賈 寧，周好斌，賀藝博，徐向前，董 陽

(西安石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

0 引 言

刮板輸送機(jī)是煤礦綜采工作面中的三大配套設(shè)備之一，其主體構(gòu)成組件包括刮板、鏈輪以及鏈條等。刮板與鏈條組裝成為刮板鏈，是刮板輸送機(jī)的重要牽引機(jī)構(gòu)。刮板輸送機(jī)故障形式多樣，其中由刮板鏈條損壞導(dǎo)致的故障眾多，成為影響刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行的重要因素。刮板輸送機(jī)的損壞不僅降低了煤礦企業(yè)運(yùn)行效率，也會影響煤礦企業(yè)的安全開采。

現(xiàn)今階段，我國在煤炭開采設(shè)備維修上仍舊處于發(fā)展階段，刮板鏈條維修時拆裝過程沒有專用設(shè)備，每次拆裝都要進(jìn)行人工的抬刮板高強(qiáng)度體力勞動。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的設(shè)備越造越大，刮板越來越重，人工抬不動，只能在地上拖著拆裝，效率極低，且工人長期從事此類工作，易引發(fā)安全問題。為解決刮板鏈拆裝的問題，研究設(shè)計(jì)一種自動拆裝的裝置，能將刮板的上下兩部分拆卸開來，再與鏈條組裝成為刮板鏈，提高其拆裝效率。通過對刮板鏈拆裝機(jī)固定夾緊、螺栓拆卸、刮板分離、平移與鏈條組裝工作流程的分析，對該裝置中刮板連接螺栓拆卸、刮板拆卸、刮板與鏈條組裝等幾個單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。解決了工作流程中刮板鏈條，螺栓的匹配問題，對刮板輸送機(jī)的維護(hù)有著重要意義。

1 刮板鏈自動拆裝定位裝置的組成

刮板鏈的拆裝定位裝置應(yīng)滿足刮板固定夾緊、螺栓拆卸、刮板分離、平移與鏈條組裝等工作流程，因此文中設(shè)計(jì)的刮板鏈自動拆裝定位裝置主要由支架、橫梁行走機(jī)構(gòu)、刮板上部分升降機(jī)構(gòu)、刮板下部分升降機(jī)構(gòu)等四部分組成?？傮w裝配圖如圖1所示。

圖1 自動拆裝定位裝置整體裝配圖

采用電機(jī)和油缸作為移動和升降的驅(qū)動，通過此裝置將刮板鏈組裝完成，由牽引機(jī)構(gòu)牽引到緊固裝置進(jìn)行緊固，直至完成刮板鏈的整體維修。

2 自動拆裝定位裝置關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

如何拆卸刮板并整體平移到鏈條鋪設(shè)位置與鏈條匹配，是該裝置當(dāng)中復(fù)雜程度較高且難度較大的問題。保證拆卸螺栓時的定位準(zhǔn)確、螺栓拆卸后螺栓，刮板，鏈條之間的匹配是該裝置的關(guān)鍵。針對這些關(guān)鍵問題，刮板自動拆裝定位裝置主要對以下結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過NX軟件建模，對一些結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了裝配。

2.1 橫梁行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于刮板上下兩部分在分離過程中分別固定在不同的機(jī)構(gòu)上，為了保證平移到鏈條鋪設(shè)位置后上下兩部分的匹配，實(shí)際了如圖2所示的支架及橫梁機(jī)構(gòu)，保證了在平移過程中兩部分機(jī)構(gòu)的相對靜止。

圖2 支架和橫梁機(jī)構(gòu)

2.2 刮板上部分升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

刮板上部分升降機(jī)構(gòu)中，包括了連接螺栓拆卸機(jī)構(gòu)，刮板固定夾緊機(jī)構(gòu)，以及升降機(jī)構(gòu)。

2.2.1 刮板固定與上部分夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

刮板的固定夾緊裝置主要包括一端固定爪手、另一端液壓油缸與可移動爪手，刮板整體由搬運(yùn)機(jī)構(gòu)放置在工作位后，另一端液壓油缸推動爪手套入刮板，不斷推動直到兩端爪手夾緊刮板上部分。

2.2.2 刮板連接螺栓拆卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

刮板連接螺栓拆卸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的拆卸機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確的自動定位到拆卸螺栓，是實(shí)現(xiàn)刮板自動拆卸的關(guān)鍵，在螺栓拆卸機(jī)構(gòu)中，設(shè)計(jì)帶有螺紋的固定桿連接下底板與上固定板，螺紋固定桿下端套入夾具，螺紋固定桿連接上下板形成可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)在工作時，電機(jī)與減速器輸出軸連接拆卸套筒，為螺栓拆卸提供扭矩和動力，固定桿與夾具會對刮板進(jìn)行固定夾緊，同時保證了拆卸套筒能準(zhǔn)確的落入拆卸螺栓所在位置，解決了螺栓拆卸時的定位準(zhǔn)確問題。

在連接螺栓拆卸時，一般同時安裝三組該機(jī)構(gòu)，但不同規(guī)格的刮板連接螺栓間距不同，為解決這一問題，在固定該機(jī)構(gòu)的長板上開長槽，在裝置拆卸下一批不同規(guī)格刮板時，可通過人為調(diào)節(jié)螺栓拆卸機(jī)構(gòu)的位置。圖3為螺栓拆卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖。

圖3 螺栓鉆銑拆卸機(jī)構(gòu)圖1.電機(jī) 2.減速器 3.套筒連接件 4.螺紋固定桿 5.夾具 6.長槽板 7.托板 8.壓板

2.2.3 升降機(jī)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的升降機(jī)構(gòu)，通過將液壓油缸、導(dǎo)軌滑塊分別布置在靠板兩側(cè)，油缸伸出端通過連接銷與安裝在滑塊上的整體機(jī)構(gòu)連接，通過油缸便可控制滑塊上安裝的機(jī)構(gòu)整體上下動作。

2.2.4 刮板上部分升降機(jī)構(gòu)的裝配

根據(jù)裝置的工作流程，刮板上部分升降機(jī)構(gòu)需滿足刮板固定夾緊、拆卸連接螺栓、升降刮板上部分等工作，如何保證工作過程中，刮板與連接螺栓位置保持匹配，是刮板上部分升降機(jī)構(gòu)的重要問題。在進(jìn)行裝配時，充分運(yùn)用到升降機(jī)構(gòu)中油缸控制滑塊以及滑塊上機(jī)構(gòu)上下動作這一特點(diǎn)，用升降機(jī)構(gòu)將各機(jī)構(gòu)連接起來，按工作流程將其裝配為三層，其裝配圖如圖3所示，通過控制不同的升降油，既能滿足連接螺栓拆卸機(jī)構(gòu)、固定夾緊獨(dú)立升降，又能滿足兩部分機(jī)構(gòu)整體升降。

圖4 刮板上部分升降機(jī)構(gòu)裝配圖

2.3 刮板下部分升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對刮板拆裝過程中，刮板下部分在連接螺栓拆卸完成后，要保持固定位置不變進(jìn)行上下升降的問題。設(shè)計(jì)了如圖4所示的刮板下部分升降機(jī)構(gòu)，刮板下部分在連接螺栓拆卸完成后，要保持固定位置不變進(jìn)行上下升降。該機(jī)構(gòu)通過承載在連接件上的磁鐵，在刮板連接螺栓拆卸后對刮板下部分進(jìn)行固定，保持其位置不變，通過一套升降機(jī)構(gòu)將連接件布置在滑臺上，實(shí)現(xiàn)對刮板下部分的上下動作。

圖5 刮板下部分升降機(jī)構(gòu)

3 工作原理

(1) 刮板由輸送裝置輸送到指定工作位置時，刮板上部升降機(jī)構(gòu)中的單側(cè)可動液壓油缸與爪手推動刮板直到拆卸位置，此時刮板整體到達(dá)拆卸位置且兩端爪手固定并夾緊刮板上部分。該機(jī)構(gòu)以液壓油缸推動一側(cè)爪手將刮板推進(jìn)另一側(cè)爪手直至爪緊的原理，可以滿足不同規(guī)格的刮板的固定夾緊功能，工作可靠，控制簡單。

(2) 連接螺栓拆卸裝置在刮板上部分上降機(jī)構(gòu)上升降，夾具向下夾住刮板實(shí)現(xiàn)對拆卸螺栓的定位，電機(jī)啟動，對螺栓進(jìn)行拆卸。拆卸完成后，刮板下部分升降機(jī)構(gòu)升降，磁鐵吸住刮板下部分，完成對刮板下部分的固定。三組連接螺栓拆卸裝置在工作過程中布置在長槽板板上，在更換拆卸刮板型號時進(jìn)行調(diào)節(jié)，便可滿足不同型號刮板的連接螺栓拆卸。

(3) 連接螺栓拆卸完成后，刮板上部分升降機(jī)構(gòu)中爪手抓緊刮板，螺栓拆卸裝置套住螺母向上升降。刮板下部分升降機(jī)構(gòu)通過磁鐵吸住刮板下部分與固定在刮板下部分當(dāng)中的螺栓向下上降，至此完成刮板拆卸。在刮板分離過程中，刮板上下兩部分保持分離時的固定位置不變。

(4) 橫梁行走機(jī)構(gòu)在電機(jī)為動力的情況下，帶動整體升降機(jī)構(gòu)向鏈條鋪設(shè)位置平移，到達(dá)指定位置后，刮板上部分升降機(jī)構(gòu)向下，刮板下部分升降機(jī)構(gòu)向上，連接螺栓套入螺母，完成刮板與鏈條的組裝。組裝完成后，上下升降機(jī)構(gòu)退回原位置，橫梁行走機(jī)構(gòu)返回原位置進(jìn)行下一組拆裝。將上下兩部分升降機(jī)構(gòu)分別懸掛在橫梁兩側(cè)，在安裝維修裝置時便于安裝維修。

裝置的工作原理以刮板鏈拆卸的流程為出發(fā)，每層機(jī)構(gòu)都有其獨(dú)立自主的升降機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置，在工作過程中保證了時序性，同時又能上下兩部分升降整體進(jìn)行升降與移動，解決了拆裝過程中連接螺栓，刮板，鏈條之間的匹配問題，裝置的運(yùn)動完全由PLC控制，各機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡單，方便控制，通過各機(jī)械結(jié)構(gòu)方便地對各部件進(jìn)行放置、夾緊、拆卸、升降、平移等動作進(jìn)行邏輯時序控制，以實(shí)現(xiàn)對整個刮板鏈拆裝定位過程的控制，操作簡單，工作穩(wěn)定可靠。

4 應(yīng)用效果

在該裝置中，重點(diǎn)對連接螺栓的組裝拆卸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，根據(jù)NX建立的模型圖進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)加工，選取合適的電機(jī)減速器進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明連接螺栓拆卸組裝過程穩(wěn)定，能夠滿足自動拆卸組裝刮板鏈條的作業(yè)要求。在對整個刮板鏈條拆裝裝置進(jìn)行生產(chǎn)加工時，重點(diǎn)解決了幾個升降氣缸的干涉問題，基本滿足對刮板的抓取夾緊，螺栓拆卸機(jī)構(gòu)升降拆卸，上下升降機(jī)構(gòu)升降，連接螺栓的拆卸和整體位移。與刮板鏈拆卸組裝生產(chǎn)線結(jié)合起來，經(jīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化控制。

5 結(jié) 語

根據(jù)生產(chǎn)要求，對刮板鏈自動拆裝裝置的工裝系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，重點(diǎn)解決了鏈接螺栓與刮板鏈條的匹配問題。在生產(chǎn)應(yīng)用中節(jié)省了大量的人力和物力，降低刮板鏈組裝的成本，簡化工藝布置形式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化控制，提高維修效率，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。