三臂鑿巖臺(tái)車(chē)翼式臂座銷(xiāo)軸拔出工藝研究

李兆楠，周桂生，陳嵐，經(jīng)彭

（徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

近年來(lái)隨著工程機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)細(xì)分愈加專(zhuān)業(yè)化， 各門(mén)類(lèi)專(zhuān)用設(shè)備的開(kāi)發(fā)得到了蓬勃發(fā)展，鑿巖臺(tái)車(chē)已廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、水利、礦山和國(guó)防工程建設(shè)中，成為地下工程、礦山采掘、公路隧道、鐵路隧道施工中不可或缺的機(jī)械設(shè)備[1]。三臂鑿巖臺(tái)車(chē)的使用通常以租賃為主，這樣就對(duì)設(shè)備的維修提出了更高的要求。與設(shè)備本身的快速化發(fā)展相比，設(shè)備維修技術(shù)的研究和應(yīng)用卻發(fā)展極為緩慢。由于鑿巖臺(tái)車(chē)設(shè)備各部件的連接以栓接和銷(xiāo)接為主，因此鑿巖臺(tái)車(chē)設(shè)備的維修更多的是拆卸銷(xiāo)軸。 通常情況下，構(gòu)件之間的銷(xiāo)接處在一個(gè)相對(duì)敞開(kāi)的環(huán)境下， 這種工況下拆卸銷(xiāo)軸，使用一些工具，甚至采用半破壞性的手段還是可以將銷(xiāo)軸拔出的。 在一些特殊工況下，有一種銷(xiāo)軸長(zhǎng)期服役在一端封閉的環(huán)境下，這種結(jié)構(gòu)形式下銷(xiāo)軸的拔出至今還沒(méi)有一種好的拆卸方法。

1 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)簡(jiǎn)介

三臂鑿巖臺(tái)車(chē)是一種采用鉆爆法施工的專(zhuān)用液壓鑿巖設(shè)備，是目前世界上隧道和地下硐室鉆爆法施工中最先進(jìn)的鑿巖設(shè)備，具有施工效率高、作業(yè)面積大、施工環(huán)境好、適用范圍廣、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)勢(shì)[2]。

三臂鑿巖臺(tái)車(chē)主要用于礦山開(kāi)采、隧道及地下工程,移動(dòng)方便，可以同時(shí)支持三臺(tái)液壓鑿巖機(jī)鑿孔，作業(yè)覆蓋面積大，鉆孔直徑范圍為43～102 mm，可進(jìn)行鉆爆孔、錨桿孔、掏槽孔、超前灌漿孔、管棚施工、裝藥、安裝錨桿、灌漿以及安裝風(fēng)管等作業(yè)， 開(kāi)挖斷面20～181 m2， 工作環(huán)境溫度-20～50℃[3]。 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)總體構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 三臂鑿巖臺(tái)車(chē)總體構(gòu)成

2 翼式臂座結(jié)構(gòu)介紹

翼式臂座作為連接車(chē)架和鉆臂的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下方使用兩組螺栓安裝在前車(chē)架上，上方安裝三個(gè)鉆臂和一個(gè)作業(yè)平臺(tái)，通過(guò)左右各兩個(gè)四級(jí)油缸的伸縮，達(dá)到擴(kuò)展及收縮的作用，兼顧覆蓋性能及通過(guò)性。 翼式臂座由翼式臂座中心座、左上臂、右上臂、左下臂、右下臂、拉桿組件、托架、臂架開(kāi)合油缸等部件組成，其主要功能是增大鉆臂的覆蓋范圍。 翼式臂座[4]組成示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 翼式臂座組成示意圖

3 銷(xiāo)軸傳統(tǒng)拔出方法和存在難題

受限于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在一些特定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，連接銷(xiāo)軸必須裝入封閉結(jié)構(gòu)，比如：上臂和拉桿的連接即為這種結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖3。 通常情況下連接形式多為過(guò)渡配合，裝配時(shí)通常采用外力壓入，根據(jù)配合精度要求，個(gè)別情況下也采用冷裝方法， 考慮到材料本身的彈性變形因素，銷(xiāo)軸在安裝過(guò)程中以及裝入以后，軸孔結(jié)合接觸壓力增大。 由于連接件一端為封閉式結(jié)構(gòu)，裝入的銷(xiāo)軸很難拔出； 再加上設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用當(dāng)中，銷(xiāo)軸受力變形、連接件內(nèi)應(yīng)力釋放會(huì)造成銷(xiāo)孔的變形， 銷(xiāo)軸與連接件發(fā)生銹蝕后銷(xiāo)軸更難以拔出。目前，銷(xiāo)軸拔出方法通常有以下三種：一是在連接件的封閉端開(kāi)一個(gè)稍大于銷(xiāo)軸直徑的孔，利用直徑和銷(xiāo)軸相同的棒料穿入此孔，使用紫銅棒之類(lèi)重物撞擊該棒料將銷(xiāo)軸拔出，最后采用焊接蓋板的方法封堵連接件；二是在連接件的敞開(kāi)端沿銷(xiāo)軸直徑氣割孔， 使用分體式液壓鉗夾緊銷(xiāo)軸，拖拽拔出銷(xiāo)軸；三是采用機(jī)加工方法，如鉆削、鏜削等方法將銷(xiāo)軸加工掉。第一種方法在撞擊過(guò)程中不可避免會(huì)造成連接件的彎曲變形，影響整機(jī)的結(jié)構(gòu)性能，而且在撞擊時(shí)為了盡量對(duì)準(zhǔn)銷(xiāo)軸中心孔，往往需要人扶著棒料，容易造成人身意外傷害。 再者，在連接件外面封堵蓋板也會(huì)影響連接件的外觀(guān)質(zhì)量和整體強(qiáng)度。第二種方法需要使用專(zhuān)用設(shè)備， 且當(dāng)銷(xiāo)軸直徑大于400 mm 時(shí)難以找到合適的液壓夾鉗完成拆解，再者破壞了連接件的銷(xiāo)孔，容易造成連接件的報(bào)廢。 第三種方法需要依賴(lài)機(jī)床實(shí)現(xiàn)，對(duì)于大多數(shù)連接件在大多數(shù)工況下不具備可操作性。

圖3 上臂和拉桿連接結(jié)構(gòu)圖

4 新型銷(xiāo)軸拔出工藝方法

基于以上問(wèn)題，筆者探索一種新型的銷(xiāo)軸拔出方法，對(duì)于一端敞開(kāi)另一端封閉的結(jié)構(gòu)尤其適用。 工藝流程如圖4 所示，該拔出方法包括如下步驟：

圖4 銷(xiāo)軸拔出工藝流程圖

首先采用熱加工， 沿銷(xiāo)軸軸線(xiàn)開(kāi)設(shè)中心通孔。 熱加工手段為燃燒氧熔棒、氣割法或激光或電子束，熱加工過(guò)程中，銷(xiāo)軸通孔外部區(qū)域?qū)l(fā)生徑向熱膨脹，對(duì)連接件產(chǎn)生壓應(yīng)力，將銷(xiāo)軸與銷(xiāo)孔之間的銹蝕點(diǎn)擠壓出去。 在本實(shí)例中，使用燃燒的氧熔棒在銷(xiāo)軸上沿中心線(xiàn)燒穿一個(gè)直徑為25 mm 的中心通孔， 其中氧熔棒直徑為13 mm，長(zhǎng)度為500 mm，加工后的銷(xiāo)軸結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。 氧熔棒是一種氣割工具，在氧氣的助燃下可產(chǎn)生3600℃高溫， 從而實(shí)現(xiàn)穿孔 （鉆孔）。 和氣割法與激光或電子束等熱加工方法相比，氧熔棒鉆孔會(huì)更方便，適用性更廣泛，一般在野外和偏遠(yuǎn)地帶維修設(shè)備，氧熔棒更容易操作。

圖5 新型銷(xiāo)軸拔出方法

其次冷卻銷(xiāo)軸。 由于中心通孔為通孔結(jié)構(gòu)，其冷卻可以為自然冷卻，效果較好的冷卻方式為往中心通孔中灌入冷卻液或通入冷卻氣體，冷卻到常溫即可。 操作過(guò)程中，銷(xiāo)軸在冷卻過(guò)程中會(huì)形成不同溫度梯度，中心位置初始溫度高，冷卻收縮速度也快， 從而帶動(dòng)徑向區(qū)域向內(nèi)逐層收縮，由于中心通孔足夠大，銷(xiāo)軸的收縮具有足夠的自由度和收縮空間。銷(xiāo)軸冷卻收縮極大地減小了與銷(xiāo)孔的間隙，冷卻到一定程度甚至改變了軸孔的配合形式，形成間隙配合，使銷(xiāo)軸容易拔出。

將螺柱與銷(xiāo)軸露出端螺紋連接，銷(xiāo)軸擋板穿在螺柱上，螺柱外端用螺母固定；銷(xiāo)軸外露端內(nèi)可以借用原來(lái)的螺紋連接孔，如果沒(méi)有，則可以新開(kāi)設(shè)。 在銷(xiāo)軸冷卻收縮的同時(shí)，將雙頭螺柱穿過(guò)銷(xiāo)軸擋板后擰入銷(xiāo)軸，同時(shí)將螺母擰入固定住銷(xiāo)軸擋板。

利用機(jī)械或液壓手段或敲擊法拔出銷(xiāo)軸。采用紫銅棒等重物敲擊銷(xiāo)軸擋板， 反復(fù)多次震動(dòng)，由于冷卻過(guò)程增大了銷(xiāo)軸和銷(xiāo)孔的配合間隙，在敲擊震動(dòng)銷(xiāo)軸擋板過(guò)程中， 承受的壓力較小，銷(xiāo)軸拔出過(guò)程比較安全。 為了使銷(xiāo)軸更快拔出，可使用千斤頂或其它液壓手段沖擊銷(xiāo)軸擋板。千斤頂或液壓手段更適用于連接件表面為平面的條件， 將千斤頂?shù)牡鬃蛞簤褐Ъ芷娇吭谶B接件上，搖動(dòng)搖桿或啟動(dòng)電機(jī)，使千斤頂或液壓支架起升頂?shù)戒N(xiāo)軸擋板上。設(shè)置銷(xiāo)軸擋板和螺柱是作為輔助件，用于敲擊或千斤頂或液壓方式拔出時(shí)的著力點(diǎn)。

本方法實(shí)施過(guò)程僅破壞銷(xiāo)軸局部結(jié)構(gòu)，連接件的強(qiáng)度幾乎不受影響，銷(xiāo)孔的精度也不會(huì)受到破壞，完全可以滿(mǎn)足構(gòu)件的二次裝配。

5 結(jié)語(yǔ)

與現(xiàn)有銷(xiāo)軸拆卸技術(shù)相比，此新型銷(xiāo)軸拔出工藝對(duì)連接件的強(qiáng)度影響很小，銷(xiāo)軸孔的精度不會(huì)受到破壞， 完全可以滿(mǎn)足構(gòu)件的二次裝配，并且操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，安全性高，成本低廉，生產(chǎn)效率可提高15 倍以上， 此技術(shù)更適用于半封閉結(jié)構(gòu)形式的銷(xiāo)軸拔出。