張克云

[摘 要]本文淺析原煤礦液壓支柱拆柱機(jī)的夾緊機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)型夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)方法，以及設(shè)計(jì)過(guò)程中影注重的關(guān)鍵問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]煤礦液壓支柱；拆柱機(jī)；夾緊機(jī)構(gòu)；改進(jìn)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG757 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）21-0348-01

煤礦前些年在拆修液壓支柱時(shí)，普遍使用了抱箍型和三爪型兩種夾緊機(jī)構(gòu)的拆柱機(jī)。然而，這兩種夾緊機(jī)構(gòu)的拆柱機(jī)在使用過(guò)程中都存在一些缺陷，最突出的問(wèn)題就是無(wú)法夾緊支柱，以致拆修效率非常低，且安全性差。鑒于這種情況，我們?nèi)碌脑O(shè)計(jì)了一套偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)的拆柱機(jī)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行拆柱機(jī)效果非常好，安全性高，修理效率也得到了顯著提高。在此，就拆柱機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)介論述。

1 存在的問(wèn)題

1）抱箍型夾緊機(jī)構(gòu)。原機(jī)抱箍型夾緊機(jī)構(gòu)是用一圓形開(kāi)一缺口形式設(shè)計(jì)的（見(jiàn)如圖1a所示）。工作原理是通過(guò)外加原動(dòng)力Q1、Q2壓緊抱箍，使抱箍變形而抱緊支柱。在原理上看起來(lái)可行，但實(shí)際拆柱時(shí)抱箍經(jīng)常夾不緊支柱，以致無(wú)法拆卸支柱。存在問(wèn)題的原因有。①支柱放置在抱箍的中心位置，當(dāng)Q1=Q2時(shí)，抱箍與支柱的接觸面才較大，兜緊效果才較好。②操作使用過(guò)程中中，外加原動(dòng)力常出現(xiàn)Q1≠Q(mào)2現(xiàn)象，而被拆支柱也難以放到中心位置。因此外加原動(dòng)力Q1與Q2不相等時(shí)，抱箍與支柱間的接觸面積減少，夾緊力也隨之減小，這就很難夾緊物件了。③不少單位將拆柱機(jī)搬到礦井下使用，時(shí)間長(zhǎng)些就會(huì)因銹蝕而不便修理支柱，且支柱的大多表面也會(huì)銹蝕，粘附物較多，修理更難。當(dāng)拆柱機(jī)兜住支柱啟動(dòng)后，因轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)，支柱上的銹斑和粘附物脫落，夾緊機(jī)構(gòu)又無(wú)恒力補(bǔ)償和自鎖裝置，所以抱箍和支柱之間就存在新的間隙而無(wú)法夾緊支柱。若要再夾緊時(shí)，必須重新操作夾緊機(jī)構(gòu)，但夾緊機(jī)構(gòu)操作又比較困難，如此反復(fù)操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率也非常低。

2）三爪型夾緊機(jī)構(gòu)。它是一種比較常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)，雖然避免了因支柱不能準(zhǔn)確放置在中心位置而影響夾緊效果的問(wèn)題，但也沒(méi)有恒力補(bǔ)償裝置（如圖1b所示）。所以在夾緊支柱且拆柱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)支柱上的銹斑和粘附物脫落時(shí)，三爪與支柱之間依然存在間隙，使得夾緊效果不能被改善。

2 改進(jìn)型夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

基于前兩種夾緊機(jī)構(gòu)均不能有效地夾緊支柱，為此在這個(gè)基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)了一套帶棘齒的偏心輪型夾緊機(jī)構(gòu)（如圖2a所示）。該機(jī)構(gòu)的夾緊元件是一偏心輪?，F(xiàn)對(duì)此偏心輪的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行描述。

1）偏心量e的設(shè)計(jì)。由于偏心輪的偏心量e的大小影響其夾緊行程。因此夾緊時(shí)偏心輪從Υ=0轉(zhuǎn)至Υ=180°，為操作機(jī)構(gòu)靈活、方便，就要限制板轉(zhuǎn)角，控制在45°方可（見(jiàn)如圖2b所示）。這樣機(jī)構(gòu)工作時(shí)，偏心輪能從Υ=0轉(zhuǎn)到Υ=45°，也就利用一段圓弧OB，此時(shí)偏心輪的行程為：S=hB-h0=R-ecos45°-（R-e）= e（1-cos45°），因此有：e=，同時(shí)又由于S=S1+S2+S3+S4（式中：S1—裝卸支柱方便所需的空隙，取S1=0.3mm；S2—夾緊元件彈性變形的補(bǔ)償量，S2=W/J，這里取S2=0.05mm；S3—支柱在夾緊方向上的尺寸誤差補(bǔ)償量，底座Φ=l17mm，缸體外徑Φ=l12mm，考慮到銹蝕等因素，取S3=7mm；S4—行程儲(chǔ)備量，考慮偏心輪制造誤差及磨損，取S4=0.15mm；W—夾緊力；J—夾緊元件的剛度），所以可得到：S=7.5mm，e=25.5mm（可取e=26mm）。

2）偏心輪半徑R設(shè)計(jì)。在偏心輪偏心量確定后，其偏心輪半徑主要取決于自鎖條件，即去掉原始作用力后使偏心輪能繼續(xù)保持夾緊力。這時(shí)的偏心輪受力情況，如圖3a所示。圖中所受的力是：小軸給偏心輪的反作用力R′及支柱的作用力W′。該二力應(yīng)大小相等，方向相反，以便平衡。因而有：tgα=，α=ψ2+θ，tg（ψ2+θ）=tgα=，R=。因?yàn)棣群苄。瑸楹?jiǎn)化計(jì)算方便可以忽略，此時(shí)：R=e（sin45°/μ2+cos45°），R≥e（sin45°/0.4+ cos45°）≥64.12mm（式中： μ2—偏心輪與支柱摩擦系數(shù)，μ2=tgφ2=0.4），所以選取R=65mm即可。

3）夾緊力W及手柄長(zhǎng)度L設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，一般情況W≤3000N，夾緊時(shí)偏心輪上作用的力有手柄上的原始力Q（見(jiàn)圖3b）、軸銷(xiāo)處反作用力R′以及支柱反作用力W′（夾緊反作用力W與摩擦力F2合力），三者必須處于平穩(wěn)狀態(tài)。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)中心O2取轉(zhuǎn)矩可得：QL-WesinΥ-F2（R-ecosΥ）- R′ρ=0，R其中F2=Wμ2，R′≈W，ρ= rμ1（式中：L—力臂長(zhǎng)；μ1—小軸與偏心輪摩擦系數(shù)，取μ1=0.1；μ2—支柱與偏心輪摩擦系數(shù)，取μ2=0.4；R—偏心輪半徑；Q—手柄上的作用力（手推力），取Q=1110N）。這樣可算的：L=w[μ2R+rμ1+e（sinΥ-μ2cosΥ）]÷Q=3000×[0.4×65+15×0.1+26×（sin45°-0.4×cos45°）]÷1110=103mm，因此可取L=105mm即可。

3 設(shè)計(jì)中和應(yīng)用應(yīng)注意的問(wèn)題

在計(jì)算過(guò)程中取W=3000N，這是大多數(shù)支柱拆卸時(shí)的情況，而實(shí)際上有少數(shù)支柱需要的夾緊力W遠(yuǎn)大于此值，所以計(jì)算的L值應(yīng)放大些；在拆柱機(jī)整體結(jié)構(gòu)已確定的情況下，也就是機(jī)身、導(dǎo)軌及主軸的相對(duì)位置已確定，這是L值已就不能無(wú)限度地加大了。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面加以改進(jìn)（如加大構(gòu)件的厚度，選用較好的材質(zhì)等）。當(dāng)手推夾緊力不夠時(shí)，就可用手錘敲，給以沖擊力來(lái)實(shí)現(xiàn)加大夾緊力的效果。

總而言之，在改進(jìn)設(shè)計(jì)拆柱夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，除了針對(duì)原存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)外，還要考慮實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，盡量避免之方能取得較好的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳春秀.拆柱機(jī)夾緊機(jī)構(gòu)元件的設(shè)計(jì)探討[J].煤礦機(jī)械，1999，8：13-15.

[1]鄭錦濤.礦山機(jī)械液壓支架存在的故障以及改進(jìn)措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012：10（中）：133-134.