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        礦用液壓支架導(dǎo)向套鍛造方法的研究

        2020-07-23 09:07:38郭成良
        機(jī)電工程技術(shù) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:通孔沖孔礦用

        郭成良

        (大同市同煤集團(tuán)機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠,山西大同 037000)

        0 引言

        煤礦作為國家重要的能源,其開采效率及開采量直接影響著國家的快速發(fā)展,同時(shí),也對煤礦設(shè)備的工作性能及作業(yè)安全提出了更高要求[1]。礦用液壓支架作為井下作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備,保證其具有較高的結(jié)構(gòu)性能,已成為目前提高井下設(shè)備綜合性能的重要方向,而導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)則是影響液壓支架的關(guān)鍵因素[2]。目前,導(dǎo)向套的加工方式主要采用機(jī)加方式進(jìn)行,存在加工量大、加工效率低等問題,部分廠家也采用了鍛造方式進(jìn)行導(dǎo)向套的加工,但仍無法保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。改變導(dǎo)向套的加工方式,對其鍛造方法和工藝過程進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),是提高導(dǎo)向套生產(chǎn)效率及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

        本文分析了當(dāng)前礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)性能,通過對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析,對其鍛造過程進(jìn)行了鍛造工藝設(shè)計(jì),并將該鍛造工藝方法進(jìn)行了現(xiàn)場操作測試。結(jié)果表明,采用此鍛造方法對導(dǎo)向套進(jìn)行加工,能大大提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)質(zhì)量,這對提高礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)安全性具有重要作用。

        1 液壓支架結(jié)構(gòu)組成

        礦用液壓支架主要包括:滑動(dòng)梁、頂梁、前伸梁、底座和雙向液壓支架等部件,有著更簡單的結(jié)構(gòu)、輕便的體積、更強(qiáng)的整體性,運(yùn)作更靈活,操作也更簡單[3]??蓮V泛應(yīng)用于井下各類復(fù)雜環(huán)境下的支護(hù)作業(yè)。其工作原理為:在液壓支架在升架過程中,首先將高壓油注入值立柱中的液壓缸中,帶動(dòng)活塞的運(yùn)動(dòng),并使其平穩(wěn)上升至支護(hù)位置,促使巷道中的頂板與頂梁能實(shí)現(xiàn)較好的接觸;在千斤頂?shù)耐苿?dòng)作用下,可實(shí)現(xiàn)液壓支架與刮板輸送機(jī)的同步移動(dòng)。其中,導(dǎo)向套是液壓支架中的重要組成部件,主要與液壓支架中推移連接頭進(jìn)行緊密接觸,實(shí)現(xiàn)連接頭的導(dǎo)向移動(dòng)作用;在此過程中,導(dǎo)向套與連接頭之間添加了潤滑油,可降低兩部件之間的接觸摩擦力;而連桿結(jié)構(gòu)可通過連桿之間的相互調(diào)節(jié),對頂梁前端進(jìn)行支撐,有效防止頂梁向前發(fā)生傾斜現(xiàn)象,提高了液壓支架的支撐穩(wěn)定性。目前,具有更加先進(jìn)的液壓支架系統(tǒng)已在各大煤礦進(jìn)行了推廣和應(yīng)用。

        2 導(dǎo)向套特點(diǎn)

        由于液壓支架中的導(dǎo)向套連接頭之間存在相互的摩擦接觸,承受著來自連接頭軸向和橫向的外界載荷作用,導(dǎo)致對導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度具有較高要求[4]。目前,部分液壓支架中的導(dǎo)向套采用了鑄造方式進(jìn)行部件生產(chǎn),但存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低、表明光滑度較差等問題,無法較好地滿足導(dǎo)向套的使用需求。因此,經(jīng)過不斷的性能提升,采用了鍛造方式進(jìn)行部件加工,且大部分導(dǎo)向套采用了45號鋼材料進(jìn)行鍛造。經(jīng)過高溫處理并鍛造后的導(dǎo)向套具有更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,整體耐磨性也大大提高[5]。導(dǎo)向套的鍛造過程包括了下料、制坯、多次鍛壓、沖小孔、擴(kuò)孔等工藝過程,操作步驟相對簡單。同時(shí),一些廠家在導(dǎo)向套生產(chǎn)過程中,采用較好的原材料進(jìn)行加工,加大了原材料的浪費(fèi)。鑒于導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)長度相對較小,在鍛造原材料選擇上,可選用一些滿足導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)尺寸的邊角余料進(jìn)行鍛造加工,有效節(jié)約了材料成本[6]。對液壓支架中的導(dǎo)向套進(jìn)行鍛造加工,已成為當(dāng)下主要的加工方式。

        3 導(dǎo)向套鍛造過程

        鍛造是一種快速實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)成型、改變材料結(jié)構(gòu)屬性、提高生產(chǎn)效率、降低加工成本的重要機(jī)械零件加工方法。結(jié)合前文對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析,對導(dǎo)向套的鍛造工藝過程進(jìn)行如下分析。

        3.1 導(dǎo)向套鐓粗

        根據(jù)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)尺寸,選擇原材料或者邊角余料進(jìn)行導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)下料操作后,將其放置在鍛造工作臺上,開啟鍛造機(jī)設(shè)備,通過鍛造機(jī)對導(dǎo)向套的原材料進(jìn)行施加壓力,使其整體結(jié)構(gòu)向下發(fā)生壓縮變形趨勢。在整個(gè)變形過程中,導(dǎo)向套會(huì)向阻力較小方向發(fā)生形變,高度的逐漸降低,會(huì)使其結(jié)構(gòu)整體橫截面積增加,呈現(xiàn)變粗現(xiàn)象。因此,在鐓粗過程中,需有效控制導(dǎo)向套壓縮變形后的高度,保證鐓粗后結(jié)構(gòu)尺寸滿足最終導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)需求。

        3.2 導(dǎo)向套沖孔

        根據(jù)導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其中心需進(jìn)行通孔的加工。因此,在完成導(dǎo)向套鐓粗工藝后,需對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖孔作業(yè)[7]。由于導(dǎo)向套的中心通孔尺寸相對較大,在沖孔過程中,不能一次性完成結(jié)構(gòu)的沖孔工藝。最終,采用了第一次沖孔、第二次沖孔的鍛造方式進(jìn)行通孔加工。其中,第一次沖孔采用從導(dǎo)向套正面對通孔進(jìn)行沖孔操作,之后將導(dǎo)向套翻轉(zhuǎn),從另一面對導(dǎo)向套進(jìn)行第二次沖孔,由此保證整個(gè)導(dǎo)向套的通孔尺寸基本相同。導(dǎo)向套的具體沖孔示意圖如圖1、圖2所示。

        圖1 第一次沖孔

        圖2 第二次沖孔

        3.3 導(dǎo)向套擴(kuò)孔

        在完成導(dǎo)向套的沖孔作業(yè)后,中心孔的尺寸相對較小,未到達(dá)設(shè)計(jì)的孔尺寸。為減小后期導(dǎo)向套的機(jī)加時(shí)間,需對已完成沖孔后的導(dǎo)向套進(jìn)行擴(kuò)孔鍛造加工。與沖孔基本相同,首先將導(dǎo)向套固定在鍛造平臺上,從正面對其進(jìn)行第一次擴(kuò)孔操作;之后,將導(dǎo)向套翻轉(zhuǎn),從背面對導(dǎo)向套上的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔操作,使擴(kuò)孔后的導(dǎo)向套尺寸基本達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸;通過后期的快速車床加工,即可完成導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)的快速加工生產(chǎn)。

        3.4 導(dǎo)向套壁厚要求

        圖3 導(dǎo)向套翻邊工藝示意圖

        由于導(dǎo)向套與連接頭之間存在一定程度的相對摩擦,并承受著一定的偏載力,因此,對其結(jié)構(gòu)的壁厚提出了更高要求[8]。在導(dǎo)向套鍛造過程中,可采用組合模具方式對其結(jié)構(gòu)件翻邊工藝操作,并設(shè)計(jì)拔模角度,由此,可防止材料出現(xiàn)浪費(fèi)情況,提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,其組合模具翻邊工藝示意圖如圖3所示。

        4 導(dǎo)向套鍛造效果

        結(jié)合前文對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及鍛造加工工藝的分析,采用此鍛造加工工藝方法,對導(dǎo)向套進(jìn)行了實(shí)際的鍛造加工操作。首先采用了邊角余料進(jìn)行初始模型的下料加工,并將其放置在鍛造機(jī)工作平臺上,采用2次沖孔、2次擴(kuò)孔的鍛造工藝進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用操作。鍛造結(jié)果表明,采用此鍛造工藝加工方法,整體具有用料較省、加工快速、操作簡單等特點(diǎn),導(dǎo)向套的材料質(zhì)量減輕了約10 kg,單件導(dǎo)向套整體鍛造加工時(shí)間與原來的加工方式相比,縮短了約1 h;且整個(gè)鍛造工藝更加靈活,最終的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)形狀更加規(guī)則。同時(shí),在后期導(dǎo)向套的車床加工過程中,也節(jié)約了更多的加工時(shí)間。從而提高了導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)性能,縮短了其結(jié)構(gòu)的加工時(shí)間,也增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

        5 結(jié)束語

        鑒于導(dǎo)向套為易磨損件,改變其結(jié)構(gòu)的加工工藝方法,提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,已成為當(dāng)下保證液壓支架結(jié)構(gòu)性能的重要研究方向。因此,分析了當(dāng)前礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)性能,通過對導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析,對其鍛造過程進(jìn)行了鍛造工藝設(shè)計(jì),并將該鍛造工藝方法進(jìn)行了現(xiàn)場操作檢驗(yàn)。鍛造結(jié)果表明:采用此鍛造方法對導(dǎo)向套進(jìn)行加工,能大大提高導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)質(zhì)量,縮短加工時(shí)間,這對提高礦用液壓支架的結(jié)構(gòu)安全性、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。

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