礦山用液壓整形機的研制及應用

（1、河南省平頂山天安煤業股份有限公司五礦；2、河南省平頂山市理工學校）

采用已有立柱QY200-14/31 型的液壓控制系統，根據U 型鋼棚維修和加工卡纜的需要，分別改制出臥式WY-100 和立式LY-4 ×100 型液壓壓力機。經過兩年的試用表明兩臺壓力機運行正常，不僅提高了U 型鋼棚復用數量和質量，降低了材料成本，極大的提高加工配套卡纜的效率。而且LY-4 ×100 型壓力機安裝在井下二水平老車廠，這樣井下需修復加工的U 型鋼棚就直接在井下進行，無需升井再入井，可節約運輸費用，緩解付井提升緊張局面，經濟效益明顯。

1 壓力機的結構及原理

利用液壓傳動提高生產效率，提高安全性和可靠性，MRB125/31.5C 型乳化液泵是臥式三柱塞往復泵，選用三相交流四極防爆電動機驅動，經一級齒輪減速，帶動三曲拐曲軸旋轉，再經連桿滑塊帶動柱塞，使柱塞作往復動作，這樣使工作液在高壓腔中經吸、排液閥吸入和排出，從而使電能轉換成液壓能，輸出高壓液體供支柱工作。原理圖如下：

1、立柱；2、安全閥；3、單向閥；4、換向閥；5、加工工件胎具；6、油泵

MRB125/31.5MPa 型乳化液泵與XRXT 系列乳化液泵站、主要是為井下采煤液壓支架提供動力源，也可用于地面及其他液壓設備。MRB125/31.5MPa 型乳化液泵是臥式三柱塞往復泵，選用三相交流四極防爆電動機驅動，經一級齒輪減速，帶動三曲拐曲軸旋轉，再經連桿滑塊帶動柱塞，使柱塞作往復動作，這樣使工作液在高壓腔中經吸、排液閥吸入和排出，從而使電能轉換成液壓能，輸出高壓液體供支架工作。柱塞表面經噴涂合金處理，并具有良好的耐磨性。柱塞密封為軟質填料結構多道密封。

1.1 壓力機的組成

改制出的臥式WY-100 和立式LY-4 ×100 型液壓壓力機主要由定型設備和自制加工件組成，主要技術參數如下：

① 立柱（QY200-14/31） 初撐力81.4T，工作阻力100T

② 安全閥 額定調定壓力500kg/cm2

③ 單向閥 開啟壓力0.03～0.05Mpa

④ 換向閥 選三位四通手動換向閥

⑤ 油泵 泵的額定工作壓力31.5 ×108 Pa 額定流量125L/min

⑥ 加工工件胎具 選用45 號鋼材

配套設備為乳化液泵站電機功率75KW。乳化液箱容積1000L。

1.2 運行原理

液壓傳動中采用液體作為傳動介質來傳遞力和運動。主要有三個階段：

（1）初撐階段。換向閥處于伸長柱子位置上位；液壓泵送來的高壓液體經液控單向閥進入立柱下腔，立柱上腔排液，使支架立柱伸長胎具作用于工件（U 型鋼）。當立柱下腔壓力達到支架液壓系統動力泵站工作壓力后，換向閥切換至中位，單向閥關閉，立柱下腔油液被封閉，實現支架工作的初撐。

（2）承載階段。支架支撐后，U 型鋼工件產生彈性壓縮變形，立柱下腔被封鎖的液體壓力隨之迅速彈升，呈增阻狀態，當立柱下腔油液壓力超過安全閥的動作壓力時，高壓液體經安全閥溢出，低于安全閥的動作壓力時，安全閥關閉，呈恒阻狀態。這一過程稱為支架承載階段，支架的承載載荷稱為工作阻力。

（3）卸載階段 換向閥處于回縮位即下位，高壓液體進入立柱上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔排液，實現立柱卸載回縮，胎具離開工件完成加工過程。

經過以上設備部件的共同作用以液體為傳動介質，液體沒有固定的形狀，但有一定的體積，所以這種傳動必須在密封容器（QY-200 立柱和高壓管）內進行，液體只能受壓力，不能受其它應力，所以這種傳動是靠受靜壓力的液體進行的。是基于物理學中"帕斯卡"原理來工作的。此設備的優點具有過載保護和無級變速。

綜上所述：液壓支架在伸長柱子，支撐到回縮柱子的三個過程中具有三性，即增阻性、橫阻性和可縮性。

2 自制部件的設計與加工

利用已有油泵和立柱及電氣開關、電機，液壓系統這些設備，根據工作需要考慮加工件的尺寸及要求并通過力學分析自行研制生產了壓力機機身，并自制了加工件胎具。

（1）機身加工尺寸

整個壓力機機身即U 型棚加工框架的尺寸綜合考慮了U 型棚的加工要求，立柱長度，胎具高度和井下實際情況及罐籠尺寸，最后定為1830mm ×1100mm ×2900mm（長×寬×高）。選用36 號工字鋼和32 號工字鋼做加工工件的支架。

工字鋼選用32a 和36a 其中36a 用于工件支架的立體結構四根側立梁，32a 工字鋼則和36a 交叉橫穿焊接并作為立柱和胎具的實施作用力的支撐面。

（2）胎具考慮井下使用U 型棚的實際情況按最小曲率半徑1.3m，胎具尺寸根據井下U 型棚的使用尺寸選定為（800mm ×200mm ×300mm）加工面槽深120mm 由29U 的U型鋼斷面而定.這樣能滿足井下各種所需U 型棚的生產規格，大的曲率半徑可壓輕微一些不到最低位，由經驗豐富的操作者控制閥柄。

以上為LY-4 ×100 壓力機的尺寸設計。WY-100 加工卡纜的冷壓機采用臥式架子節省材料消耗，操作方便，考慮工件小彎曲變形所需克服的應力小采用單一個立柱設計形式即可。尺寸設計為2300mm ×360mm ×600mm（長×寬×高）胎具結合卡纜情況自行設計加工。加工尺寸如下圖:

(3)應力分析

制作加工工件支架的材料選擇抗彎截面摸量Wz 與截面面積A 比值高的截面，抗彎截面模量是控制彎曲強度的一個重要因素，他的大小不僅與截面面積有關，而且與截面形狀有關。用料的多少只決定于截面面積。比值Wz/A 大，說明在相同截面面積的條件下，抗彎截面模量大，也就是在用料相同的條件下，梁的承載能力高。從應力分布來說明，由于在中性軸附近的彎曲正應力值很小，若截面在中性軸附近面積大，則截面上大部分的應力遠遠低于許用應力，許多材料沒得到充分的利用。綜上所述考慮支架。

3 試驗應用

使用新開發的液壓壓力機修復和加工的U 型鋼棚及卡纜滿足設計要求，提高了工作效率，產生了明顯的經濟效益。經實驗證明回彈后能滿足要求。（礦所用U型棚的曲率半徑在2 米左右，所以可根據需要調整壓彎的曲率度，即壓力機上胎下行的位移。）

（1）U 型鋼棚的加工

由于五礦現在開掘戰線有11 個開掘隊施工，兩個綜掘隊。U 型棚使用過程中礦井壓力大，部分U 型鋼棚壓彎、變形，部分巷道的U 型鋼棚需要返修再利用。直接在井下進行修復一班可加工25 架，減少了礦井提升，再入井及裝卸車人力和時間的浪費。

（2）卡纜的加工

五礦空氣錘設備老化，于1958 年安裝投運，其工藝復雜費時費工。在近幾十年的服務過程中，一方面由于服務年限的增長，設備老化安全可靠性差，在卡纜的加工過程中經常出現故障;另一方面由于加工工藝需要進行入爐熱處理，每爐只能裝入50 個并需要90min 高溫加熱后才可鍛打，然后還需要10h 的降溫后方可進行下一道工序鉆孔。每班只能出產成品50個，這樣卡纜的加工數量已遠遠不能滿足生產的需要，適應不了五礦現代化礦井建設的需要。使用經研制的冷壓設備后平均每班生產600 個卡纜，并且只需兩人操作即可，一人操做按鈕，一人取放料物改善了作業環境，極大的提高了勞動效率。該項目得到集團專家的一致好評與認可。并通過了集團公司的認可，產生的經濟效益和社會效益巨大，其成果可在平煤神馬集團公司及其它礦井進行廣泛的推廣，前景廣闊。

結論

（1）利用液壓立柱改制成的臥式WY-100 和立式LY-4 ×100 型壓力機加工修復U 型鋼棚及配套卡纜在集團公司屬首次。

（2）采用WY-100 型壓機冷壓取代空氣錘鍛造工藝加工卡纜，生產效率達到原來的12 倍。

（3）LY-4 ×100 U 型棚修復成型機，首次采用在井下直接加工，節省了升井回收，再加工，再入井這些工序和時間的浪費及勞動力的投入，改善了作業環境，緩解了付井提升和礦車供應的壓力，同時提高了工作效率。

采用QY200-14/31 型液壓支柱，自行設計、研制了臥式WY-100 型和立式LY-4 ×100 型壓力機分別對卡纜進行冷加工和對U 型鋼進行維修、復用，一方面可以提高我礦的U 型鋼棚復用量，降低材料成本；另一方面也為配套卡纜的加工提高了效率，降低了材料消耗。它的研制成功更有利于安全，有利于生產，有利于增效的先進技術、設備及工藝，為提高勞動效率，降低生產成本，優化經濟運行質量，實現全年各項奮斗目標做出積極貢獻。

該項目已在開拓工廠院內和二水平老電車房安裝并取得實驗成功，使施工的進度加快，工程質量已達到優良品，提高了巷道的掘進速度。

[1]邊海岸,戴雙獻.機械工程師[J].2007(07).

[2]徐燕申.機械設計[J].2001(7).