掘進(jìn)機(jī)油缸拆裝工裝的設(shè)計(jì)

魏春華

（重慶松藻礦山機(jī)械廠，重慶 401445）

0 引言

筆者公司車間目前每年的掘進(jìn)機(jī)修理量為12臺(tái)左右，平均每臺(tái)掘進(jìn)機(jī)的油缸數(shù)為8.5個(gè)，加上煤礦單位每月送修的平均5個(gè)，因此合計(jì)每年修理的油缸數(shù)量約為12×8.5+5×12=162 個(gè)。

由于車間的場(chǎng)地有限，以及沒有專用的拆缸、裝缸設(shè)備，導(dǎo)致修理效率極低，按目前的拆裝方法，一人一天拆裝2個(gè)油缸都較為困難，另外拆缸時(shí)用10 t行車垂直起吊將活塞桿拉出，裝缸時(shí)人工用錘將活塞桿打入缸筒內(nèi)，存在較大的安全隱患，而且活塞桿拉出后，油缸筒內(nèi)的液壓油直接流到了車間地面，既污染環(huán)境又不利于車間的標(biāo)準(zhǔn)化管理，因此我們決定自制一種掘進(jìn)機(jī)油缸拆裝工裝解決這一難題。

1 原拆卸方法

1.1 掘進(jìn)機(jī)油缸的結(jié)構(gòu)形式

如圖1，為提高其安全性，掘進(jìn)機(jī)的油缸導(dǎo)向套位置采用了卡環(huán)（兩半）定位，即使在缸口的軸用彈簧擋圈失效的情況下，油缸仍然也可以繼續(xù)正常作業(yè)，從而提高了油缸使用時(shí)的可靠性。但是這種缸體的設(shè)計(jì)較常見的支架用油缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使拆裝工作困難很大。

圖1

1.2 原來的拆卸方法

1）取出軸用彈簧擋圈（如圖2）。

圖2

2）用工具將導(dǎo)向套向內(nèi)打。當(dāng)有桿腔充滿液壓油，并且活塞密封與缸筒配合較緊時(shí)，使用普通的工具將導(dǎo)向套打下去存在較大的困難。目前我們采用的方法是用乳化泵反復(fù)地將活塞桿沖出、收回才能將導(dǎo)向套打下去，因此費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如圖3。

圖3

3）將卡鍵取出（如圖4，卡鍵是兩半的形式，可以直接取出來）。

圖4

4）用10 t行車將活塞桿整體拉出。如圖5，受車間場(chǎng)地和設(shè)備的限制，尚無專用的設(shè)備來取出活塞桿，目前采用的方法是先將油缸垂直固定在地面的工裝上，之后用10 t行車通過φ17.5 mm的鋼絲繩垂直將活塞桿拉出。在拆卸過程中，部分油缸由于缸筒變形，導(dǎo)致活塞密封與缸筒之間有較大的過盈量，行車起吊安全隱患較大，特殊情況下可能會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩斷裂。

通過分析原拆缸流程，可以看到原拆缸方法有以下缺點(diǎn)及隱患：

1）安全隱患較大。活塞桿的取出采用10 t千斤頂往外拉，如果油缸活塞和缸筒過緊或沒有吊正可能會(huì)發(fā)生鋼絲繩整體斷裂、地面定位裝置整體拉出的情況。對(duì)于拆缸人員來說，不利于人身和設(shè)備的安全。

2）拆缸效率較低。在用工具將導(dǎo)向套打進(jìn)去的環(huán)節(jié)，如果有桿腔中有液壓油，會(huì)無法將導(dǎo)向套打下去，因?yàn)槭褂霉ぞ叽驅(qū)蛱祝瑢?dǎo)向套通過液壓油將力傳給活塞，液壓油是可壓縮的，并且在活塞與缸筒配合較緊的情況下，更難將導(dǎo)向套打進(jìn)去。在這種情況下就需要用乳化泵來將活塞桿整體伸縮幾次，既可以清除有桿腔內(nèi)的液壓油，又可以活動(dòng)一下活塞，但由于油缸多數(shù)都是用過1年以上的，活塞密封可能破損、變形，部分油缸還要放置一段時(shí)間，通過伸縮幾次才可以使活塞稍松便于拆出。

圖5

3）裝缸效率低。裝缸的流程和拆缸一樣都是采用人工，生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

4）無廢油收集裝置。目前的拆卸方法無廢油收集裝置，油缸活塞桿拆除之后，油缸腔體的廢液壓油直接流到地面上，每次修完油缸之后，地面都是廢舊的液壓油，既污染環(huán)境，又不利于安全及環(huán)保。

由以上的分析可以看到，為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，消除安全隱患，必須改變?cè)械牟鹦斗椒ǎ匦略O(shè)計(jì)制作一套工裝，從而才能安全、高效地進(jìn)行拆缸和裝缸的工作。

2 油缸拆裝工裝的設(shè)計(jì)

2.1 整體方案設(shè)計(jì)

原來采用10 t行車通過鋼絲繩來作為動(dòng)力源，但力量小，安全隱患大，因此我們決定采用液壓動(dòng)力源，從車間在用的100 t壓力機(jī)引出油路，既可以提供最高為25 MPa的壓力源，又可以采用增壓缸將系統(tǒng)的壓力提高到50 MPa，用缸徑為φ125 mm的液壓油缸作為動(dòng)力源，可以提供307 kN（25 MPa）的拉力，相當(dāng)于30.7 t的行車。采用增壓缸時(shí)可以提供614 kN（50 MPa）的拉力，相當(dāng)于61 t行車。

原來的拆卸方法是將油缸固定在地面制作的工裝上，可以承受的拉力較小，并且存在安全隱患，為此我們決定制作一個(gè)專用的架體，將待拆卸油缸進(jìn)行固定。同時(shí)制作一個(gè)廢油收集裝置，可以將油缸內(nèi)的廢油收集起來統(tǒng)一管理，既節(jié)能環(huán)保，同時(shí)又減少了地面油污的收集工作（如圖 6）。

圖6 工裝整體設(shè)計(jì)圖

2.2 架體的設(shè)計(jì)

我們的思路是用φ125mm油缸作為執(zhí)行元件，布置在工裝的下面，通過滑板小車將力傳到到待拆油缸，待拆油缸固定在工裝的上部。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮以后可能會(huì)有新的掘進(jìn)機(jī)機(jī)型，油缸的長(zhǎng)度可能會(huì)有變化，因此設(shè)計(jì)了兩個(gè)待拆油缸位置，以增加工裝的適應(yīng)性。

工裝架體的板材和耳座采用16Mn鋼板，其屈服極限為345 MPa，為提高工裝整體的安全性，適當(dāng)?shù)卦黾恿税宀牡暮穸龋蕴岣吖ぱb整體的強(qiáng)度及安全系數(shù)。

廢油通過上面的兩個(gè)槽體流到廢油收集箱里，之后采用油泵將油收集到油桶里，方便快捷。

2.3 鋼板的力學(xué)計(jì)算

本次設(shè)計(jì)的工裝不僅要適用，而且必須確保安全，因此在選用本體的鋼板時(shí)，要選好規(guī)格，并適當(dāng)?shù)卦黾影踩禂?shù)。最終選用的油缸最大缸徑為125 mm，在50 MPa時(shí)的推力為614 kN，選用的鋼板材料為Q345，屈服強(qiáng)度為345 MPa。

工裝本體的材料初選為厚度40 mm，寬度為600 mm，受力面積 S=40×600=24 000 mm2。

圖7

在614 kN的作用下，板材受到的壓強(qiáng)為P=F/S=614 000 N/24 000 mm2=26 MPa。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼材的屈服強(qiáng)度極限 345MPa，因此我們選用的母材規(guī)格可以保證安全性。另外在受力大的位置，我們還采用加焊三角筋及30mm厚的鋼板，適當(dāng)加大筋板尺寸，提高安全系數(shù)。

圖8 工裝整體液壓系統(tǒng)圖

2.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

用車間在用的壓力機(jī)液壓泵作為動(dòng)力源，68#液壓油作為工作液體，φ125 mm油缸作為執(zhí)行元件，以工廠在修支架上常用的ZC125片閥作為換向元件，并繪制了液壓系統(tǒng)圖（圖8），方便以后的維護(hù)、修理工作。

用油缸作為動(dòng)力源，可以更快捷地實(shí)現(xiàn)油缸的拆裝，拆缸時(shí)無需行車起吊，裝缸時(shí)無需用錘敲打，可直接用油缸將活塞桿壓入缸筒內(nèi)。

2.5 φ1 2 5缸徑油缸的力學(xué)計(jì)算

25 MPa時(shí)，推力 F=P×S=25×3.14×62.52=386 563 N≈307 kN（25 MPa）；

50 MPa時(shí)，推力：F=P×S=50×3.14×62.52=386 563 N≈614 kN（50 MPa）。

3 改進(jìn)產(chǎn)生的效益

通過拆裝工裝的設(shè)計(jì)，大大地提高了油缸修理的效率，原來每人每天可以拆裝2個(gè)掘進(jìn)機(jī)油缸，采用新設(shè)計(jì)制造的工裝拆裝后，每人每天可以拆裝6個(gè)，大大提高了勞動(dòng)效率。而且消除了拆裝過程中用行車?yán)钊麠U環(huán)節(jié)的安全隱患。

圖9 φ125缸徑油缸液壓原理圖

由于工裝設(shè)計(jì)了廢油收集裝置，再無需處理地面廢油，從而降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保作業(yè)。

拆裝油缸過程中，都是用油缸作為動(dòng)力，只需操縱一個(gè)片閥就可以，大大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］ 胡家秀.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.