立式裝缸機的研制

樊瑞敏

（晉能控股煤業集團軒崗煤電有限責任公司機電修造廠 山西 原平 034114）

0 引言

礦用液壓支架主要是用于支護采場圍巖，同時還要與采煤機、刮板輸送機協調運行[1]。液壓支架是以高壓液體為動力，由數十個液壓元件與一些金屬構件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設備。其具有強度高、移動速度快、支護性能好、安全可靠的特征，在煤炭開采過程中具有顯著的戰略地位[2]。

立柱是液壓支架實現采面礦壓壓力和重要支護物件，立柱對整個液壓支架的性能起到很重要的作用，發揮立柱液壓支架中的作用[3]。立柱與頂梁和底座相鉸接，承載頂板帶來的增阻壓力，提供支撐力，是液壓支架主要的支撐部件。立柱作為液壓系統中的重要組成元件，為易損件。根據對日常生產維修過程中的統計，在液壓支架的維修過程中，立柱的維修率高達90%。

我廠修理支架以來，立柱的修理和安裝一直是人工組裝，勞動強度大，安全性能低，生產效率低，產品合格率也很難保證，困擾了我們多年。由于經濟原因不能購置新的裝缸機，通過研究拆立柱機的工作原理，利用我廠廢舊機器的1.3 kW 電機、擺線針輪減速器、廢舊機床的操作臺面和四根不同規格的液壓千斤頂，制作了伸縮傳動裝置和固定裝置，結合ZF3100、ZF4500液壓支架立柱的實際數據，設計了此立式裝缸機。

1 立式裝缸機的組成結構

立式裝缸機的結構示意圖如圖1 所示，立式裝缸機由伸縮傳動裝置、固定裝置、操作裝置三大部分組成。伸縮傳動裝置由電機、擺線針輪減速器、伸縮插板結構、旋轉卡盤和兩個千斤頂組成；固定裝置由夾緊結構、箱體和兩個千斤頂組成；操作裝置由手動操作閥組和操作臺組成。

圖1 立式裝缸機結構示意圖

1.1 技術參數

（1）外形尺寸：3 000×800×800mm

（2）最大工作直徑：100 mm～280 mm

（3）最大工作行程：2 000 mm

（4）電機：型號 YD112M-8/6，電壓 380 V，功率1.3 kW/1.8 kW，轉速1 440/1 680 r/min

（5）擺線針輪減速器：型號XWY15-7-23，傳動比1:38.41

（6）千斤頂規格：插板千斤φ100/φ60～1 300mm、φ80/φ60～700mm，固定裝置千斤φ60/φ40～200mm、φ60/φ40～8mm。

1.2 伸縮傳動裝置

如圖2所示由一臺1.3 kW的電動機驅動擺線針輪減速器運作帶動旋轉卡盤進行缸體套絲扣緊固。這部分固定在伸縮插板上，通過控制兩個千斤頂的伸縮來實現插板在軌道上的升降運動，從而完成柱體的組裝動作。為了增強伸縮傳動裝置的強度，伸縮傳動裝置設計為箱式結構，采用鋼板焊接而成。

圖2 伸縮傳動裝置

1.3 固定裝置

如圖3 所示由插塊組合和抱箍組成的夾緊結構、千斤頂和箱體組成。插塊組合由δ30 的梯形鋼板垂直焊接在長90 mm 寬42 mm 鋼板中心位置，一端焊接絲杠而成。將插塊組合安放在由δ6 鋼板焊接的槽中，利用螺母調節絲杠長度實現V型面大小的變化，配合抱箍從而完成缸體的固定。插塊底部有滑道，以減少移動時的摩擦力。設為梯形絲杠旋進方式主要是為了實現三角形穩定結構，能更好的固定組裝缸體。箱體的旋轉運動是由一根缸徑為φ60 mm，行程為230 mm的千斤頂的伸縮來實現的，箱體的上下微運動由缸徑為φ60 mm，行程為8 mm 的千斤頂的伸縮來實現。在裝配外徑為φ100 mm～280 mm的立柱時，通過調節絲杠長度帶動梯型塊位置的變化實現缸體的前傾、后仰和左右移動，來較精準的確定中心位置。

圖3 固定裝置

1.4 操作裝置

如圖4所示由手動操作閥組和操作臺組成。按照設計的液壓傳動原理利用微電子來完成這臺裝立柱機器的一系列動作。

圖4 操作裝置

2 設計原理

2.1 液壓系統的設計

利用液壓泵將乳化液從油箱抽起，經過節流閥，利用手動操作閥組控制相應的千斤頂的伸縮運動，從而控制伸縮傳動裝置、固定裝置完成相應的動作。為確保使用過程中的安全問題，在進液管處加裝了溢流閥，在每個液壓千斤回液管處加裝了安全閥。為了保證乳化液的可重復使用性，在回液管處加裝了過濾器對回液進行凈化過濾處理。液壓傳動原理如圖5所示。

圖5 液壓傳動原理圖

a、通過操控手動操作閥組控制缸徑60 mm 行程230 mm千斤的伸縮來實現固定裝置的旋轉動作，完成缸體和柱體的對接工作；

b、通過操控手動操作閥組控制缸徑60 mm 行程8 mm千斤的伸縮實現的固定裝置的上下運動，完成缸體位置的上下微調動作。

c、伸縮傳動裝置由缸徑為φ80 mm 行程700 mm和缸徑為φ100 mm 行程1 300 mm 的兩個插板千斤、伸縮插板結構、電機、擺線針輪減速器、旋轉卡盤組合而成，總行程為2 000 mm。通過依次操縱手動操控閥組來控制兩個插板千斤，并帶動相應的插板在固定的軌道上進行上下運動，從而實現柱體的上下運動，完成缸體和柱體的裝配工作。

d、工作介質的選用。考慮液壓元件不被腐蝕及車間現有的條件，優先采用了乳化液作為工作介質。

2.2 電路部分的設計

電路部分主要包括操作臺、開關、并聯的正反轉接觸器、一臺1.3 kW 的電機、一部擺線針輪減速器。通過操控操作臺上的開關控制電機的正反轉，通過擺線針輪減速器帶動卡盤，實現缸體套的旋轉運動，進行缸體套的絲扣緊固。從而完成整個立柱的組裝過程。

3 應用效果

立式裝缸機安放在固定的位置，員工進行柱體和缸體的緊固操作后，操作手動操作閥組和操控臺來完成立柱的組裝工作。人工組裝時，需要三個人同時操作，用時4小時才可以組裝一根立柱，且合格率才達到80%，返工率很高。立式裝缸機投入使用后改善了以往我廠修理立柱拆裝時費時費力的情況，三個人將柱體和缸體固定后，只需一個人操作即可完成。現組裝一根立柱，只需5分鐘就可完成，且合格率高達100%，如圖6所示為立式裝缸機工作現場。

圖6 立式裝缸機工作現場

4 結語

立式裝缸機的研制結束了裝立柱的人工操作時代，實現了我廠修理立柱的機械化，達到了高效率，高精度，大大降低了工人的勞動強度；本設備廢舊利用，使我廠的資源得到了充分的應用，工作過程將特種設備、機電微電子、液壓傳動等多學科結合在一起，體現了我廠在制作方面向機電一體化又邁上了新的臺階。實際使用過程符合本文所述的各種情況，從而驗證了本設計的可行性和創新性，為日后廢舊利用，小改小革提供了新的設計理念。