液壓支架側(cè)護板拆裝專用旋轉(zhuǎn)夾抱機械手的研發(fā)及應(yīng)用

李佐錄

（國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司礦山機械制造維修分公司，寧夏銀川 750001）

1.項目背景

近幾年，隨著液壓支架維修量增大，液壓支架維修工期也越加緊張。在支架維修作業(yè)過程中，拆裝液壓支架側(cè)護板作業(yè)對后續(xù)的維修進度有著直接地影響，是決定液壓支架維修進度的重要環(huán)節(jié)[1]。

在現(xiàn)階段拆裝液壓支架側(cè)護板時，通常使用行車吊住側(cè)護板（軟連接），員工使用撬杠、大錘等工具，緩慢的撬出或推入側(cè)護板（拆解工藝與組裝工藝相反）。

該檢修方法存在的問題有：

（1）人員在頂梁上部作業(yè)，屬高空作業(yè)，無法掛安全繩。

（2）側(cè)護板用吊鏈、鋼絲繩吊掛固定，屬軟連接，存在風(fēng)險。

（3）拆解過程使用撬杠、牽引繩，存在較大安全隱患；拆解過程中基本上靠人力拆解，工人勞動強度大。

基于以上原因，急需設(shè)計一種機械化工裝，來升級原有支架側(cè)護板拆解工藝，提升拆裝功效，提高液壓支架拆裝作業(yè)安全。

2.研究目標(biāo)

傳統(tǒng)的檢修方法因為受到進度、安全、勞動強度的制約，無法滿足現(xiàn)有生產(chǎn)需求，針對現(xiàn)階段檢修過程中存在的問題，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，借助以往拆裝液壓支架側(cè)護板的經(jīng)驗，設(shè)計制作出一種滿足拆裝不同規(guī)格尺寸液壓支架側(cè)護板的專用裝置，用以解決傳統(tǒng)檢修方法所出現(xiàn)的問題具有重大意義。

目前國內(nèi)外維修支架的企業(yè)，都是采用人工方法拆裝頂梁和掩護梁的側(cè)護板，員工勞動強大、效率低，存在一定程度的安全隱患。

設(shè)計一種拆裝液壓支架側(cè)護板專用裝置，能夠使整個拆裝過程實現(xiàn)機械化，提高工作效率是行業(yè)發(fā)展的需求和趨勢，通過夾抱機械手的研究、應(yīng)用，實現(xiàn)以下效果：設(shè)計制造一臺以叉車為基本載體，利用叉車液壓控制系統(tǒng)進行液壓支架頂梁和掩護梁側(cè)護板的拆裝專用設(shè)備，實現(xiàn)液壓支架側(cè)護板的拆裝功能。從而達到提高機械化、減員增效，解決支架側(cè)護板拆裝作業(yè)難題，降低維修成本，提高側(cè)護板拆裝作業(yè)安全性能，填補國內(nèi)外機械化拆裝液壓支架側(cè)護板的空白。

為了有效拆裝不同規(guī)格、不同傾斜角度液壓支架的側(cè)護板，以夾持、旋轉(zhuǎn)、平移、傾斜角調(diào)整4個動作為基礎(chǔ)進行研究，主要研究內(nèi)容如下：

2.1 主要實施內(nèi)容

（1）采用叉車為基礎(chǔ)，改進叉車液壓控制系統(tǒng)，便于控制機械手對液壓支架側(cè)護板的夾持、旋轉(zhuǎn)、平移、角度調(diào)整。

（2）裝置采用機械手方式，利用千斤頂活塞桿調(diào)節(jié)機械手，使機械手在一定范圍內(nèi)來回活動，調(diào)整機械手開口大小。

（3）采用液壓馬達對機械手進行旋轉(zhuǎn)、采用擺動千斤頂調(diào)整機械手傾斜角。

2.2 研究預(yù)期目標(biāo)

（1）設(shè)計制造一臺以叉車為載體，利用叉車液壓系統(tǒng)控制專用夾抱機械手進行液壓支架側(cè)護板的拆裝。機械手可在635mm～945mm來回活動夾持不同尺寸的液壓支架側(cè)護板，可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)以及0°～90°的角度傾斜調(diào)整，以滿足各類型號、不同傾角液壓支架側(cè)護板的拆裝。

（2）減少作業(yè)人員：原有人工拆裝需要信號指揮工1名，行車工1名、牽引人員2名、拆裝人員3名，而設(shè)計發(fā)明該裝置后預(yù)計只需要1名叉車工和1名指揮工即可完成工作。

（3）提高生產(chǎn)效率：原有人工拆裝4架/d/7人，而設(shè)計發(fā)明該裝置后預(yù)計機械拆裝8架/d/2人，在人員減少71%的情況下，工作效率提高50%。

（4）保障安全：使用該裝置避免高空作業(yè)地風(fēng)險、歪拉斜吊的隱患，確保按章操作，促進規(guī)范安全操作。

（5）降低勞動強度：使用該裝置避免人工使用大錘、撬杠等工具的高強度勞動作業(yè)，降低員工的勞動強度。

3.原理分析

設(shè)計一種裝置，采用叉車為底盤，利用叉車動力源進行側(cè)護板的拆解、組裝。執(zhí)行元件采用機械手方式，對側(cè)護板實行硬夾持[2]。

針對不同型號液壓支架側(cè)護板，設(shè)計利用千斤頂活塞桿的往復(fù)運動（P4）來調(diào)節(jié)機械手開口的大小，以適合不同截面尺寸側(cè)護板拆裝的需要。在拆解、組裝過程中頂梁、掩護梁的相對位置不是水平的，存在一定的傾斜角，設(shè)計使用液壓馬達可以進行360°旋轉(zhuǎn)（P2）、安裝兩件擺動千斤實現(xiàn)裝置0°～90°傾斜角的調(diào)整（P3）。通過叉車升降（P1）調(diào)節(jié)機械手的夾持高度。圖1和圖2為該裝置運行方式示意圖和機械手構(gòu)思圖。

圖1 裝置運行方式示意圖

圖2 機械手構(gòu)思圖

具體描述：

（1）機械手夾持裝置：機械手部件想要在滑道中自由滑動，必須有動力部件，設(shè)計兩件夾持油缸，利用叉車液壓系統(tǒng)，給兩件油缸上下腔供液，使機械手實現(xiàn)夾持或釋放的目的。

（2）夾持機械手：夾持機械手設(shè)計成兩個獨立機構(gòu)，每個機構(gòu)可通過滑塊在滑道中自由滑行，一件機械手工件的一端設(shè)計成滑塊，另一端設(shè)計成一個寬約300mm左右?guī)古_的U型扣板，確保通可卡住側(cè)護板側(cè)板，另一件機械手工件的一端同樣設(shè)計成工字型滑塊，另一端設(shè)計成長度約600mm左右的L型扣板，確保在叉車運行到合適位置時其可卡住側(cè)護板頂板，利用夾持油缸使夾抱機械手的兩件子件同時卡住側(cè)護板的兩端側(cè)板時，利用叉車運行，帶動側(cè)護板整體運動，拆離或安裝到頂梁或掩護梁指定位置，達到設(shè)計要求，實現(xiàn)應(yīng)用目的。

（3）機械手滑動機構(gòu)：機械手通過滑道與滑塊自由滑動。將滑道設(shè)計成T型軌道槽，機械手設(shè)計為獨立的兩件子件，每個子件與滑道連接處設(shè)計成工字型滑塊，確保左右滑動通常。

（4）旋轉(zhuǎn)齒圈組件：設(shè)計一種軸承齒圈，外圈通過螺栓固定在減速器安裝架上，內(nèi)齒圈應(yīng)可通過軸承機構(gòu)自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動機械手安裝板應(yīng)可360°旋轉(zhuǎn)。

（5）動力元件及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；設(shè)計一個液壓馬達，運用叉車液壓系統(tǒng)馬達旋轉(zhuǎn)，經(jīng)馬達將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，馬達齒輪旋轉(zhuǎn)帶動減速器降速輸出，減速器輸出軸齒輪旋轉(zhuǎn)帶動齒圈組件內(nèi)部齒圈從動旋轉(zhuǎn)。將馬達、減速器、齒圈組件利用螺栓全部固定安裝于可調(diào)節(jié)門架上，通過鉸接銷軸，一端與夾抱裝置固定門架固定，另一端與傾斜油缸連接，通過調(diào)節(jié)油缸調(diào)整角度，通過螺栓將減速器與固定架固定為一體。

（6）傾斜裝置：設(shè)計兩件傾斜油缸，一端與固定門架相連，另一端通過鉸接銷與可調(diào)整門架相連。通過傾斜油缸來調(diào)整夾抱旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組件，使其角度與待夾持的側(cè)護板相適應(yīng)，待夾持好部件后再通過收縮傾斜油缸，使夾持件保持安全牢靠的形態(tài)，確保安全運輸。通過叉車運輸?shù)街付ㄎ恢煤笤偕炜s傾斜油缸，將部件放到指定位置。

4.關(guān)鍵技術(shù)或技術(shù)難點

（1）對夾抱機械手的旋轉(zhuǎn)裝置、馬達、減速器的匹配選型及設(shè)計，對叉車的固定門架、可調(diào)節(jié)門架結(jié)構(gòu)的設(shè)計及調(diào)整[3]。

（2）如何利用叉車液壓動力系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等進行設(shè)計改進，對各類閥鎖的選型設(shè)計及液壓管路的連接設(shè)計，確保夾抱機械手與叉車使用同一操作系統(tǒng)，互相不干涉。

（3）機械手對側(cè)護板實行硬夾持時夾持方式的選擇，機械手調(diào)節(jié)開口大小方式的選擇，以實現(xiàn)不同規(guī)格型號液壓支架大小不同的側(cè)護板可使用同一裝置進行拆解、組裝的功能。

（4）如何使用液壓馬達實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

（5）如何利用擺動千斤，實現(xiàn)0°～90°調(diào)節(jié)。

5.創(chuàng)新點

（1）該裝置利用叉車動力源對側(cè)護板實行硬夾持，利用千斤頂活塞桿的運動來調(diào)節(jié)機械手開口的大小，使機械手可以在635mm～945mm來回運動，以適合不同截面尺寸側(cè)護板拆解、組裝的需要。

（2）利用液壓馬達對裝置進行360°旋轉(zhuǎn)，通過兩件擺動千斤，實現(xiàn)對裝置0°～90°傾斜角的調(diào)節(jié)，以滿足不同傾斜角液壓支架側(cè)護板的拆裝。

（3）叉車液壓系統(tǒng)控制機械手升降，以滿足不同高度的液壓支架側(cè)護板的拆裝。

6.實用性

6.1 經(jīng)濟效益

6.1.1 降低維修成本

按1年維修1800架支架測算，該裝置獲直接經(jīng)濟效益為221.4萬元。

直接經(jīng)濟效益（創(chuàng)新發(fā)明前的拆裝人工費-創(chuàng)新發(fā)明后的拆裝人工費）：

創(chuàng)新發(fā)明前的拆裝人工費（拆解人工費+組裝人工費）：442.8萬元：

（1）拆解人工費用=1800架/4架/d×25人×8h/d×30元/h=270萬元。

（2）組裝人工費用=1800架/4架/d×16人×8h/d×30元/h=172.8萬元。

創(chuàng)新發(fā)明后的拆裝人工費（拆解人工費+組裝人工費）：221.4萬元：

（1）拆解人工費用=1800架/8架/d×25人×8h/d×30元/h=135萬元。

（2）組裝人工費用=1800架/8架/d×16人×8h/d×30元/h=86.4萬元。

6.1.2 提高維修效率

采用原有的拆裝工藝，每天拆裝4架ZY10000/28/62D型液壓支架的側(cè)護板，遇到銹蝕嚴(yán)重的，還需延點加班。采用此裝置拆裝，每天拆裝8架ZY10000/28/62D型液壓支架的側(cè)護板，工作效率翻一番。

6.2 社會效益

（1）適應(yīng)性強。該裝置滿足從TAGOR4800/12/28-POZ型液壓支架到ZY13000/28/55D型液壓支架等支架側(cè)護板的拆裝。

（2）提高安全性。該裝置的使用，拆裝工作全部由叉車完成，行車用于其他拆裝工序，提高了設(shè)備使用率和作業(yè)效率，原有人工拆裝采用軟連接，全靠人力解決，人員集中，且存在高空作業(yè)，而創(chuàng)新發(fā)明的機械拆裝采用硬鏈接，由叉車提供動力，作業(yè)人員少，杜絕和消除了因軟連接和作業(yè)人員集中造成的危險。大幅降低員工的勞動強度。

（3）先進性及推廣性。因國內(nèi)沒有類似裝置，這一裝置可在國內(nèi)外同行業(yè)中極大地推廣使用，最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢，降低勞動強度，提高安全性。

7.結(jié)語

截至目前，在國內(nèi)外液壓支 架檢修過程中，還未有專業(yè)拆裝液壓支架頂梁、掩護梁側(cè)護板的夾報機械手。大多支架檢修企業(yè)拆裝側(cè)護板作業(yè)還停留在最原始的依靠人力、行車、撬杠、手錘等簡單工具作業(yè)的狀態(tài)。這種作業(yè)無法保證支架檢修的人員的安全性、檢修質(zhì)量的可靠性，同時支架檢修的效率較低，不能滿足當(dāng)代煤礦高度發(fā)展的需要。因此，改善并解決液壓支架檢修中這一瓶頸難題迫在眉睫。本文闡述的液壓支架側(cè)護板拆裝專用旋轉(zhuǎn)夾抱機械手很好地解決了以上所有難題。其通過叉車載荷，很好地將人工拆裝側(cè)護板作業(yè)轉(zhuǎn)化為機械化作業(yè)，利用它可縮短檢修工藝，使工作效率成倍提升，同時安全性也大大提升，并且將拆裝運輸作業(yè)一并完成。側(cè)護板夾報機械手操作簡單、適應(yīng)性強，可普遍應(yīng)用于支架檢修及其他類似設(shè)備檢修或搬用作業(yè)中，具有極強的應(yīng)用型及推廣性。