三臂凿岩台车翼式臂座销轴拔出工艺研究

2022-10-14李兆楠周桂生陈岚经彭

凿岩机械气动工具 2022年3期

李兆楠，周桂生，陈岚，经彭

（徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏徐州 221000）

0 引言

近年来随着工程机械行业市场细分愈加专业化，各门类专用设备的开发得到了蓬勃发展，凿岩台车已广泛应用于公路、铁路、水利、矿山和国防工程建设中，成为地下工程、矿山采掘、公路隧道、铁路隧道施工中不可或缺的机械设备[1]。三臂凿岩台车的使用通常以租赁为主，这样就对设备的维修提出了更高的要求。与设备本身的快速化发展相比，设备维修技术的研究和应用却发展极为缓慢。由于凿岩台车设备各部件的连接以栓接和销接为主，因此凿岩台车设备的维修更多的是拆卸销轴。通常情况下，构件之间的销接处在一个相对敞开的环境下，这种工况下拆卸销轴，使用一些工具，甚至采用半破坏性的手段还是可以将销轴拔出的。在一些特殊工况下，有一种销轴长期服役在一端封闭的环境下，这种结构形式下销轴的拔出至今还没有一种好的拆卸方法。

1 三臂凿岩台车简介

三臂凿岩台车是一种采用钻爆法施工的专用液压凿岩设备，是目前世界上隧道和地下硐室钻爆法施工中最先进的凿岩设备，具有施工效率高、作业面积大、施工环境好、适用范围广、工人劳动强度低等优势[2]。

三臂凿岩台车主要用于矿山开采、隧道及地下工程,移动方便，可以同时支持三台液压凿岩机凿孔，作业覆盖面积大，钻孔直径范围为43～102 mm，可进行钻爆孔、锚杆孔、掏槽孔、超前灌浆孔、管棚施工、装药、安装锚杆、灌浆以及安装风管等作业，开挖断面20～181 m2，工作环境温度-20～50℃[3]。三臂凿岩台车总体构成见图1。

图1 三臂凿岩台车总体构成

2 翼式臂座结构介绍

翼式臂座作为连接车架和钻臂的执行机构，下方使用两组螺栓安装在前车架上，上方安装三个钻臂和一个作业平台，通过左右各两个四级油缸的伸缩，达到扩展及收缩的作用，兼顾覆盖性能及通过性。翼式臂座由翼式臂座中心座、左上臂、右上臂、左下臂、右下臂、拉杆组件、托架、臂架开合油缸等部件组成，其主要功能是增大钻臂的覆盖范围。翼式臂座[4]组成示意图见图2。

图2 翼式臂座组成示意图

3 销轴传统拔出方法和存在难题

受限于产品结构设计，在一些特定的产品结构中，连接销轴必须装入封闭结构，比如：上臂和拉杆的连接即为这种结构形式，见图3。通常情况下连接形式多为过渡配合，装配时通常采用外力压入，根据配合精度要求，个别情况下也采用冷装方法，考虑到材料本身的弹性变形因素，销轴在安装过程中以及装入以后，轴孔结合接触压力增大。由于连接件一端为封闭式结构，装入的销轴很难拔出；再加上设备长时间使用当中，销轴受力变形、连接件内应力释放会造成销孔的变形，销轴与连接件发生锈蚀后销轴更难以拔出。目前，销轴拔出方法通常有以下三种：一是在连接件的封闭端开一个稍大于销轴直径的孔，利用直径和销轴相同的棒料穿入此孔，使用紫铜棒之类重物撞击该棒料将销轴拔出，最后采用焊接盖板的方法封堵连接件；二是在连接件的敞开端沿销轴直径气割孔，使用分体式液压钳夹紧销轴，拖拽拔出销轴；三是采用机加工方法，如钻削、镗削等方法将销轴加工掉。第一种方法在撞击过程中不可避免会造成连接件的弯曲变形，影响整机的结构性能，而且在撞击时为了尽量对准销轴中心孔，往往需要人扶着棒料，容易造成人身意外伤害。再者，在连接件外面封堵盖板也会影响连接件的外观质量和整体强度。第二种方法需要使用专用设备，且当销轴直径大于400 mm 时难以找到合适的液压夹钳完成拆解，再者破坏了连接件的销孔，容易造成连接件的报废。第三种方法需要依赖机床实现，对于大多数连接件在大多数工况下不具备可操作性。

图3 上臂和拉杆连接结构图

4 新型销轴拔出工艺方法

基于以上问题，笔者探索一种新型的销轴拔出方法，对于一端敞开另一端封闭的结构尤其适用。工艺流程如图4 所示，该拔出方法包括如下步骤：

图4 销轴拔出工艺流程图

首先采用热加工，沿销轴轴线开设中心通孔。热加工手段为燃烧氧熔棒、气割法或激光或电子束，热加工过程中，销轴通孔外部区域将发生径向热膨胀，对连接件产生压应力，将销轴与销孔之间的锈蚀点挤压出去。在本实例中，使用燃烧的氧熔棒在销轴上沿中心线烧穿一个直径为25 mm 的中心通孔，其中氧熔棒直径为13 mm，长度为500 mm，加工后的销轴结构示意图如图5 所示。氧熔棒是一种气割工具，在氧气的助燃下可产生3600℃高温，从而实现穿孔（钻孔）。和气割法与激光或电子束等热加工方法相比，氧熔棒钻孔会更方便，适用性更广泛，一般在野外和偏远地带维修设备，氧熔棒更容易操作。

图5 新型销轴拔出方法

其次冷却销轴。由于中心通孔为通孔结构，其冷却可以为自然冷却，效果较好的冷却方式为往中心通孔中灌入冷却液或通入冷却气体，冷却到常温即可。操作过程中，销轴在冷却过程中会形成不同温度梯度，中心位置初始温度高，冷却收缩速度也快，从而带动径向区域向内逐层收缩，由于中心通孔足够大，销轴的收缩具有足够的自由度和收缩空间。销轴冷却收缩极大地减小了与销孔的间隙，冷却到一定程度甚至改变了轴孔的配合形式，形成间隙配合，使销轴容易拔出。

将螺柱与销轴露出端螺纹连接，销轴挡板穿在螺柱上，螺柱外端用螺母固定；销轴外露端内可以借用原来的螺纹连接孔，如果没有，则可以新开设。在销轴冷却收缩的同时，将双头螺柱穿过销轴挡板后拧入销轴，同时将螺母拧入固定住销轴挡板。

利用机械或液压手段或敲击法拔出销轴。采用紫铜棒等重物敲击销轴挡板，反复多次震动，由于冷却过程增大了销轴和销孔的配合间隙，在敲击震动销轴挡板过程中，承受的压力较小，销轴拔出过程比较安全。为了使销轴更快拔出，可使用千斤顶或其它液压手段冲击销轴挡板。千斤顶或液压手段更适用于连接件表面为平面的条件，将千斤顶的底座或液压支架平靠在连接件上，摇动摇杆或启动电机，使千斤顶或液压支架起升顶到销轴挡板上。设置销轴挡板和螺柱是作为辅助件，用于敲击或千斤顶或液压方式拔出时的着力点。

本方法实施过程仅破坏销轴局部结构，连接件的强度几乎不受影响，销孔的精度也不会受到破坏，完全可以满足构件的二次装配。