因井下惡劣的使用環(huán)境，升井的液壓支架立柱銹蝕嚴(yán)重，拆解難度巨大，需借助拆缸機(jī)進(jìn)行拆解檢修。研制一種立式拆缸機(jī)，利用液壓馬達(dá)驅(qū)動，能有效克服傳統(tǒng)的臥式結(jié)構(gòu)拆缸機(jī)噪聲大，占用面積大，強(qiáng)力拆卸時(shí)輸出扭矩小，在裝配過程中難找正的一系列弊端，有效促進(jìn)了安全高效生產(chǎn)。
一、研究的意義
礦區(qū)在用的ZZ13000/27/60D及ZY8800/18/38D液壓支架，立柱缸體內(nèi)徑均達(dá)到φ360mm，其導(dǎo)向套與缸體通過矩形螺紋連接，因井下惡劣的使用環(huán)境，立柱升井以后銹蝕嚴(yán)重，拆解難度很大。傳統(tǒng)的臥式拆缸機(jī)是由電機(jī)通過偶合器、減速器帶動卡盤轉(zhuǎn)動，此種拆裝機(jī)的弊端是噪聲大，占用面積大，強(qiáng)力拆卸時(shí)輸出扭矩小，特別在裝配過程中，由于找正困難，極容易因此而破壞密封件。而本項(xiàng)目的研究旨在解決以上相關(guān)弊端的基礎(chǔ)上，優(yōu)化拆解流程，提高操作可靠性，降低工人勞動強(qiáng)度。
二、內(nèi)容、思路及技術(shù)方案
1. 內(nèi)容
包括拆缸機(jī)傳動機(jī)構(gòu)、缸體固定機(jī)構(gòu)、機(jī)架、托架、液壓泵站系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，見圖1。
圖1 立式拆缸機(jī)
2.總體思路
采用立式結(jié)構(gòu)，機(jī)架上設(shè)計(jì)導(dǎo)軌，通過升降油缸、鋼絲繩、定滑輪結(jié)構(gòu)帶動傳動機(jī)構(gòu)上下移動，為安全起見，需在導(dǎo)軌下方設(shè)置限位塊。傳動機(jī)構(gòu)動力由電機(jī)驅(qū)動液壓馬達(dá)提供，通過控制閥組可實(shí)現(xiàn)無級變速，同時(shí)，為破除嚴(yán)重“銹死”缸體“第一把勁”，可借助棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，利用兩根擺動油缸提供強(qiáng)大扭矩。為保證缸體吊運(yùn)方便，需設(shè)計(jì)一種可移動托架裝置，該裝置上還需有缸體固定機(jī)構(gòu)。
圖2 傳動機(jī)構(gòu)原理圖
3.技術(shù)方案
1) 傳動機(jī)構(gòu)
本項(xiàng)目傳動機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、棘爪盤、兩個(gè)擺動液壓缸及擺動缸托架等構(gòu)成，見圖2。其工作原理是：當(dāng)拆缸時(shí)，操作控制閥組，左缸伸出、右缸縮進(jìn)，在左右缸的帶動下，棘爪盤將逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，同時(shí)，棘爪盤帶動棘爪推動棘輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，進(jìn)而通過卡盤帶動立柱導(dǎo)向套旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度；之后，操作控制閥組，右缸伸出，左缸縮進(jìn)，在左右缸的帶動下，棘爪盤、棘爪將順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，此時(shí)棘爪在棘輪上走空程；然后再操作控制閥組，左缸伸出、右缸縮進(jìn)，如此往復(fù)，當(dāng)立柱導(dǎo)向套旋轉(zhuǎn)兩扣左右后，撥出棘爪，即可通過液壓馬達(dá)提供拆卸動力。當(dāng)裝缸時(shí)，通過液壓馬達(dá)反向轉(zhuǎn)動將導(dǎo)向套擰緊，其最大旋轉(zhuǎn)扭矩通過安全閥進(jìn)行控制，防止壓毀密封圈。
本項(xiàng)目傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖3，液壓馬達(dá)選用ELMB-75型掘進(jìn)機(jī)行走馬達(dá)，輸出軸在原有軸基礎(chǔ)上進(jìn)行改制，采用推力球軸承和深溝球軸承配合使用的方法有效支撐輸出軸自重并最大程度降低輸出軸與托架間的摩擦損失。為穩(wěn)定、可靠地傳遞扭矩，輸出軸與棘輪裝置之間通過平鍵連接，棘輪裝置與撥桿裝置之間通過定位銷、高強(qiáng)度螺栓連接。同時(shí)，為增加強(qiáng)力拆卸時(shí)輸出扭矩，本拆缸機(jī)擺動缸（見圖2）選用ZZ7600/18/38型液壓支架推移千斤頂進(jìn)行改制。
圖3 傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
2）缸體固定機(jī)構(gòu)
在本拆缸機(jī)的托架裝置上還設(shè)置了缸體固定機(jī)構(gòu)（見圖4），以限制在拆卸或裝配導(dǎo)向套時(shí)缸體可能發(fā)生的轉(zhuǎn)動。該缸體固定機(jī)構(gòu)主要由夾板固定端、活動端、夾板缸、齒形塊及組焊框架構(gòu)成。兩側(cè)夾板采用不同度的鋼板疊焊而成以增加其厚度，在兩側(cè)夾板上分別設(shè)計(jì)可更換式防滑齒形塊，夾板缸選用ZZ7600/18/38型液壓支架底調(diào)千斤頂進(jìn)行改制。圖4所示中所有不規(guī)則形狀的板材均采用火焰切割機(jī)編程下料。
圖4 缸體固定機(jī)構(gòu)
3） 機(jī)架
ZZ13000/27/60D液壓支架立柱全部收回后，長度為2491mm，為滿足拆卸要求，本立式拆缸機(jī)設(shè)計(jì)高度為4700mm。為實(shí)現(xiàn)整機(jī)轉(zhuǎn)移、增加整體強(qiáng)度，機(jī)架在高度方向共分成兩段，之間通過4件φ40定位銷與46只M20高強(qiáng)度螺栓連接，框架部分由δ20、δ30鋼板（16Mn）組焊而成。在機(jī)架正面通過螺栓固定了兩列燕尾式導(dǎo)軌，下方設(shè)置限位塊。機(jī)架內(nèi)部焊接油缸耳板，固定傳動機(jī)構(gòu)升降缸及托架機(jī)構(gòu)推拉缸，其中升降缸選用ZZ7600/18/38型液壓支架伸縮千斤頂改制。在機(jī)架頂部焊接兩件前挑梁，4件定滑輪通過銷軸與其連接。
4） 托架
本拆缸機(jī)托架為可移動型，由導(dǎo)軌、推拉缸、1700mm護(hù)欄等構(gòu)成，缸體固定裝置就是坐于托架之上。托架導(dǎo)軌也是采用燕尾式，推拉缸選用ZZ7600/18/38型液壓支架伸縮千斤頂，作用是實(shí)現(xiàn)托架的整體移動，1700mm護(hù)欄采用175型礦用工字鋼組焊，作用是防止立柱缸體傾倒。
5） 液壓泵站系統(tǒng)
本拆缸機(jī)液壓系統(tǒng)共分為兩路，所有千斤頂配有液壓雙向鎖，由車間乳化泵供液；液壓馬達(dá)由獨(dú)立液壓泵站供液，整套泵站系統(tǒng)借用凱盛EBZ160型掘進(jìn)機(jī)泵站，見圖5泵站液壓系統(tǒng)圖。
圖5 泵站液壓系統(tǒng)圖
三、主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)分析
1. 采用立式結(jié)構(gòu)，方便找正
很大程度上避免了裝配過程中密封件損壞現(xiàn)象，同時(shí)，立式結(jié)構(gòu)整體更緊湊，占用面積較小。
2. 采用液壓馬達(dá)提供動力
有無級變速、過載保護(hù)、降低噪聲、軟連接等優(yōu)點(diǎn)，特別說明的是，在此拆缸機(jī)中選用了變量軸向柱塞泵與負(fù)載敏感比例換向閥，實(shí)現(xiàn)以負(fù)載的需要來提供流量和壓力，最大限度節(jié)省能耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱。
3. 傳動機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)成燕尾式
在起到軌道作用的同時(shí)，能有效控制傳動機(jī)構(gòu)橫向竄量，為安全、可靠拆裝缸提供有力保障。
4. 傳動機(jī)構(gòu)中擺動缸推動力更大
選用ZZ7600/18/38型液壓支架推移千斤頂改制，缸體增粗，從而推動力更大，能有效滿足嚴(yán)重“銹死”缸體的拆卸要求。
5. 防滑齒形塊設(shè)計(jì)成可拆卸式
缸體固定機(jī)構(gòu)中可拆卸式的防滑齒形塊設(shè)計(jì)，為長期使用造成磨損后更換提供方便，也很大程度提高了整機(jī)的完整性。
四、與同類技術(shù)比較
1. 與傳統(tǒng)的臥式比較
立體結(jié)構(gòu)更容易找正，能有效避免裝配過程中密封件損壞現(xiàn)象，同時(shí)，立式結(jié)構(gòu)整體更緊湊，占用面積相對于臥式而言要小很多。
2. 與傳統(tǒng)拆缸機(jī)比較
傳統(tǒng)拆缸機(jī)選用電機(jī)、減速器的結(jié)構(gòu)輸出動力，有功耗大、噪音大、無法變速等弊端，本拆缸機(jī)選用液壓馬達(dá)提供動力，能實(shí)現(xiàn)無級變速、過載保護(hù)、降低噪聲且易于操作。
3. 與傳統(tǒng)的齒輪泵、柱塞泵比較
本拆缸機(jī)泵站系統(tǒng)借用凱盛EBZ160型掘進(jìn)機(jī)泵站，變量軸向柱塞泵與負(fù)載敏感比例換向閥的搭配使用，實(shí)現(xiàn)了以負(fù)載的需要來提供流量和壓力，與傳統(tǒng)的齒輪泵、柱塞泵比較，能最大限度節(jié)省能耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱。
4. 與傳統(tǒng)拆缸機(jī)的小缸體擺動缸比較
本拆缸機(jī)傳動機(jī)構(gòu)中擺動缸選用ZZ7600/18/38型液壓支架推移千斤頂改制，缸體內(nèi)徑達(dá)到φ180mm，與傳統(tǒng)拆缸機(jī)的小缸體擺動缸比較，能提供足以拆卸嚴(yán)重“銹死”缸體的“強(qiáng)大動力”，避免了因推動力不夠無法拆卸，依靠火烤所帶來的破壞性。
五、工程應(yīng)用情況及實(shí)施效果
本拆缸機(jī)已于2012年10月研制成功，目前正在設(shè)備維修綜修車間投入使用，效果良好。
六、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益分析
1. 經(jīng)濟(jì)效益分析
自本拆缸機(jī)投入使用以來，設(shè)備維修公司共檢修ZZ13000/27/60D及ZY8800/18/38D液壓支架立柱共1933根，如果外委修復(fù)的話，每根的修理費(fèi)用大概是8000元，那么，總的修理費(fèi)用即為：8000×1933=1546.4萬元。
而借助本拆缸機(jī)進(jìn)行自主修復(fù)，我們實(shí)際發(fā)生的費(fèi)用為：1119.1萬元。
綜上所述，本拆缸機(jī)投入使用三年以來，為公司節(jié)省1546.4-1119.1=427.3萬元。
2. 社會效益分析
本拆缸機(jī)投入使用以后，所有大缸徑立柱均實(shí)現(xiàn)自主檢修，主要?jiǎng)?chuàng)造以下幾點(diǎn)社會效益：
（1）自主檢修能根據(jù)設(shè)備具體使用情況制定檢修方案，避免了外委修理單位99%更換零配件，在一定程度上避免了社會資源的浪費(fèi)。
（2）自主檢修能有效避免外委修理過程中的運(yùn)輸費(fèi)用浪費(fèi)。
（3）本拆缸機(jī)研制成功，很大程度上提高了設(shè)備維修公司對大缸徑立柱的檢修水平，為公司自動化、信息化礦山建設(shè)提供了強(qiáng)勁的“后勤”保障。
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