向 志

（攀鋼礦業(yè)有限公司朱礦，四川 攀枝花 617000）

1 引言

露天礦山大量采用各型號(hào)潛孔鉆機(jī)進(jìn)行穿孔作業(yè)，潛孔鉆機(jī)的沖擊器屬于易損件，經(jīng)常損壞需要修復(fù)。傳統(tǒng)拆卸修復(fù)方法是:維修工人用自制的死扳手將后接頭卡住，使用大錘敲打死扳手，使后接頭與外套管分開。由于外套管是圓形的，無法進(jìn)行徹底固定，外套管會(huì)隨著后接頭旋轉(zhuǎn)，致使后接頭很難與外套管分開，達(dá)不到修復(fù)的目的。這種做法實(shí)施起來危險(xiǎn)性較大，工人用大錘敲打死扳手時(shí)，易打滑，扳手在受敲打過程中也易彈起傷人，既達(dá)不到安全要求，而且職工的勞動(dòng)強(qiáng)度還大。人工拆卸鉆機(jī)沖擊器效率也非常低，經(jīng)統(tǒng)計(jì)只能達(dá)到11%，絕大多數(shù)沖擊器均用人力無法拆卸，造成大量損壞沖擊器無法維修。

2 沖擊器拆卸解決方案

從沖擊器的結(jié)構(gòu)和形狀來看，要拆卸沖擊器接頭，關(guān)鍵是必須要固定住沖擊器外套管，使之不打滑，因此要設(shè)計(jì)沖擊器外套管卡緊裝置。

因工人直接使用大錘敲打扳手，很容易打滑或扳手彈起傷人，發(fā)生安全事故，因此要設(shè)計(jì)機(jī)械裝置來拆卸沖擊器接頭，工人不直接接觸需拆卸的沖擊器，可避免安全事故的發(fā)生，也可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

要滿足以上要求，需設(shè)計(jì)一套驅(qū)動(dòng)減速夾緊拆卸裝置，該裝置夾緊固定部分要能夠夾緊圓柱形的沖擊器外套管，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)打滑；轉(zhuǎn)動(dòng)部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速機(jī)減速增力后帶動(dòng)鉆機(jī)沖擊器后接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到拆卸鉆機(jī)沖擊器后接頭的目的。

沖擊器拆卸裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)扭力較大，要求設(shè)備底座自身有足夠重量，能夠承擔(dān)整體裝置重壓并保持穩(wěn)定，底座與拆卸裝置各部件必須連接或焊接牢固，卡緊裝置要與待拆卸沖擊器外表面接觸良好，裝置整體設(shè)計(jì)應(yīng)保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)便、安全可靠。整套裝置由底座、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、前后托架、托輥、后接頭夾具、外套管夾具等部件組成。

3 拆卸裝置的設(shè)計(jì)

3.1 底座及夾具設(shè)計(jì)

3.1.1 底座設(shè)計(jì)

底座由底板和主要零部件的支承座是組裝焊接而成。底板上要按拆卸裝置的設(shè)計(jì)工藝要求裝配焊接各零部件基座，由于拆卸裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生扭力較大，如果底板強(qiáng)度不夠，設(shè)備工作時(shí)，因應(yīng)力作用會(huì)導(dǎo)致底板受力變形，當(dāng)?shù)装鍣M切面的正應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)δs時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的扭曲變形，進(jìn)而導(dǎo)致拆卸裝置各部件基座發(fā)生位移，使設(shè)備無法保持正常工作能力；為確保底座強(qiáng)度能滿足拆卸裝置安全運(yùn)行的要求，必須要充分考慮許用應(yīng)力、強(qiáng)度條件、安全系數(shù)等方面的參數(shù)。

式中:δ——許用應(yīng)力；

δu——極限應(yīng)力；

n——安全系數(shù)。

從公式可看出，許用應(yīng)力與安全系數(shù)成反比，如果要保證拆卸裝置絕對(duì)穩(wěn)定、安全，就要盡量加大安全系數(shù)，降低許用應(yīng)力，這樣就需使用強(qiáng)度更高更厚的底板，增加材料消耗，加大制作成本，且還要增加裝置整體重量；如果要壓縮制作成本，減輕裝置自重，就必須降低安全系數(shù)，加大許用應(yīng)力，但這樣又不能保證拆卸裝置運(yùn)行使用安全。因此要綜合考慮許用應(yīng)力、安全系數(shù)、強(qiáng)度條件等方面因素，在保證安全使用的前提下，盡量增大許用應(yīng)力，確保拆卸裝置正常運(yùn)行所需達(dá)到的強(qiáng)度條件。

要確保拆卸裝置安全可靠運(yùn)行，必須使底座的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力不超過底板的許用應(yīng)力。即:

式中:δMax——底板橫截面上的最大許用應(yīng)力；

NMax——最大扭力；

A——底板橫截面積；

［δ］——許用應(yīng)力。

從（2）式中可得出:

根據(jù)廠房空間及拆卸裝置安設(shè)位置，底板的長(zhǎng)寬不能超過4m×1.5m；根據(jù)計(jì)劃選用的電機(jī)和減速機(jī)，查相關(guān)資料可知:NMax＝6540KN，δu＝110Mpa，安全系數(shù)取1.2。

將各項(xiàng)參數(shù)代入（1）式計(jì)算如下:

當(dāng)NMax＝6540KN，b＝1500mm時(shí)，由公式（3）計(jì)算可得:

由A＝b×h

式中:b——底板橫截面寬度；

h——底板橫截面厚度

可得:H＝A／b＝7.1×104／1.5×103＝47.3mm

由以上計(jì)算可知，底板應(yīng)選擇不低于47.3mm厚度的鋼板制作，這是保證安全使用的前提下最經(jīng)濟(jì)的。根據(jù)我們實(shí)際材料情況，我們選用50mm鋼板制作底板，完全能夠滿足拆卸裝置安全運(yùn)行的要求。

底板的外形及尺寸如圖1所示:

圖1 底板外形尺寸圖

3.1.2 沖擊器外套管夾具的設(shè)計(jì)

根據(jù)沖擊器的結(jié)構(gòu)、外形尺寸和存在的拆卸問題，設(shè)計(jì)拆卸夾緊裝置的主要目的就是固定沖擊器外套管，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)打滑，確保后接頭與沖擊器外套管能擰松分開。根據(jù)以上原理和沖擊器的外形，要使沖擊器外套管不轉(zhuǎn)動(dòng)，必須要有一個(gè)圓形的夾具對(duì)它進(jìn)行夾緊；但外套管形狀是圓柱形，且表面很光滑，非常容易打滑；為了徹底卡緊沖擊器外套管，設(shè)計(jì)采用四個(gè)不銹鋼刀具安裝孔，將不銹鋼刀具裝在刀架中，使不銹鋼刀的棱角與沖擊器外套管的外圓面相咬合，在兩臺(tái)油壓機(jī)施加壓力的作用下，達(dá)到固定沖擊器外套管，使其不做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使沖擊器后接頭在后接頭夾具的旋轉(zhuǎn)過程中與沖擊器外套管分離脫開。設(shè)計(jì)圖如圖2。

圖2 沖擊器外套管夾具設(shè)計(jì)圖

此夾具采用75mm厚的錳鋼板進(jìn)行加工，加工兩件，將兩件合攏就是完整的沖擊器外套管夾具。

3.1.3 沖擊器后接頭固定裝置的設(shè)計(jì)

因?yàn)闆_擊器后接頭是四方型，必須要有一個(gè)四方型的夾具進(jìn)行固定，因此設(shè)計(jì)一個(gè)一端是圓形的軸套，與渦輪蝸桿減速箱輸出軸連接；另一端是四方型插板座，用來固定沖擊器后接頭，設(shè)計(jì)圖如圖3。

圖3 沖擊器后接頭固定裝置設(shè)計(jì)圖

3.2 拆卸沖擊器的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

3.2.1 選擇電機(jī)功率驗(yàn)證

沖擊器在作業(yè)時(shí)發(fā)生的最大回轉(zhuǎn)扭矩為5870N·m，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)渦輪減速箱后的扭矩不能小于沖擊器的最大扭矩，故減速機(jī)輸出扭矩不能小于5870N·m。

根據(jù)兩個(gè)公式:電動(dòng)機(jī)扭矩（轉(zhuǎn)矩）計(jì)算

式中:P－功率kw，n－電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速r／min，T－轉(zhuǎn)矩 N·m，i－傳動(dòng)比，N－減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速r／min。

可得出計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率簡(jiǎn)易公式:

式中:P－電動(dòng)機(jī)輸出功率kw，n－電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速r／min，T－轉(zhuǎn)矩N·m，i－傳動(dòng)比，η－使用系數(shù)（一般≥1）。

根據(jù)現(xiàn)有的材料備件情況，計(jì)劃選用15kw的電動(dòng)機(jī)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1460r／min，選用傳動(dòng)比100:1的減速機(jī)，使用系數(shù)取值1.5。將各項(xiàng)參數(shù)代入簡(jiǎn)易公式中計(jì)算如下:

選用電動(dòng)機(jī)功率15kw＞理論計(jì)算所需電機(jī)功率13.46kw，符合使用要求。

選用電機(jī)規(guī)格如下:

電機(jī)型號(hào):JD－QK－71－8／6／4

功率:15KW，電流:31A，電壓:380V，轉(zhuǎn)速:1460r／min。

3.2.2 減速機(jī)的選定

經(jīng)過調(diào)查研究，渦輪蝸桿減速機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是噪音小，傳動(dòng)平穩(wěn)，有自鎖功能，傳動(dòng)比大，輸出端轉(zhuǎn)速慢，故障率低。為了保證操作時(shí)能夠達(dá)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，速度緩慢，起止時(shí)間準(zhǔn)確，安全可靠，所以選擇渦輪蝸桿減速機(jī)進(jìn)行減速。

3.3 拆卸裝置整體布置設(shè)計(jì)

夾具、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)好后，進(jìn)行沖擊器拆卸裝置整體裝配的設(shè)計(jì)，遵循操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全、便于維護(hù)保養(yǎng)的原則，將設(shè)計(jì)好的各部件進(jìn)行綜合布局。原理圖設(shè)計(jì)如圖4。

整套裝置由電機(jī)15kw一臺(tái)，渦輪蝸桿減速箱一套，5T千斤頂2個(gè)，夾具一套，固定夾具箱一套，固定基腳一套等主要零部件組成。

圖4 拆卸裝置設(shè)計(jì)原理圖

3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為控制動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沖擊器拆卸裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須設(shè)計(jì)完備可靠的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要由:空氣開頭、交流接觸器、熱熔斷器、熱繼電器、按鈕開關(guān)等組成。

電路簡(jiǎn)略圖如圖5。

圖5 控制系統(tǒng)電路簡(jiǎn)圖

圖中代號(hào)含義:RJ－熱繼電器，AN－控制按鈕，RD－熔斷器，CJ－交流接觸器。

4 拆卸裝置的安裝、調(diào)試

4.1 根據(jù)設(shè)計(jì)圖加工相應(yīng)的零部件并進(jìn)行焊接、組裝，完成整套拆卸裝置的設(shè)備安裝。

4.2 工作原理

將沖擊器后接頭放在后接頭夾具內(nèi)，外套管固定在外套管夾具內(nèi)，外套管夾具上裝有四根不銹鋼刀與沖擊器身表面接觸，夾具箱外裝有兩臺(tái)液壓千斤頂對(duì)稱頂住夾具，使沖擊器外套管不能旋轉(zhuǎn)。將沖擊器后接頭固定在沖擊器后接頭夾具內(nèi)。固定好后啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)傳動(dòng)渦輪蝸桿減速箱，減速箱傳動(dòng)沖擊器后接頭夾具旋轉(zhuǎn)，將沖擊器后接頭拆下即可進(jìn)行修復(fù)。改變外套管夾具的內(nèi)徑，其它鉆機(jī)的沖擊器也可進(jìn)行拆卸。

4.3 拆卸裝置安裝完成后，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試并試運(yùn)行，整套裝置運(yùn)行良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

使用制作的鉆機(jī)沖擊器拆卸裝置，將沖擊器拆卸效率提高4倍以上，大大降低了修理工的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且多種型號(hào)鉆機(jī)沖擊器均可拆卸。操作簡(jiǎn)便，易于維護(hù)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，拆卸沖擊器時(shí)安全可靠，保證了人身安全。

［1］孫訓(xùn)方，方孝淑.材料力學(xué)［M］.高等教育出版社，2010.5.

［2］雷少剛.電工電子技術(shù)［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2011.2.

［3］許春香.材料制備新技術(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2012.9.