礦山用液壓整形機的研制及應(yīng)用

（1、河南省平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦；2、河南省平頂山市理工學(xué)校）

采用已有立柱QY200-14/31 型的液壓控制系統(tǒng)，根據(jù)U 型鋼棚維修和加工卡纜的需要，分別改制出臥式WY-100 和立式LY-4 ×100 型液壓壓力機。經(jīng)過兩年的試用表明兩臺壓力機運行正常，不僅提高了U 型鋼棚復(fù)用數(shù)量和質(zhì)量，降低了材料成本，極大的提高加工配套卡纜的效率。而且LY-4 ×100 型壓力機安裝在井下二水平老車廠，這樣井下需修復(fù)加工的U 型鋼棚就直接在井下進(jìn)行，無需升井再入井，可節(jié)約運輸費用，緩解付井提升緊張局面，經(jīng)濟效益明顯。

1 壓力機的結(jié)構(gòu)及原理

利用液壓傳動提高生產(chǎn)效率，提高安全性和可靠性，MRB125/31.5C 型乳化液泵是臥式三柱塞往復(fù)泵，選用三相交流四極防爆電動機驅(qū)動，經(jīng)一級齒輪減速，帶動三曲拐曲軸旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)連桿滑塊帶動柱塞，使柱塞作往復(fù)動作，這樣使工作液在高壓腔中經(jīng)吸、排液閥吸入和排出，從而使電能轉(zhuǎn)換成液壓能，輸出高壓液體供支柱工作。原理圖如下：

1、立柱；2、安全閥；3、單向閥；4、換向閥；5、加工工件胎具；6、油泵

MRB125/31.5MPa 型乳化液泵與XRXT 系列乳化液泵站、主要是為井下采煤液壓支架提供動力源，也可用于地面及其他液壓設(shè)備。MRB125/31.5MPa 型乳化液泵是臥式三柱塞往復(fù)泵，選用三相交流四極防爆電動機驅(qū)動，經(jīng)一級齒輪減速，帶動三曲拐曲軸旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)連桿滑塊帶動柱塞，使柱塞作往復(fù)動作，這樣使工作液在高壓腔中經(jīng)吸、排液閥吸入和排出，從而使電能轉(zhuǎn)換成液壓能，輸出高壓液體供支架工作。柱塞表面經(jīng)噴涂合金處理，并具有良好的耐磨性。柱塞密封為軟質(zhì)填料結(jié)構(gòu)多道密封。

1.1 壓力機的組成

改制出的臥式WY-100 和立式LY-4 ×100 型液壓壓力機主要由定型設(shè)備和自制加工件組成，主要技術(shù)參數(shù)如下：

① 立柱（QY200-14/31） 初撐力81.4T，工作阻力100T

② 安全閥 額定調(diào)定壓力500kg/cm2

③ 單向閥 開啟壓力0.03～0.05Mpa

④ 換向閥 選三位四通手動換向閥

⑤ 油泵 泵的額定工作壓力31.5 ×108 Pa 額定流量125L/min

⑥ 加工工件胎具 選用45 號鋼材

配套設(shè)備為乳化液泵站電機功率75KW。乳化液箱容積1000L。

1.2 運行原理

液壓傳動中采用液體作為傳動介質(zhì)來傳遞力和運動。主要有三個階段：

（1）初撐階段。換向閥處于伸長柱子位置上位；液壓泵送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥進(jìn)入立柱下腔，立柱上腔排液，使支架立柱伸長胎具作用于工件（U 型鋼）。當(dāng)立柱下腔壓力達(dá)到支架液壓系統(tǒng)動力泵站工作壓力后，換向閥切換至中位，單向閥關(guān)閉，立柱下腔油液被封閉，實現(xiàn)支架工作的初撐。

（2）承載階段。支架支撐后，U 型鋼工件產(chǎn)生彈性壓縮變形，立柱下腔被封鎖的液體壓力隨之迅速彈升，呈增阻狀態(tài)，當(dāng)立柱下腔油液壓力超過安全閥的動作壓力時，高壓液體經(jīng)安全閥溢出，低于安全閥的動作壓力時，安全閥關(guān)閉，呈恒阻狀態(tài)。這一過程稱為支架承載階段，支架的承載載荷稱為工作阻力。

（3）卸載階段 換向閥處于回縮位即下位，高壓液體進(jìn)入立柱上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔排液，實現(xiàn)立柱卸載回縮，胎具離開工件完成加工過程。

經(jīng)過以上設(shè)備部件的共同作用以液體為傳動介質(zhì)，液體沒有固定的形狀，但有一定的體積，所以這種傳動必須在密封容器（QY-200 立柱和高壓管）內(nèi)進(jìn)行，液體只能受壓力，不能受其它應(yīng)力，所以這種傳動是靠受靜壓力的液體進(jìn)行的。是基于物理學(xué)中"帕斯卡"原理來工作的。此設(shè)備的優(yōu)點具有過載保護(hù)和無級變速。

綜上所述：液壓支架在伸長柱子，支撐到回縮柱子的三個過程中具有三性，即增阻性、橫阻性和可縮性。

2 自制部件的設(shè)計與加工

利用已有油泵和立柱及電氣開關(guān)、電機，液壓系統(tǒng)這些設(shè)備，根據(jù)工作需要考慮加工件的尺寸及要求并通過力學(xué)分析自行研制生產(chǎn)了壓力機機身，并自制了加工件胎具。

（1）機身加工尺寸

整個壓力機機身即U 型棚加工框架的尺寸綜合考慮了U 型棚的加工要求，立柱長度，胎具高度和井下實際情況及罐籠尺寸，最后定為1830mm ×1100mm ×2900mm（長×寬×高）。選用36 號工字鋼和32 號工字鋼做加工工件的支架。

工字鋼選用32a 和36a 其中36a 用于工件支架的立體結(jié)構(gòu)四根側(cè)立梁，32a 工字鋼則和36a 交叉橫穿焊接并作為立柱和胎具的實施作用力的支撐面。

（2）胎具考慮井下使用U 型棚的實際情況按最小曲率半徑1.3m，胎具尺寸根據(jù)井下U 型棚的使用尺寸選定為（800mm ×200mm ×300mm）加工面槽深120mm 由29U 的U型鋼斷面而定.這樣能滿足井下各種所需U 型棚的生產(chǎn)規(guī)格，大的曲率半徑可壓輕微一些不到最低位，由經(jīng)驗豐富的操作者控制閥柄。

以上為LY-4 ×100 壓力機的尺寸設(shè)計。WY-100 加工卡纜的冷壓機采用臥式架子節(jié)省材料消耗，操作方便，考慮工件小彎曲變形所需克服的應(yīng)力小采用單一個立柱設(shè)計形式即可。尺寸設(shè)計為2300mm ×360mm ×600mm（長×寬×高）胎具結(jié)合卡纜情況自行設(shè)計加工。加工尺寸如下圖:

(3)應(yīng)力分析

制作加工工件支架的材料選擇抗彎截面摸量Wz 與截面面積A 比值高的截面，抗彎截面模量是控制彎曲強度的一個重要因素，他的大小不僅與截面面積有關(guān)，而且與截面形狀有關(guān)。用料的多少只決定于截面面積。比值Wz/A 大，說明在相同截面面積的條件下，抗彎截面模量大，也就是在用料相同的條件下，梁的承載能力高。從應(yīng)力分布來說明，由于在中性軸附近的彎曲正應(yīng)力值很小，若截面在中性軸附近面積大，則截面上大部分的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許用應(yīng)力，許多材料沒得到充分的利用。綜上所述考慮支架。

3 試驗應(yīng)用

使用新開發(fā)的液壓壓力機修復(fù)和加工的U 型鋼棚及卡纜滿足設(shè)計要求，提高了工作效率，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益。經(jīng)實驗證明回彈后能滿足要求。（礦所用U型棚的曲率半徑在2 米左右，所以可根據(jù)需要調(diào)整壓彎的曲率度，即壓力機上胎下行的位移。）

（1）U 型鋼棚的加工

由于五礦現(xiàn)在開掘戰(zhàn)線有11 個開掘隊施工，兩個綜掘隊。U 型棚使用過程中礦井壓力大，部分U 型鋼棚壓彎、變形，部分巷道的U 型鋼棚需要返修再利用。直接在井下進(jìn)行修復(fù)一班可加工25 架，減少了礦井提升，再入井及裝卸車人力和時間的浪費。

（2）卡纜的加工

五礦空氣錘設(shè)備老化，于1958 年安裝投運，其工藝復(fù)雜費時費工。在近幾十年的服務(wù)過程中，一方面由于服務(wù)年限的增長，設(shè)備老化安全可靠性差，在卡纜的加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障;另一方面由于加工工藝需要進(jìn)行入爐熱處理，每爐只能裝入50 個并需要90min 高溫加熱后才可鍛打，然后還需要10h 的降溫后方可進(jìn)行下一道工序鉆孔。每班只能出產(chǎn)成品50個，這樣卡纜的加工數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，適應(yīng)不了五礦現(xiàn)代化礦井建設(shè)的需要。使用經(jīng)研制的冷壓設(shè)備后平均每班生產(chǎn)600 個卡纜，并且只需兩人操作即可，一人操做按鈕，一人取放料物改善了作業(yè)環(huán)境，極大的提高了勞動效率。該項目得到集團專家的一致好評與認(rèn)可。并通過了集團公司的認(rèn)可，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益巨大，其成果可在平煤神馬集團公司及其它礦井進(jìn)行廣泛的推廣，前景廣闊。

結(jié)論

（1）利用液壓立柱改制成的臥式WY-100 和立式LY-4 ×100 型壓力機加工修復(fù)U 型鋼棚及配套卡纜在集團公司屬首次。

（2）采用WY-100 型壓機冷壓取代空氣錘鍛造工藝加工卡纜，生產(chǎn)效率達(dá)到原來的12 倍。

（3）LY-4 ×100 U 型棚修復(fù)成型機，首次采用在井下直接加工，節(jié)省了升井回收，再加工，再入井這些工序和時間的浪費及勞動力的投入，改善了作業(yè)環(huán)境，緩解了付井提升和礦車供應(yīng)的壓力，同時提高了工作效率。

采用QY200-14/31 型液壓支柱，自行設(shè)計、研制了臥式WY-100 型和立式LY-4 ×100 型壓力機分別對卡纜進(jìn)行冷加工和對U 型鋼進(jìn)行維修、復(fù)用，一方面可以提高我礦的U 型鋼棚復(fù)用量，降低材料成本；另一方面也為配套卡纜的加工提高了效率，降低了材料消耗。它的研制成功更有利于安全，有利于生產(chǎn)，有利于增效的先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備及工藝，為提高勞動效率，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化經(jīng)濟運行質(zhì)量，實現(xiàn)全年各項奮斗目標(biāo)做出積極貢獻(xiàn)。

該項目已在開拓工廠院內(nèi)和二水平老電車房安裝并取得實驗成功，使施工的進(jìn)度加快，工程質(zhì)量已達(dá)到優(yōu)良品，提高了巷道的掘進(jìn)速度。

[1]邊海岸,戴雙獻(xiàn).機械工程師[J].2007(07).

[2]徐燕申.機械設(shè)計[J].2001(7).