武澤雷，周密林，張廣闊

(中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原 030006)

0 引 言

煤礦輔助運輸是礦井生產環(huán)節(jié)中的重要組成部分,它貫穿了礦井各個生產環(huán)節(jié),根據全國煤礦重大事故的調查分析顯示,煤礦運輸事故在礦井各類事故中排名第四,占總事故數的20%～30%。煤礦企業(yè)為了保障輔助運輸車輛制動系統(tǒng)完好可靠，一般每季度或每半年對車輛制動器進行一次檢查保養(yǎng)。但有的工程車輪胎單個重量達到200 kg輪胎拆裝過程存在費時和不安全問題。輪胎被拆卸下來的瞬間會掉落在地面上，存在輪胎傾倒傷人危險。安裝輪胎時輪胎重量大，安裝輪胎螺栓的對孔過程費時、費力。

筆者對輪胎拆裝工具底部拖桿和小連桿進行了有限元應力分析，通過對比最大壓力處von Mises值和材料的屈服強度，得出輪胎拆裝工具能夠滿足舉升200公斤重輪胎的使用要求。通過在實際工作中進行應用，驗證了該工具能夠實現單人高效、安全完成輪胎拆裝任務，工作效率提升的同時為檢修人員的人身安全提供了保證。

1 輪胎拆裝工具的結構設計

輪胎拆裝工具設計遵循設計成果操作簡單、安全可靠的原則，首先解決拆裝重型輪胎時的三個難題：①重型輪胎拆卸時會發(fā)生憋勁問題；②輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題；③輪胎安裝位置難調節(jié)所導致的輪胎螺栓對孔難問題。并對該工具是否滿足使用要求進行分析。

(1) 為解決重型輪胎拆卸時會發(fā)生憋勁問題。拆卸過程應該克服輪胎重力影響，讓輪胎保持一個與輪胎螺栓垂直角度，并實現輪胎水平上下調整。輪胎拆裝工具底部有一個可以手動調節(jié)的升降平臺，升降平臺升降高度通過底部千斤頂進行調節(jié)，實現輪胎在垂直方向200 mm距離范圍活動。

(2) 為解決輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題。當輪胎剛開始發(fā)生傾倒時必須有機構阻止輪胎傾斜，輪胎拆裝工具中部安裝了捆綁限位裝置，限位裝置使用高強滌綸材料，防滑耐磨，承受20 000 N拉力，可以實現輪胎的防傾倒功能。

(3) 為解決輪胎安裝位置難調節(jié)所導致的輪胎螺栓對孔難問題。輪胎拆裝工具底部安裝的千斤頂手動調節(jié)輪胎高度，當輪胎升降到指定高度后實現自鎖，安裝時只需輕輕推入，不需要費力的抬撬對孔過程。

(4) 檢驗輪胎拆裝工具是否滿足使用要求，對底調千斤頂進行受力分析，對主要受力部件底部托架和小連桿進行有限元分析，驗證工具是否滿足使用要求，輪胎拆裝工具底部承載機構實物圖和三維圖如圖1。

圖1 輪胎拆裝工具底部承載機構實物和三維圖

2 輪胎拆裝工具調節(jié)千斤頂受力驗證

輪胎拆裝工具底部調節(jié)千斤頂額定起重量1000 KG，當輪胎被抬到最高點時千斤頂向上力最大，設千斤頂向上力為F，輪胎受到下連桿作用力F2，下連桿受到上連桿作用力F1，上支點P受到上連桿作用力F3，上支點P受到千斤頂托梁垂直作用力F4，上支點P受到千斤頂托梁水平作用力F5，輪胎重量M，根據材料力學，滿足以下方程：

F=2F4

F3=F4/sin 54°=F1

F1×sin 54.71°=2F2×sin 35.51°

2F2×sin 35.51°=M×g=1 960 N

結果計算，所需調節(jié)千斤向上最大力F=3 885 N低于調節(jié)千斤頂選型額定工作量，滿足使用要求。

3 輪胎拆裝工具有限元參數分析

輪胎拆裝工具的主要受力部件為底部托架和小連桿，對這兩部分進行了受力分析。

有限元分析參數如下：

(1) 載荷：防爆無軌十噸工程車輪胎型號為36×12.5-20×28 PR，該輪胎單個重200 kg，單側托架承受壓力為1 131 N，方向為輪胎中心向接觸面方向。

(2) 約束：連桿上部和托架后部約束條件為鉸接，其他無約束。

(3) 網格參數：基于笛卡爾網格方法劃分網格，網格大?。?.00 mm，誤差：0.30 mm。

分析結果如圖2有限元分析，優(yōu)化后結構所受最大應力處von Mises值為0.56×108N/m2,該值低于選型材料的屈服強度2.07×108N/m2。安全系數達到3.69，輪胎拆裝工具底部受力機構能夠滿足使用要求。

圖2 有限元分析

4 輪胎拆裝工具的應用

一個年產1000萬噸煤礦一般擁有工程車30臺。檢修現場使用輪胎拆裝工具后達到了提高效率和消除安全隱患的目的，使用過程中發(fā)現以下優(yōu)點：

(1) 工作效率提升，使用輪胎拆裝機械工具后取代了原人力拆裝，極大降低工人勞動強度，提高了拆裝重型輪胎效率。原來需要2人協同作用工作1 h，現在1個人20 min就能完成整個過程，工作效率是原來6倍。

(2) 保障了檢修人員的人身安全，檢修人員使用輪胎拆裝工具后解決了拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題，整個拆裝過程不需要人員和輪胎直接接觸，有效消除了拆裝輪胎時的安全隱患。

鑒于檢修人員使用輪胎拆裝工具后帶來的良好效果，現在另外兩個煤礦也使用了該工具，市場推廣潛力巨大。

5 結 語

輪胎拆裝工具的研制，有效的解決了重型輪胎拆卸會發(fā)生憋勁問題，解決了輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問題，解決了輪胎螺栓對孔費時費力問題。經現場使用，拆裝重型輪胎效率是原來人力拆裝效率的6倍，保障勞動群眾的人身安全的同時提高了生產效率，獲得使用人員一致好評。