煤礦液壓支架拔卡工具設(shè)計(jì)

摘要：煤礦生產(chǎn)中液壓支架是極其重要的設(shè)備之一，在目前煤礦產(chǎn)能不斷增加的形勢下，液壓支架維修配套任務(wù)顯得尤為吃緊，而其維修全過程中解體環(huán)節(jié)龐大的液壓管路拆解工作中，U型卡的拆解量巨大，傳統(tǒng)的拆解方式雖然簡單易行，但存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)以及部分極限位置難以施力、拆解。故在滿足拆解工藝技術(shù)的前提下，本文專門針對小型U型卡的拆解作業(yè)條件、方式方法，提出并設(shè)計(jì)了一款新穎、強(qiáng)勁的小型U型卡拔卸工具鉗。

關(guān)鍵詞：液壓支架;拔卡鉗;分步式;設(shè)計(jì)

0 前言

當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和社會(huì)各業(yè)對各種能源需求量的不斷增加，而我國目前主要的能源形式依然為煤炭資源，因此，煤礦產(chǎn)業(yè)及其配套設(shè)備維修企業(yè)存在較大的壓力。同時(shí)，煤礦生產(chǎn)過程中的機(jī)械化進(jìn)程也在不斷增加，各種先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備、技術(shù)工藝、工具器具等應(yīng)用其中來提高其自動(dòng)化、高效化水平，降低其勞動(dòng)強(qiáng)度、改善人機(jī)工程適應(yīng)性程度。液壓支架作為煤炭生產(chǎn)的重要支護(hù)設(shè)備，大采高液壓支架更是高產(chǎn)、高效綜合機(jī)械化采煤理想的工作面支護(hù)設(shè)備，其維修配套效率較為緊迫。針對目前大采高液壓支架維修效率等問題，單從液壓系統(tǒng)管路拆解方面考慮，小型卡類總量占管路拆解總量的80%以上，故需要對傳統(tǒng)使用撬杠拆解U型卡的方式進(jìn)行改進(jìn)來提高其拆解環(huán)節(jié)安全性和高效性，并且在降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)過程人機(jī)工程適應(yīng)性方面都將有很大提升。

1 卡類傳統(tǒng)拆解方式及其弊端

基于當(dāng)前煤炭產(chǎn)能高，相應(yīng)的液壓支架接續(xù)配套量多，因此當(dāng)前液壓支架維修總數(shù)量多，其液壓管路總量龐大、銹蝕嚴(yán)重且錯(cuò)綜復(fù)雜等情況，U型卡的拔卸工作采用原始的榔頭撬杠組合既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，敲、砸過程存在安全隱患，部分處于自由狀態(tài)的管卡和垂直安裝于部件表面的管卡，采用原始工具不易施力，拔取困難，當(dāng)前亦有針對性的創(chuàng)新產(chǎn)品但效果皆不明顯，問題亟待解決。

2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

針對原始的U型銷拆卸工作過程弊端，以及部分已有的該類創(chuàng)新項(xiàng)目難以取得實(shí)效，不能真正投入應(yīng)用。本方案設(shè)計(jì)了一款新穎、靈巧、輕便、高效、平穩(wěn)、強(qiáng)力且拉拔范圍廣的拔卡工具鉗，利用杠桿原理以及鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)接近死點(diǎn)（極限）位置時(shí)獲得的巨大的力，安全、高效、平穩(wěn)地完成U型銷的拆卸工作，事半功倍。通過研究測繪各類接頭和U型卡形狀、尺寸，精心設(shè)計(jì)鉗頭部位，以及與之配合的用于調(diào)節(jié)“檔位”用以完成分步拉拔功能的可調(diào)節(jié)活動(dòng)墊塊，配合鉗柄處的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)完成“分步”功能，設(shè)計(jì)加長鉗柄施力，獲得大的力臂比（即獲得大的力），配合鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)接近死點(diǎn)位置理論上無窮大的力，此二力疊加，力大無窮，并配合微調(diào)螺旋機(jī)構(gòu)（兼作拉桿）必要時(shí)刻進(jìn)行微調(diào)，最終完成設(shè)計(jì)。如下圖1，是位于兩個(gè)工作位置時(shí)的總設(shè)計(jì)圖，各零件間的位置關(guān)系可一目了然：

經(jīng)過對液壓支架組裝、拆解所需各類U型卡進(jìn)行詳細(xì)測量，并利用CAD輔助制圖軟件，得出拔銷鉗鉗頭詳細(xì)設(shè)計(jì)圖，使其滿足間于DN10-DN20以及KJ10-KJ19之間的包括DN10、DN12、DN16、DN20、KJ10、KJ13、KJ16、KJ19U共計(jì)8種U型卡的拆解任務(wù)，可完成液壓管路約80%以上的拆解任務(wù)量。詳細(xì)設(shè)計(jì)圖如下圖2所示：

如圖3。相應(yīng)的，根據(jù)鉗頭零件尺寸，加工出2件帶凸臺(tái)和溝槽的活動(dòng)墊塊，分別用連桿（連接片）、螺釘?shù)仁苟吲浜?、安裝到位，此相互配合的鉗頭和活動(dòng)墊塊，要求有較高的加工精度，二者可以完美貼合以及相互配合安裝后轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

如圖4所示，鉗頭設(shè)計(jì)有矩形空間（U型卡拔出時(shí)的通道），其溝槽設(shè)計(jì)使之與活動(dòng)墊塊凸臺(tái)配合更平滑、可靠;活動(dòng)墊塊同樣設(shè)計(jì)有矩形空間（U型卡拔出時(shí)的通道），其凸臺(tái)設(shè)計(jì)，與鉗頭凹槽配合使得工作過程更加平滑、可靠。

3 分步式工作設(shè)計(jì)

如實(shí)物圖5所示。為了獲得足夠大的拉拔力、兼顧該工具的整體體積不至于過大，且鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須有大的力矩比，因此，導(dǎo)致微調(diào)螺旋機(jī)構(gòu)（兼作拉桿）的單次行程受限，動(dòng)作一次約可拔出20mm，不足以將過長的U型卡一次性拔出?；诖耍浜香Q頭部位的活動(dòng)墊塊，在雙手握住鉗柄尾部時(shí)，利用大拇指推動(dòng)位于鉗柄上的滑塊，經(jīng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)迫使活動(dòng)墊塊轉(zhuǎn)動(dòng)90度后處于鉗頭端部，墊入經(jīng)第一步拉拔后鉗頭與工件之間留出的約20mm的空間內(nèi)，再次張合鉗柄進(jìn)行第二步施力拉拔，如此兩步，U型卡被平穩(wěn)拉拔拆卸。

基于該拉拔工具設(shè)計(jì)為強(qiáng)力緩和型，平穩(wěn)拉拔后U型卡仍然被微調(diào)螺旋機(jī)構(gòu)端部的勾頭鉤住，并無沖擊、震動(dòng)等不良現(xiàn)象，避免U型卡飛濺、彈射等，可直接予以回收。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明：設(shè)計(jì)組裝后的分步式拔卡工具鉗在達(dá)到高效、強(qiáng)力、快捷拆解U型卡的前提下完全避免了傳統(tǒng)拆解過程沖擊、震動(dòng)、飛濺、彈射等弊端，不僅安全高效，而且極其省力，無需借助其他工具，僅需1人雙手握住鉗柄張合即可直接進(jìn)行U型卡的拆卸工作。目前，本設(shè)計(jì)在國內(nèi)外還屬于空白階段，如果得到推廣引用，市場前景非常可觀。

總之，隨著科學(xué)的持續(xù)發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，各行各業(yè)都將趨于加強(qiáng)推進(jìn)“四新”技術(shù)應(yīng)用，而作為煤炭維修行業(yè)，該拔卡鉗作為一款新型煤礦機(jī)械維修用工具類，不單可用于煤炭企業(yè)維修行業(yè)，在其他有液壓管路、U型卡的機(jī)械設(shè)備上都可使用。該分步式拔卡工具鉗在投入使用后也將接受各種考驗(yàn)并不斷進(jìn)行改進(jìn)以緊跟社會(huì)發(fā)展步伐。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫桓 陳作模 葛文杰.機(jī)械原理[M].七版.北京：高等教育出版社，2006.

作者簡介：劉波（1987- ），陜西榆林人，工程師，2010年畢業(yè)于陜西理工學(xué)院。現(xiàn)于陜煤集團(tuán)神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司工作，主要從事煤礦機(jī)電設(shè)備的管理與維修。