防爆無(wú)軌工程車輪胎拆裝工具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用*

武澤雷，周密林，張廣闊

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原 030006)

0 引 言

煤礦輔助運(yùn)輸是礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要組成部分,它貫穿了礦井各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),根據(jù)全國(guó)煤礦重大事故的調(diào)查分析顯示,煤礦運(yùn)輸事故在礦井各類事故中排名第四,占總事故數(shù)的20%～30%。煤礦企業(yè)為了保障輔助運(yùn)輸車輛制動(dòng)系統(tǒng)完好可靠，一般每季度或每半年對(duì)車輛制動(dòng)器進(jìn)行一次檢查保養(yǎng)。但有的工程車輪胎單個(gè)重量達(dá)到200 kg輪胎拆裝過(guò)程存在費(fèi)時(shí)和不安全問(wèn)題。輪胎被拆卸下來(lái)的瞬間會(huì)掉落在地面上，存在輪胎傾倒傷人危險(xiǎn)。安裝輪胎時(shí)輪胎重量大，安裝輪胎螺栓的對(duì)孔過(guò)程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。

筆者對(duì)輪胎拆裝工具底部拖桿和小連桿進(jìn)行了有限元應(yīng)力分析，通過(guò)對(duì)比最大壓力處von Mises值和材料的屈服強(qiáng)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(guò)在實(shí)際工作中進(jìn)行應(yīng)用，驗(yàn)證了該工具能夠?qū)崿F(xiàn)單人高效、安全完成輪胎拆裝任務(wù)，工作效率提升的同時(shí)為檢修人員的人身安全提供了保證。

1 輪胎拆裝工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪胎拆裝工具設(shè)計(jì)遵循設(shè)計(jì)成果操作簡(jiǎn)單、安全可靠的原則，首先解決拆裝重型輪胎時(shí)的三個(gè)難題：①重型輪胎拆卸時(shí)會(huì)發(fā)生憋勁問(wèn)題；②輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問(wèn)題；③輪胎安裝位置難調(diào)節(jié)所導(dǎo)致的輪胎螺栓對(duì)孔難問(wèn)題。并對(duì)該工具是否滿足使用要求進(jìn)行分析。

(1) 為解決重型輪胎拆卸時(shí)會(huì)發(fā)生憋勁問(wèn)題。拆卸過(guò)程應(yīng)該克服輪胎重力影響，讓輪胎保持一個(gè)與輪胎螺栓垂直角度，并實(shí)現(xiàn)輪胎水平上下調(diào)整。輪胎拆裝工具底部有一個(gè)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)的升降平臺(tái)，升降平臺(tái)升降高度通過(guò)底部千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輪胎在垂直方向200 mm距離范圍活動(dòng)。

(2) 為解決輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問(wèn)題。當(dāng)輪胎剛開(kāi)始發(fā)生傾倒時(shí)必須有機(jī)構(gòu)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(qiáng)滌綸材料，防滑耐磨，承受20 000 N拉力，可以實(shí)現(xiàn)輪胎的防傾倒功能。

(3) 為解決輪胎安裝位置難調(diào)節(jié)所導(dǎo)致的輪胎螺栓對(duì)孔難問(wèn)題。輪胎拆裝工具底部安裝的千斤頂手動(dòng)調(diào)節(jié)輪胎高度，當(dāng)輪胎升降到指定高度后實(shí)現(xiàn)自鎖，安裝時(shí)只需輕輕推入，不需要費(fèi)力的抬撬對(duì)孔過(guò)程。

(4) 檢驗(yàn)輪胎拆裝工具是否滿足使用要求，對(duì)底調(diào)千斤頂進(jìn)行受力分析，對(duì)主要受力部件底部托架和小連桿進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證工具是否滿足使用要求，輪胎拆裝工具底部承載機(jī)構(gòu)實(shí)物圖和三維圖如圖1。

圖1 輪胎拆裝工具底部承載機(jī)構(gòu)實(shí)物和三維圖

2 輪胎拆裝工具調(diào)節(jié)千斤頂受力驗(yàn)證

輪胎拆裝工具底部調(diào)節(jié)千斤頂額定起重量1000 KG，當(dāng)輪胎被抬到最高點(diǎn)時(shí)千斤頂向上力最大，設(shè)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(diǎn)P受到上連桿作用力F3，上支點(diǎn)P受到千斤頂托梁垂直作用力F4，上支點(diǎn)P受到千斤頂托梁水平作用力F5，輪胎重量M，根據(jù)材料力學(xué)，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(jié)果計(jì)算，所需調(diào)節(jié)千斤向上最大力F=3 885 N低于調(diào)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(shù)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(duì)這兩部分進(jìn)行了受力分析。

有限元分析參數(shù)如下：

(1) 載荷：防爆無(wú)軌十噸工程車輪胎型號(hào)為36×12.5-20×28 PR，該輪胎單個(gè)重200 kg，單側(cè)托架承受壓力為1 131 N，方向?yàn)檩喬ブ行南蚪佑|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(wú)約束。

(3) 網(wǎng)格參數(shù)：基于笛卡爾網(wǎng)格方法劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格大小：6.00 mm，誤差：0.30 mm。

分析結(jié)果如圖2有限元分析，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)所受最大應(yīng)力處von Mises值為0.56×108N/m2,該值低于選型材料的屈服強(qiáng)度2.07×108N/m2。安全系數(shù)達(dá)到3.69，輪胎拆裝工具底部受力機(jī)構(gòu)能夠滿足使用要求。

圖2 有限元分析

4 輪胎拆裝工具的應(yīng)用

一個(gè)年產(chǎn)1000萬(wàn)噸煤礦一般擁有工程車30臺(tái)。檢修現(xiàn)場(chǎng)使用輪胎拆裝工具后達(dá)到了提高效率和消除安全隱患的目的，使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 工作效率提升，使用輪胎拆裝機(jī)械工具后取代了原人力拆裝，極大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆裝重型輪胎效率。原來(lái)需要2人協(xié)同作用工作1 h，現(xiàn)在1個(gè)人20 min就能完成整個(gè)過(guò)程，工作效率是原來(lái)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(wèn)題，整個(gè)拆裝過(guò)程不需要人員和輪胎直接接觸，有效消除了拆裝輪胎時(shí)的安全隱患。

鑒于檢修人員使用輪胎拆裝工具后帶來(lái)的良好效果，現(xiàn)在另外兩個(gè)煤礦也使用了該工具，市場(chǎng)推廣潛力巨大。

5 結(jié) 語(yǔ)

輪胎拆裝工具的研制，有效的解決了重型輪胎拆卸會(huì)發(fā)生憋勁問(wèn)題，解決了輪胎拆下瞬間可能發(fā)生的輪胎傾倒問(wèn)題，解決了輪胎螺栓對(duì)孔費(fèi)時(shí)費(fèi)力問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，拆裝重型輪胎效率是原來(lái)人力拆裝效率的6倍，保障勞動(dòng)群眾的人身安全的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，獲得使用人員一致好評(píng)。