杂等情况，U型卡的拔卸工作采用原始的榔头撬杠组合既费时又费力，敲、砸过程存在安全隐患，部分处于自由状态的管卡和垂直安装于部件表面的管卡，采用原始工具不易施力，拔取困难，当前亦有针对性的创新产品但效果皆不明显，问题亟待解决。

2 创新设计

针对原始的U型销拆卸工作过程弊端，以及部分已有的该类创新项目难以取得实效，不能真正投入应用。本方案设计了一款新颖、灵巧、轻便、高效、平稳、强力且拉拔范围广的拔卡工具钳，利用杠杆原理以及铰链四杆机构接近死点（极限）位置时获得的巨大的力，安全、高效、平稳地完成U型销的拆卸工作，事半功倍。通过研究测绘各类接头和U型卡形状、尺寸，精心设计钳头部位，以及与之配合的用于调节“档位”用以完成分步拉拔功能的可调节活动垫块，配合钳柄处的曲柄滑块机构完成“分步”功能，设计加长钳柄施力，获得大的力臂比（即获得大的力），配合铰链四杆机构接近死点位置理论上无穷大的力，此二力叠加，力大无穷，并配合微调螺旋机构（兼作拉杆）必要时刻进行微调，最终完成设计。如下图1，是位于两个工作位置时的总设计图，各零件间的位置关系可一目了然：

经过对液压支架组装、拆解所需各类U型卡进行详细测量，并利用CAD辅助制图软件，得出拔销钳钳头详细设计图，使其满足间于DN10-DN20以及KJ10-KJ19之间的包括DN10、DN12、DN16、DN20、KJ10、KJ13、KJ16、KJ19U共计8种U型卡的拆解任务，可完成液压管路约80%以上的拆解任务量。详细设计图如下图2所示：

如图3。相应的，根据钳头零件尺寸，加工出2件带凸台和沟槽的活动垫块，分别用连杆（连接片）、螺钉等使二者配合、安装到位，此相互配合的钳头和活动垫块，要求有较高的加工精度，二者可以完美贴合以及相互配合安装后转动灵活。

如图4所示，钳头设计有矩形空间（U型卡拔出时的通道），其沟槽设计使之与活动垫块凸台配合更平滑、可靠;活动垫块同样设计有矩形空间（U型卡拔出时的通道），其凸台设计，与钳头凹槽配合使得工作过程更加平滑、可靠。

3 分步式工作设计

如实物图5所示。为了获得足够大的拉拔力、兼顾该工具的整体体积不至于过大，且铰链四杆机构必须有大的力矩比，因此，导致微调螺旋机构（兼作拉杆）的单次行程受限，动作一次约可拔出20mm，不足以将过长的U型卡一次性拔出。基于此，配合钳头部位的活动垫块，在双手握住钳柄尾部时，利用大拇指推动位于钳柄上的滑块，经曲柄滑块机构迫使活动垫块转动90度后处于钳头端部，垫入经第一步拉拔后钳头与工件之间留出的约20mm的空间内，再次张合钳柄进行第二步施力拉拔，如此两步，U型卡被平稳拉拔拆卸。

基于该拉拔工具设计为强力缓和型，平稳拉拔后U型卡仍然被微调螺旋机构端部的勾头钩住，并无冲击、震动等不良现象，避免U型卡飞溅、弹射等，可直接予以回收。

4 结语

实践证明：设计组装后的分步式拔卡工具钳在达到高效、强力、快捷拆解U型卡的前提下完全避免了传统拆解过程冲击、震动、飞溅、弹射等弊端，不仅安全高效，而且极其省力，无需借助其他工具，仅需1人双手握住钳柄张合即可直接进行U型卡的拆卸工作。目前，本设计在国内外还属于空白阶段，如果得到推广引用，市场前景非常可观。

总之，随着科学的持续发展和技术的不断进步，各行各业都将趋于加强推进“四新”技术应用，而作为煤炭维修行业，该拔卡钳作为一款新型煤矿机械维修用工具类，不单可用于煤炭企业维修行业，在其他有液压管路、U型卡的机械设备上都可使用。该分步式拔卡工具钳在投入使用后也将接受各种考验并不断进行改进以紧跟社会发展步伐。

参考文献：

[1]孙桓 陈作模 葛文杰.机械原理[M].七版.北京：高等教育出版社，2006.

作者简介：刘波（1987- ），陜西榆林人，工程师，2010年毕业于陕西理工学院。现于陕煤集团神南产业发展有限公司工作，主要从事煤矿机电设备的管理与维修。