液壓支架缸體除銹機研制

張建軍

0 引言

液壓支架是煤礦綜合機械化采煤的關鍵設備[1]，而液壓支架三柱是液壓支架重要的組成元件[2]。由于受其生產環境、工作介質及使用時間的影響，液壓支架三柱缸筒會有不同程度的損傷，缸筒內壁氧化生銹或腐蝕，只靠清洗是無法去除的。去銹除斑的唯一途徑就是采用內孔除銹加工工藝，使其在不突破大修公差范圍內得以修復使用。目前采用傳統手工清洗的方法，費工費力。為解決這種問題，設計研制了液壓支架缸體除銹機。

1 除銹機總體設計思路

1.1 工作原理

根據缸筒除銹只改變表面粗糙度而不改變形位公差的特點，并考慮除銹缸筒的結構特點，整體結構采用工件由主運動機構帶動做徑向旋轉運動，除銹桿帶動除銹磨頭做軸向往復運動實現滾筒除銹的加工方式（見圖1）。

圖1 珩磨原理

1.2 設計思路

利用一臺報廢C630 型車床作為主運動機構和部分床身[3]。根據除銹珩磨加工只改變表面粗糙度而不改變形位公差的特點，只保留車床頭箱的主運動機構作為除銹加工的主運動機構，將其他部分經局部設計改造滿足液壓支架缸體除銹機主運動機構要求[4]。

2 除銹機設計

2.1 床身的設計

根據設計要求，油缸總長2 520 mm，活塞桿行程2 300 mm，活塞桿全部伸出時總長4 820 mm，根據液壓油缸的安裝位置及后拖板的寬度，要求床身總長5 800 mm，而原車床身長度為1 500 mm，因此必須在原床身的基礎上續加一段長為4 300 mm 的床身。本著省時經濟的原則，加長床身整體結構設計為焊接式，上部鋪設鑄鐵導軌與原導軌銜接（鑄鐵導軌的有關尺寸完全與舊床身導軌尺寸相同），通過定位銷及緊固螺釘連接定位（見圖2）。

圖2 床身設計

加長床身與舊床身通過設計制造的加長底座連接，利用錐銷定位。為了保證其穩定性，在床身上部水平筋板面上再用一連接板加固，同樣采用錐銷定位，同時將原有底座移至新床身尾部支撐新床身[5]。

2.2 夾緊定位裝置的設計

根據缸體為細長類零件的特點，夾緊定位采用卡盤夾緊中心架支撐的裝夾方式，與普通車床的夾緊定位方式一致。由于缸體外表面為非加工毛坯面，與內孔表面不同軸，因此只能采用四爪卡盤夾緊，通過靠近缸底一側加工制造時的工藝架口找正使缸體內孔軸線與主軸軸線重合，偏差可控制在0.5 mm～1 mm 以內。由于修理的缸筒外圓最大為360 mm，選用原車床使用的Ф500 mm 的四爪卡盤，通過法蘭盤與除銹機主軸連接。

液壓缸長期在井下惡劣的環境下工作，外表面銹蝕較為嚴重。早先加工制造時車制的工藝架口也全部銹蝕，中心架上傳統使用的銅質或鑄鐵支撐爪在這種情況下被很快磨損，不利于正常的生產加工，因而將中心架上3 個支撐爪全部設計為軸承式滾動摩擦，減小磨損，可以保證加工的順利進行（見圖3）。

圖3 中心架支撐爪改造設計

2.3 進給機構的設計

2.3.1 除銹磨頭沿缸筒軸向作往復運動

液壓系統控制液壓油缸活塞桿，牽引拖板后尾架，通過與后尾架相關聯的除銹桿，帶動除銹磨頭作往復運動。

2.3.1.1 液壓缸的選擇設計

為了便于生產維修，液壓油缸采用ZZS6000 型液壓支架側護千斤的結構（見圖4）。

圖4 液壓油缸結構

油缸安裝在床身兩導軌之間。根據C630 型車床導軌間距及相關尺寸，油缸內徑與ZZ6000 型液壓支架側護千斤缸筒內徑相同，為80 mm，缸筒外徑為102 mm，活塞桿在充分考慮抗拉強度的基礎上選取Ф60 mm。大修液壓支架中，缸筒最長的液壓支架的立柱缸體長度為2 100 mm，因此活塞行程確定為2 300 mm，以滿足各類缸筒加工的需要。

2.3.1.2 拖校尾架的設計

后拖板通過液壓油缸帶動除銹桿運動。因為缸體的定位為粗基準定位，因此在設計上采用了浮動式除銹桿帶動除銹磨頭工作，而除銹桿的浮動是通過拖板尾架的設計來實現的。拖板尾架設計為3 部分（見圖5），拖板與尾架之間通過轉軸連接，尾架可以繞轉軸旋轉，使除銹桿可以在水平方向實現擺動；同時上尾架通過水平軸與尾架連接，可以實現珩桿在垂直于水平方向作擺動。此結構的設計完全可以消除因工件定位不準確所造成的不良影響，時刻保持缸體旋轉軸線與除銹桿軸線重合。

圖5 拖板尾架設計

2.3.2 除銹磨頭上的油石沿缸筒徑向作進給運動

如第13 頁圖6 所示，此運動為除銹加工的關鍵運動，4 根油石條均勻地分布在除銹磨頭外圓的4 個槽內，除銹磨頭內部為高彈性橡膠填充物，后部為一鋼質螺紋頂軸。通過旋轉進刀桿轉動螺紋頂軸，使螺紋頂軸向前運動，擠壓高彈性橡膠，高彈性橡膠在內腔中受擠壓變形，致使四周的頂柱向外運動，推動油石條沿徑向方向運動并且將彈性橡膠受壓變形產生的彈性壓力施加在油石條上，實現對缸筒內壁的除銹。

圖6 珩磨頭部示意

由于除銹磨頭通過單萬向聯軸節與除銹桿相連，因此進刀桿只能由除銹桿中心穿過，伸至后尾架，在尾架處進行操作。另外，由于冷卻油也必須由缸口部射入油缸，所以除銹桿設計為雙層中空桿（見圖7），冷卻油通過除銹桿中部通孔由珩桿尾部進入油腔，從桿頭部向下斜射噴出，實現一桿多用。

圖7 除銹桿設計

2.4 液壓系統的設計

根據加工運動特點，液壓系統能夠實現活塞桿的往復運動即可，固擬定液壓系統原理：系統通過控制電路中的限位開關控制三位四通電液動換向閥實現自動換向。由于除銹磨頭在往復運動過程中都在進行除銹磨削，為了達到很好的除銹磨削效果，保證往復運動的速度不發生大的變化，因此在液壓系統中采用了雙向節流調速回路，在回路中用了兩個單向節流閥，可以根據需要分別調節往返運動的速度；同時為避免換向時產生大的沖擊，在回油管路中增設了一個背壓閥，使換向平穩。

3 結語

設計研制的液壓支架缸體除銹機，經過生產運行，達到了預期效果，解決了液壓支架大修中的缸體除銹問題，使因銹蝕而瀕臨報廢的舊缸體在不突破大修公差范圍內得以修復回用。

[1]王國法.液壓支架技術[M].北京：煤炭工業出版社，1999 .

[2]李國軍.煤礦綜采液壓支架設備選型設計[J].工況分析檢測，2007 (3)：10-13.

[3]吳式瑜.選煤基本知識[M].北京：煤炭工業出版社，2007.

[4]丘關源.機械工程材料手冊[M].北京：機械工業出版社，2005.

[5]李鋒.現代采掘機械[M].北京：機械工業出版社，2006.