張建軍

0 引言

液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)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(chǎn)環(huán)境、工作介質(zhì)及使用時(shí)間的影響，液壓支架三柱缸筒會(huì)有不同程度的損傷，缸筒內(nèi)壁氧化生銹或腐蝕，只靠清洗是無(wú)法去除的。去銹除斑的唯一途徑就是采用內(nèi)孔除銹加工工藝，使其在不突破大修公差范圍內(nèi)得以修復(fù)使用。目前采用傳統(tǒng)手工清洗的方法，費(fèi)工費(fèi)力。為解決這種問題，設(shè)計(jì)研制了液壓支架缸體除銹機(jī)。

1 除銹機(jī)總體設(shè)計(jì)思路

1.1 工作原理

根據(jù)缸筒除銹只改變表面粗糙度而不改變形位公差的特點(diǎn)，并考慮除銹缸筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，整體結(jié)構(gòu)采用工件由主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)做徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，除銹桿帶動(dòng)除銹磨頭做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾筒除銹的加工方式（見圖1）。

圖1 珩磨原理

1.2 設(shè)計(jì)思路

利用一臺(tái)報(bào)廢C630 型車床作為主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和部分床身[3]。根據(jù)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(diǎn)，只保留車床頭箱的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為除銹加工的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將其他部分經(jīng)局部設(shè)計(jì)改造滿足液壓支架缸體除銹機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求[4]。

2 除銹機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 床身的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，油缸總長(zhǎng)2 520 mm，活塞桿行程2 300 mm，活塞桿全部伸出時(shí)總長(zhǎng)4 820 mm，根據(jù)液壓油缸的安裝位置及后拖板的寬度，要求床身總長(zhǎng)5 800 mm，而原車床身長(zhǎng)度為1 500 mm，因此必須在原床身的基礎(chǔ)上續(xù)加一段長(zhǎng)為4 300 mm 的床身。本著省時(shí)經(jīng)濟(jì)的原則，加長(zhǎng)床身整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為焊接式，上部鋪設(shè)鑄鐵導(dǎo)軌與原導(dǎo)軌銜接（鑄鐵導(dǎo)軌的有關(guān)尺寸完全與舊床身導(dǎo)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(shè)計(jì)

加長(zhǎng)床身與舊床身通過設(shè)計(jì)制造的加長(zhǎng)底座連接，利用錐銷定位。為了保證其穩(wěn)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(shí)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(shè)計(jì)

根據(jù)缸體為細(xì)長(zhǎng)類零件的特點(diǎn)，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(nèi)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(cè)加工制造時(shí)的工藝架口找正使缸體內(nèi)孔軸線與主軸軸線重合，偏差可控制在0.5 mm～1 mm 以內(nèi)。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(jī)主軸連接。

液壓缸長(zhǎng)期在井下惡劣的環(huán)境下工作，外表面銹蝕較為嚴(yán)重。早先加工制造時(shí)車制的工藝架口也全部銹蝕，中心架上傳統(tǒng)使用的銅質(zhì)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(chǎn)加工，因而將中心架上3 個(gè)支撐爪全部設(shè)計(jì)為軸承式滾動(dòng)摩擦，減小磨損，可以保證加工的順利進(jìn)行（見圖3）。

圖3 中心架支撐爪改造設(shè)計(jì)

2.3 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.3.1 除銹磨頭沿缸筒軸向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)

液壓系統(tǒng)控制液壓油缸活塞桿，牽引拖板后尾架，通過與后尾架相關(guān)聯(lián)的除銹桿，帶動(dòng)除銹磨頭作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2.3.1.1 液壓缸的選擇設(shè)計(jì)

為了便于生產(chǎn)維修，液壓油缸采用ZZS6000 型液壓支架側(cè)護(hù)千斤的結(jié)構(gòu)（見圖4）。

圖4 液壓油缸結(jié)構(gòu)

油缸安裝在床身兩導(dǎo)軌之間。根據(jù)C630 型車床導(dǎo)軌間距及相關(guān)尺寸，油缸內(nèi)徑與ZZ6000 型液壓支架側(cè)護(hù)千斤缸筒內(nèi)徑相同，為80 mm，缸筒外徑為102 mm，活塞桿在充分考慮抗拉強(qiáng)度的基礎(chǔ)上選取Ф60 mm。大修液壓支架中，缸筒最長(zhǎng)的液壓支架的立柱缸體長(zhǎng)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(shè)計(jì)

后拖板通過液壓油缸帶動(dòng)除銹桿運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楦左w的定位為粗基準(zhǔn)定位，因此在設(shè)計(jì)上采用了浮動(dòng)式除銹桿帶動(dòng)除銹磨頭工作，而除銹桿的浮動(dòng)是通過拖板尾架的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。拖板尾架設(shè)計(jì)為3 部分（見圖5），拖板與尾架之間通過轉(zhuǎn)軸連接，尾架可以繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使除銹桿可以在水平方向?qū)崿F(xiàn)擺動(dòng)；同時(shí)上尾架通過水平軸與尾架連接，可以實(shí)現(xiàn)珩桿在垂直于水平方向作擺動(dòng)。此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完全可以消除因工件定位不準(zhǔn)確所造成的不良影響，時(shí)刻保持缸體旋轉(zhuǎn)軸線與除銹桿軸線重合。

圖5 拖板尾架設(shè)計(jì)

2.3.2 除銹磨頭上的油石沿缸筒徑向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

如第13 頁(yè)圖6 所示，此運(yùn)動(dòng)為除銹加工的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)，4 根油石條均勻地分布在除銹磨頭外圓的4 個(gè)槽內(nèi)，除銹磨頭內(nèi)部為高彈性橡膠填充物，后部為一鋼質(zhì)螺紋頂軸。通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)刀桿轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋頂軸，使螺紋頂軸向前運(yùn)動(dòng)，擠壓高彈性橡膠，高彈性橡膠在內(nèi)腔中受擠壓變形，致使四周的頂柱向外運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)油石條沿徑向方向運(yùn)動(dòng)并且將彈性橡膠受壓變形產(chǎn)生的彈性壓力施加在油石條上，實(shí)現(xiàn)對(duì)缸筒內(nèi)壁的除銹。

圖6 珩磨頭部示意

由于除銹磨頭通過單萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與除銹桿相連，因此進(jìn)刀桿只能由除銹桿中心穿過，伸至后尾架，在尾架處進(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)入油腔，從桿頭部向下斜射噴出，實(shí)現(xiàn)一桿多用。

圖7 除銹桿設(shè)計(jì)

2.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)加工運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)即可，固擬定液壓系統(tǒng)原理：系統(tǒng)通過控制電路中的限位開關(guān)控制三位四通電液動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向。由于除銹磨頭在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中都在進(jìn)行除銹磨削，為了達(dá)到很好的除銹磨削效果，保證往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度不發(fā)生大的變化，因此在液壓系統(tǒng)中采用了雙向節(jié)流調(diào)速回路，在回路中用了兩個(gè)單向節(jié)流閥，可以根據(jù)需要分別調(diào)節(jié)往返運(yùn)動(dòng)的速度；同時(shí)為避免換向時(shí)產(chǎn)生大的沖擊，在回油管路中增設(shè)了一個(gè)背壓閥，使換向平穩(wěn)。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)研制的液壓支架缸體除銹機(jī)，經(jīng)過生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)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(bào)廢的舊缸體在不突破大修公差范圍內(nèi)得以修復(fù)回用。

[1]王國(guó)法.液壓支架技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1999 .

[2]李國(guó)軍.煤礦綜采液壓支架設(shè)備選型設(shè)計(jì)[J].工況分析檢測(cè)，2007 (3)：10-13.

[3]吳式瑜.選煤基本知識(shí)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[4]丘關(guān)源.機(jī)械工程材料手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5]李鋒.現(xiàn)代采掘機(jī)械[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.