矿用移动式液压支架销轴拆装设备的设计分析

王宇军

（潞安化工集团余吾煤业公司， 山西 长治 046103）

引言

目前，由于采煤技术不断进步，推动了综采技术的发展，同时液压系统在综采技术方面扮演着非常重要的角色，因此导致液压支架维护率也逐渐升高。通过对某煤矿进行调研发现，每年需要维护的液压支架的数量可以达到400 架。在对液压支架进行维护时，变形结构的四杆机构以及相应的连杆销轴拆除比较困难。

图1 表示支架顶梁连杆、底座以及相应的掩护梁的连接形式。其中，每个单元质量达到100 kg。在井下支架工作时间比较长，从而导致部件的联动单元出现腐蚀的现象，传统的拆除往往选用甩锤的形式进行操作，可是该方式需要有四个人员进行操作，其中两个工作人员需要配合连续不断地将甩锤沿导杆急速甩动，对导杆上的螺纹接头进行锤击。而另外两个工作人员需要使用吊带以及横梁把销轴抬出来，从而防止销轴出现锤卡现象而不能拔出来。由此看出该过程拆卸需要花费较大的劳动强度以及拆卸效率相对较低。

图1 中的 1、2、3、4、5、6 分别表示连接销轴 1、2、3、4、5、6，在按照销轴时通常需要三个工作人员协同才可以完成[1]。

图1 支架顶梁连杆、底座以及相应的掩护梁连接销轴位置图

工作流程如下，首先由工作人员使用吊带把销轴绑紧，接着使用行车将销轴吊起来；其中一个工作人员可以指挥行车把销轴孔对正，另外两个人使用大锤安装销轴。该方法往往需要较大的劳动强度，同时工作效率也比较低。为此需要开发出一种可移动的液压支架销轴拆除工具。

1 移动式液压支架销轴拆装设备结构特点及原理

图2 表示相应的整体移动式液压支架销轴拆装设备结构图。

图2 销轴拆装设备整体结构示意图（单位：mm）

该设备在运行过程中，需要选用Φ30 圆钢作为导轨。与此同时，在设备的底端设置滚轮，这样保证其可以在导轨上面移动，从而能够使得工作过程有条不紊。通常在使用千斤顶时，可以选用车架以及相应的销轴辅助，这样能够有效地提高调节销轴以及液压支架之间的距离，进而能够有效地保证安装顺利，下页图3 表示相应的销轴拆装架，在运动导轨为上下运动的侧柱子，其一端与液压马达相连接，通常传动单元可以选用皮带以及皮带轮，这样可以把输出动力传递给丝杠，进而可以带动丝杠传动。丝杠转动的过程中可以带动销轴安装架导轨做上下运动，从而实现调节高度的作用。在丝杠位置设置有自锁功能，进而可以有效地防止销轴出现坠落的现象。

图3 皮带转动部分示意图

在安装销轴时，通常需要工作人员把销设置在销轴拆装架上面。假如仅仅需要人工操作，那么至少需要2 个人员相互配合才可以将销轴放置在拆装架子上面。为了能够有效地解决安装问题，通常可以在设备上面选用1 个半自动的安装肩，如图4 所示。这时可以将千斤顶设置在钢管内部，其中钢管的最大提升高度可以达到400 mm。在拆装时，可以将拆除的销轴放置在固定的位置，紧接着可以拆除其他的销轴。在实施安装时，可以借助转轴装置实现有次序的安装，使用机械手将销轴抬起同时借助销轴的重力将销轴装夹牢固，因此可以大大降低装配工人的劳动强度。

图4 安装臂

图5 表示相应的销轴拆装架，通常借助在丝杠上面丝杠螺母可以实现自由的运动，进而可以有效地控制销轴的拆装高度。在该环节使用千斤顶可以将销轴拔出或者推入。销轴在拆装时，通常销轴往往会凸显一部分螺纹孔，这时仅仅使用合适的螺纹即可实现挂钩。

图5 液压支架销轴拆装架

假如螺纹孔并未损坏，通常可在销轴一端焊接一个挂钩，这样可以使得千斤顶与销轴进行连接，从而能够有效地保证销轴拆装顺利。

在拆装设备时，能够满足不同的型号的液压支架实现调节拆装高度，最大的高度在1 560 mm。与此同时，在使用该设备时不需要增加液压泵站，其可以借助车间普通的液力泵站即可提供动力，实现销轴的拆装。

2 设计技术关键

技术核心在于能够能否设计出符合大型销轴拆装传动机构的千斤顶。

2.1 传动机构的选择与设计

在传动机构选择时，通常需要选用如下几个方面的单元：液压马达、皮带轮、丝杠、丝杠螺母等。

首先依据摇臂钻床丝杠提升速度为0.03 m/s，由于销轴提升单元以及相应的销轴总质量为300 kg，忽略相关阻力因素，经过计算可以得到功率P1=FV=300 kg×9.8 m/s2×0.03 m/s=88.2 W。

相应的传动装置总效率计算公式如下所示：

式中：ηhm为相应的液压马达的效率，取 0.69；ηvh为相应的V 带的效率，取0.96；ηsr为相应的丝杆的效率，取 0.30；ηb为相应的轴承的效率，取 0.99。

将数值代入公式可得：η=0.194。

由此可以得到需液压马达功率P=P1/η=88.2 W/0.194=454.6 W。

依据上述计算以及车间马达的型号，选定液压马达技术参数如下：额定工作压力设定为10 MPa，额定转速设定为500 r/min，排量设定为100 mL/r，额定输出功率设定为6.2 kW，总效率设定为69%。

丝杆的转速计算如下：i=nsr/nhm=DbⅡ/DbⅠ=80/210，nsr=inhm=190.48 r/min。

2.2 千斤顶的选择与设计

销轴拔出与装入具有差异性，当销轴转入之后，首先把两个结构件孔进行对正，接着把销轴压入，该动作并不需要过大的压力。可当拔出销轴时，因其质量比较大以及在使用的过程中出现一定程度的弯曲，因此在拔出时需要较大的阻力。同时由于液压支架出现轻微的变形，导致四连杆机构2 个结构件安装孔不同心，当销轴拔出之后，需要有足够大的拉力才可以将其拔出。由此可以看出，千斤顶的液压缸拉力Ft远大于销轴拔出时所受摩擦力Fn。

对销轴拔出的受力情况，其主要由顶梁自身重力所产生的摩擦力，查阅文献可以发现钢与钢处于无润滑的状态下摩擦因子μ=0.15，由此可以得到：

式中：n 为系数，n=10；Fn=52 kN。将数值代入公式可得：Ft=78 kN。

式中：Ft为相应的液压缸拉力，kN；P2为相应的工作压力，10 MPa。将数值代入公式可得：A2=0.00 78 m2。

式中：A2为相应的液压缸有杆腔作用面积，取0.007 8 m2；d 为相应的缸径，取0.07 m。将数值代入公式可得：D=0.099 9 m=0.1 m。

通过上述计算可以得到：销轴直径取值为Φ149，长度取值为490，相应的选择千斤顶行程取值为500 mm。千斤顶技术参数：缸径/活塞杆径取值为100 mm/70 mm；工作压力取值为10 MPa；拉力取值为78 kN。

3 安装使用情况

经过在工况条件下应用新型高效可移动液压支架销轴拆装机构发现，要想液压支架能够在支架两侧同时工作，必须保证液压支架按照同一个方向排列，与此同时拆装销轴时需要两个工作人员操作，同时由一台设备参与作业。

4 结论

经过工程实践发现，该销轴拆装设备具有如下特点：

1）结构简单，便于工作人员操作，其不仅能够节约大量的设计与采购成本，而且能够降低劳动强度。在维修的过程中，能够有效地提高维修支架的工作效率，不仅可以有效地降低维修人员的工作强度，而且能够提升工作效率。

2）该设备可以满足不同类型的液压支架，仅仅使用车间的普通液压泵既可以满足动力需要。