左學(xué)海,張瑞平,文 彪,李 浩,李城磊,張虎虎

(1.山西大同大學(xué),山西 大同 037003;2.山西省忻州市保德縣王家?guī)X煤業(yè)有限公司,山西 忻州 034000)

煤礦設(shè)備的正常運(yùn)行和定期檢修是煤炭開采的重要環(huán)節(jié)之一,煤礦生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)單位,每年對多種機(jī)電設(shè)備的檢修的工作量很大,特別是一些大型機(jī)電設(shè)備在檢修時,往往需要拆卸聯(lián)軸器,由于聯(lián)軸器直徑較大,且與軸多為小過盈較緊配合或大過盈無鍵配合,因此拆卸困難,給煤礦生產(chǎn)及機(jī)電設(shè)備維修帶來很多的損失[1]。目前在拆卸聯(lián)軸器方面主要以人工為主,在自動化、智能化拆卸設(shè)備方面應(yīng)用很少[2]。根據(jù)已有的拆卸方法,設(shè)計(jì)一種機(jī)電液一體化的拆卸裝置,采用PLC作為控制器,用液壓力作為驅(qū)動力,包括升降機(jī)構(gòu)和拉拔機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用溫差-壓力法來拆卸聯(lián)軸器[3],即利用電磁感應(yīng)加熱聯(lián)軸器外表面,使其孔受熱膨脹,因此聯(lián)軸器和軸之間的過盈量減小形成間隙;然后利用液壓力將聯(lián)軸器和軸分離完成拆卸。

1 礦用聯(lián)軸器拆卸裝置整體結(jié)構(gòu)及工作原理

礦用聯(lián)軸器拆卸裝置由電磁感應(yīng)加熱部分、升降機(jī)構(gòu)、拉拔機(jī)構(gòu)、電器控制組成,共同完成礦用聯(lián)軸器的拆卸。礦用聯(lián)軸器拆卸裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 礦用聯(lián)軸器拆卸裝置的整體結(jié)構(gòu)圖

電磁感應(yīng)加熱部分包括撓性線圈、電磁感應(yīng)控制組、保溫裝置、抗雜波干擾裝置、溫度傳感器等;在拆卸孔軸配合件過程中由于集膚效應(yīng)的存在,加熱采用中頻加熱;在加熱過程中由于溫度傳感器,可以觀察到加熱部位的溫度變化并及時調(diào)整加熱溫度;由于聯(lián)軸器的形狀及規(guī)格不同,因此采用撓性電磁感應(yīng)線圈,在加熱過程中將電磁感應(yīng)線圈纏繞在聯(lián)軸器上;電磁感應(yīng)線圈上帶有保溫材料,防止因?yàn)橥饨鐪囟茸兓绊懠訜嵝省?/p>

升降機(jī)構(gòu)包括移動式升降小車、升降液壓缸、“X”型升降桿、升降板等,移動式小車可以根據(jù)被拆卸聯(lián)軸器的位置在地面上移動,小車后滑輪組帶有剎車,防止拉拔過程中小車移動發(fā)生事故,升降液壓缸帶活塞桿的一端與“X”型升降桿相連,缸體固定在小車底盤上,“X”型升降桿一端與升降底盤相連,另一端與小車底盤相連。升降板固定在“X”型升降桿上,升降板上方固定拉拔液壓缸。

拉拔機(jī)構(gòu)包括拉拔液壓缸、液壓缸上的法蘭盤、調(diào)節(jié)組件、壓套。升降板上設(shè)有燕尾槽,燕尾槽上設(shè)有燕尾滑塊,拉拔液壓缸固定在燕尾滑塊上,拉拔液壓缸缸體可隨燕尾滑塊在燕尾槽上左右移動;調(diào)節(jié)組件包括4個拉桿螺栓,拉桿螺栓一端固定在聯(lián)軸器上,另一端固定在法蘭盤的4個長圓孔上,將被拆卸配合組件和拉拔液壓缸連接起來;由于孔軸配合件的內(nèi)置軸尺寸不同,因此可以定制不同規(guī)格的壓套,壓套套入拉拔液壓缸右活塞桿上頂住孔軸配合件的軸。

電磁感應(yīng)加熱和液壓系統(tǒng)的控制包括控制電磁感應(yīng)線圈的加熱溫度、控制換向閥。通過接收到溫度傳感器的數(shù)據(jù)來控制電磁感應(yīng)線圈加熱的溫度;通過控制換向閥來實(shí)現(xiàn)升降板的升降、拉拔液壓缸的左右移動。

具體拆卸流程:將被拆卸組件置于工作臺上,推動小車使其位于工作臺前方,將壓套套入拉拔液壓缸右活塞桿上,將撓性線圈纏繞在聯(lián)軸器外表面;按下啟動按鈕,升降板上升,當(dāng)壓套的中心線與軸中心位于同一直線上時,升降板停止上升;用墊圈、螺母將拉桿螺栓一端固定在法蘭盤長圓孔的合適位置上,另一端固定在聯(lián)軸器一端,將被拆卸配合組件和拉拔液壓缸連接起來;按下加熱按鈕,撓性線圈開始加熱聯(lián)軸器外表面;給拉拔液壓缸左腔進(jìn)油,右活塞桿伸出帶動壓套緊緊頂住軸受到阻力,在此過程中,撓性線圈加熱使聯(lián)軸器與電機(jī)軸之間產(chǎn)生間隙,拉拔液壓缸產(chǎn)生反作用力帶動聯(lián)軸器向左運(yùn)動直至將聯(lián)軸器和軸分離,卸下調(diào)節(jié)組件和聯(lián)軸器;給液壓缸右腔進(jìn)油使液壓缸歸位;升降板下降使其回到初始位置。

2 礦用聯(lián)軸器拆卸裝置液壓系統(tǒng)工作原理

2.1 拆卸力的確定

理論上,在礦用聯(lián)軸器拆卸過程中所需要的拉力FL應(yīng)與其裝配時壓入的力Fp一致。因該拆卸裝置采用的是電磁感應(yīng)加熱法,使其聯(lián)軸器和軸之間的過盈量減小產(chǎn)生間隙,因此拆卸所需的拉力減小,所以拆卸力應(yīng)該在聯(lián)軸器與孔之間的摩擦力Ff和裝配力Fp之間,即:Ff

摩擦力計(jì)算公式:

Ff=FG×f

式中:FG為礦用聯(lián)軸器的重量;f為摩擦系數(shù)(鋼對鑄鐵的摩擦系數(shù)為 0.15)。

拆卸礦用聯(lián)軸器時的摩擦力:Ff=FG×f=49×10×0.15=73.5 N

裝配力計(jì)算公式:

式中:L為配合面長度,mm;Ycmax為最大測量過盈量,μm;D是聯(lián)軸器的直徑,mm;d是聯(lián)軸器軸的直徑,mm.

裝配聯(lián)軸器時的裝配力為:F壓=141 kN.要考慮到聯(lián)軸器的孔與軸生銹、變形等帶來的阻力,取系數(shù)3.2,實(shí)際裝配力為440 kN.

因此拆卸礦用聯(lián)軸器時的拆卸力為:73.5 N

2.2 液壓系統(tǒng)原理圖

礦用聯(lián)軸器拆卸裝置液壓系統(tǒng)由兩個部分組成,分別為升降機(jī)構(gòu)液壓回路和拉拔機(jī)構(gòu)液壓回路,整部分液壓系統(tǒng)由一套液壓泵源供油,以液壓力作為驅(qū)動力,使兩個機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào)完成拆卸任務(wù),礦用聯(lián)軸器拆卸裝置整體液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 礦用聯(lián)軸器拆卸裝置液壓系統(tǒng)原理圖

升降機(jī)構(gòu)回路:升降平臺上升的速度可以通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié);為了使升降平臺保持在某一位置,在回路中串聯(lián)單向閥,防止液體回流損壞器材[4];行程開關(guān)17、20是升降平臺上升和下降的最高和最低限位。具體工作原理為:當(dāng)1YA、2YA、3YA得到電時,二位四通電磁換向閥2換左位,二位三通電磁換向閥9換右位,二位二通電磁換向閥7換左位,壓力油從泵口流出經(jīng)過換向閥2的左位、換向閥9的右位、節(jié)流閥10、單向閥8,最后流入升降液壓缸6的無桿腔。由于無桿腔油壓大于有桿腔油壓,升降液壓缸6的活塞伸出,節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)活塞的運(yùn)動速度使升降平臺平穩(wěn)上升[5]。當(dāng)觸碰到行程開關(guān)17時,2YA失電,二位三通電磁換向閥9中位接通,升降平臺停止上升泵卸荷,由于單向閥的存在液體不能回流,升降平臺固定在上限位。

拉拔機(jī)構(gòu)回路:為了實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動,選用雙桿活塞式液壓缸[6],當(dāng)拉拔液壓缸左腔進(jìn)油時,推動缸體向左運(yùn)動;反正,當(dāng)拉拔液壓缸右腔進(jìn)油時,缸體則向右運(yùn)動;選用滑閥機(jī)能“M”型三位四通電磁換向閥,可以將液壓缸鎖緊,并且使泵卸荷減少能量的損耗,避免頻繁的啟停電機(jī);通過節(jié)流閥可以調(diào)節(jié)拉拔液壓缸運(yùn)動的速度;行程開關(guān)18、19是拉拔液壓缸左移和右移的最大限位。當(dāng)升降平臺上升到某一位置后,此時1YA失電、5YA得電,二位四通電磁換向閥2換中位,三位四通電磁換向閥4換右位,壓力油從泵口流出經(jīng)過換向閥2的中位、換向閥4的右位、節(jié)流閥12,最后流入拉拔液壓缸5的左腔。液壓缸帶著聯(lián)軸器向左移動,直至將聯(lián)軸器拉出,當(dāng)觸碰到行程開關(guān)18時,5YA失電,拉拔液壓缸停止左移。3 s后4YA得電,三位四通電磁換向閥4換左位,拉拔液壓缸向右移動,當(dāng)觸碰到行程開關(guān)19時,4YA失電,三位四通電磁換向閥換中位,拉拔液壓缸停止右移,拉拔液壓缸歸位[7]。

當(dāng)拉拔工作完成和歸位后,升降平臺需要回到初始位置,3 s后3YA失電時,二位二通電磁換向閥7中位接通,升降液壓缸6油液流入油箱。當(dāng)觸碰到行程開關(guān)20時,升降平臺停止下降回到初始位置。

礦用聯(lián)軸器拆卸裝置液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表如表1所示。

根據(jù)各個機(jī)構(gòu)的動作和各部分液壓回路的原理,可以得到礦用聯(lián)軸器拆卸裝置液壓系統(tǒng)的電磁鐵動作邏輯表,如表2所示,表中“-”表示電磁鐵失電,“+”表示電磁鐵得電。

表2 電磁鐵動作邏輯

3 礦用聯(lián)軸器拆卸裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)原理圖

礦用聯(lián)軸器拆卸裝置的電氣控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示。液壓泵將油箱中的油液輸入到系統(tǒng)中為系統(tǒng)提供動力,電路由主電路和控制電路組成。當(dāng)開關(guān)SB3按下時,交流接觸器KM1的線圈通電并自鎖,電機(jī)啟動,同時中間繼電器KA0的線圈通電PLC上電。當(dāng)開關(guān)SB2按下時,KM1和KA0的線圈斷電同時電機(jī)停止轉(zhuǎn)動、PLC停止運(yùn)行。電路有短路、過載和過低壓保護(hù)[8]。

圖3 電氣原理圖

3.2 控制系統(tǒng)動作流程

根據(jù)礦用聯(lián)軸器拆卸裝置液壓系統(tǒng)原理圖,設(shè)計(jì)出完整的礦用聯(lián)軸器拆卸裝置的動作流程圖。拆卸工作完成之后礦用聯(lián)軸器拆卸裝置回到初始位置。動作流程如圖4所示。

圖4 整體動作流程圖

1) 各個機(jī)構(gòu)均處于原始狀態(tài),等待發(fā)出操作信號;

2) 液壓泵驅(qū)動電機(jī)的啟動,電機(jī)開始轉(zhuǎn)動;

3) 定時器開始計(jì)時,3 s后升降缸伸出,升降平臺緩慢上升,當(dāng)觸碰到限位開關(guān)1 h,停止上升;

4) 升降平臺穩(wěn)定后,給拉拔液壓缸一腔進(jìn)油使活塞桿向右移動頂住電機(jī)軸產(chǎn)生阻力,且在此過程中感應(yīng)加熱線圈加熱使聯(lián)軸器與電機(jī)軸之間產(chǎn)生

間隙,拉拔液壓缸產(chǎn)生反作用力帶動聯(lián)軸器向左移動直至聯(lián)軸器和軸分離,當(dāng)觸碰到限位開關(guān)2 h,停止左移;

5) 定時器開始計(jì)時,3 s后拉拔液壓缸向右移動,當(dāng)觸碰到限位開關(guān)3 h,停止右移,回到拉拔工作開始時位置;

6) 定時器開始計(jì)時,3 s后升降缸縮回,升降平臺緩慢下降,當(dāng)觸碰到限位開關(guān)3 h,停止下降,降到最開始的位置[9]。

4 結(jié) 語

通過PLC來控制液壓系統(tǒng),驅(qū)動礦用聯(lián)軸器拆卸裝置的各個機(jī)構(gòu)順序地動作,完成拆卸礦用聯(lián)軸器的過程。整體裝置實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液一體化,具有良好的自動化水平,可以運(yùn)用在煤礦上拆卸電機(jī)端、水泵段上的聯(lián)軸器。該裝置解決了拆卸力度大、拆卸難度高的問題,減少了工人的勞動強(qiáng)度,減少了對零件的損害,提高了拆卸效率。