礦用多功能廢舊鋼管再利用壓力機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

趙傳奇，張秋霞，唐文星

（1.神火集團(tuán)新莊煤礦，河南 永城476600；2.永城職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 永城476600）

0 引 言

新莊煤礦每月回收的廢舊金屬管較多，每年近100 t，不僅大量占用有效庫房面積，而且基本都當(dāng)做廢鐵處理，后來對(duì)廢舊金屬管重復(fù)加工使用。每根金屬管長(zhǎng)度在2.4～2.8 m，管道尺寸不同，需要人工通過氧氣、乙炔先進(jìn)行截割,再人工手錘成型。錘砸作業(yè)人員采取交替輪換作業(yè)方式，錘砸30根以上，基本無法繼續(xù)作業(yè)，手臂疼痛，體力透支。工作量大，效率低。每年氧氣、乙炔材料耗費(fèi)近五六千萬元，人工費(fèi)三四十萬元。而且作業(yè)時(shí)，氧氣、乙炔危險(xiǎn)系數(shù)高，易造成人員傷害，給企業(yè)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)和成本支出。于是設(shè)計(jì)了一種新型多功能廢舊鋼管壓力機(jī)。該壓力機(jī)性能良好、操作方便、安全可靠，利用液壓進(jìn)、回路原理及伸縮油缸結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作。

1 總體設(shè)計(jì)

該多功能壓力機(jī)采用3個(gè)液壓油缸、1個(gè)油泵、1臺(tái)電動(dòng)機(jī)及周邊設(shè)備組成。采用HY603-12.3SN-19-34M 鋼絲編織軟管, 一泵多用。3個(gè)油缸分別連接在2根工字鋼上，并排焊接在長(zhǎng)3 m的長(zhǎng)梁上，然后用2根長(zhǎng)3 m并排焊接的下梁，再用工字鋼等距支撐3個(gè)缸體，連接為一體，最后加裝底座。壓力機(jī)的活動(dòng)壓板和下壓板配合可壓扁φ66～φ140 mm的金屬管子，在兩梁之間把管子無限長(zhǎng)壓扁，單定壓力近60 t，完全滿足各類金屬管的擠壓成型。

該設(shè)備液壓站上部設(shè)有操作桿，操作桿與操作閥連接，用于控制操作閥，操作桿一側(cè)設(shè)有壓力表，壓力表一側(cè)設(shè)有電動(dòng)機(jī)，通過調(diào)整換向閥手柄方向，利用液壓管路和三通裝置來調(diào)整液壓管道進(jìn)液、回液，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的上下自動(dòng)壓合、暫停和速度的控制。工作時(shí)，操作臺(tái)同壓力設(shè)備是獨(dú)立的，只需要2人，一人控制換向操作閥，一人負(fù)責(zé)供給作業(yè)便可，避免了砸傷、擠傷人等安全事故，人機(jī)分離，基本實(shí)現(xiàn)了安全作業(yè)。多功能壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 多功能壓力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 基本原理

利用液壓進(jìn)回路控制原理[1-2]，操作閥進(jìn)液口與液壓站進(jìn)液口連接，操作閥回液口與液壓站回液口連接。液壓油缸包括第一液壓油缸、第二液壓油缸及第三液壓油缸，三個(gè)液壓油缸與活動(dòng)壓板上部均勻固定連接，三個(gè)液壓油缸并聯(lián)設(shè)置，進(jìn)液三通分別連接第一液壓油缸進(jìn)液口和第二液壓油缸進(jìn)液口及第三液壓油缸進(jìn)液口，回液三通分別連接第一液壓油缸回液口和第二液壓油缸回液口及第三液壓油缸回液口。在設(shè)備內(nèi)分別安裝兩組三通閥，進(jìn)液三通和回液三通，一組三通閥專接進(jìn)液油缸，一組三通閥專接回液油缸，每組三通閥有四個(gè)連接點(diǎn)，除分別連接三個(gè)油缸的進(jìn)回液接點(diǎn)管路外，兩組三通閥分別剩余一個(gè)接點(diǎn)，用來連接操作閥，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作控制。多功能壓力機(jī)液壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[3-6]如圖2所示。

液壓油缸的活塞桿下部與活動(dòng)壓板上部固定連接。活動(dòng)壓板為矩形板，采用工字鋼結(jié)構(gòu)，工字鋼下端面作為壓合面，活動(dòng)壓板長(zhǎng)度為3100 mm，下端面與底座上端面距離為230 mm。底座上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有下壓板，下壓板形狀與凹槽匹配一致，下壓板高度小于凹槽高度，下壓板與活動(dòng)壓板對(duì)應(yīng)設(shè)置。使用時(shí)將管材放置于底座上的下壓板上，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓站工作，操作操作桿控制液壓油缸的活塞桿的升降，液壓油缸通過控制活動(dòng)壓板實(shí)現(xiàn)與下壓板的壓合，從而將管材壓制為合適的形狀。依據(jù)受力分析，根據(jù)目前錨梁長(zhǎng)度和加工管子長(zhǎng)度，制造出上下壓合面的尺寸，根據(jù)尺寸確定安裝油缸的多少，使其受壓面壓力均勻、一次成型。加工后的錨梁代替產(chǎn)品如圖3所示。

圖2 液壓結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 加工后的錨梁代替產(chǎn)品

3 適用范圍

該設(shè)備可廣泛應(yīng)用到我國(guó)煤炭行業(yè)回收物料區(qū)域。只要有生產(chǎn)就有物料投入，新的物料舊了、損壞及失去原有設(shè)計(jì)功能了，便回收?qǐng)?bào)廢。只要是回收物料，都可以通過該設(shè)備及原理進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、改造成新的可持續(xù)使用的產(chǎn)品[8]。通過該原理設(shè)計(jì)出的廢舊物料加工回收再利用設(shè)備。可以讓我國(guó)煤炭行業(yè)廢舊物料不再報(bào)廢，讓我國(guó)煤炭行業(yè)投入的資源向綠色可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。

4 優(yōu)點(diǎn)分析

1)原來人工作業(yè)每天最多錘砸成型30根，而現(xiàn)在每分鐘成型1根，日產(chǎn)300根左右，工作效率提高了10倍以上。2)使用壓力機(jī)作業(yè)，從根本上減輕了職工安全方面的精神壓力，解放了體力。3)改變了廢舊縱梁、管子原設(shè)計(jì)性能，成為礦用錨梁代替產(chǎn)品。在井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝實(shí)驗(yàn)，其強(qiáng)度、硬度、韌性都達(dá)到了煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)化的要求[7-8]，使用壽命將遠(yuǎn)超錨梁。4)該設(shè)備采用液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)化加工。5)切割機(jī)刀頭及擋板可更換尺寸，可依據(jù)物料尺寸大小進(jìn)行調(diào)整。可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。6)切割速度快、準(zhǔn)、穩(wěn)。7)為企業(yè)解決了廢品占用大量空間的難題。8)變廢為寶，加工成錨梁替代品，為企業(yè)每年創(chuàng)造四五百萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

5 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用對(duì)比

本項(xiàng)目未研發(fā)及使用之前，每年回收廢舊物料約800 t左右，基本都當(dāng)做廢鐵處理了。按以往市面廢鐵價(jià)格600元/t核算，一年廢鐵價(jià)格在48 萬元左右。后來，準(zhǔn)備廢舊金屬管及廢鐵重復(fù)加工使用時(shí)，在本裝置未投入生產(chǎn)以來，對(duì)半成品金屬管尺寸修整，通過氧氣、乙炔進(jìn)行切割，年投入使用氧氣、乙炔約60瓶左右。氧氣每瓶?jī)r(jià)格22 元、乙炔每瓶?jī)r(jià)格80 元，年氧氣、乙炔材料耗費(fèi)約6120 萬元。

因手工作業(yè)，未研發(fā)及使用該設(shè)備之前投入人力12人，設(shè)備投入后，投入人力只需2人，減少10人。按目前工資一人3000 元核算，年減少人力成本投入36 萬元。

目前本礦使用型號(hào)為（φ14×3000）錨梁價(jià)格，每件50元核算，預(yù)計(jì)每天最大產(chǎn)能300件，一天創(chuàng)效益約1.5 萬元。月創(chuàng)效益約45 萬元，年預(yù)計(jì)創(chuàng)效約500多萬元。

通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用前后指標(biāo)對(duì)比，本文設(shè)計(jì)的礦用多功能廢舊鋼管再利用系統(tǒng)，年創(chuàng)利潤(rùn)約（5000000+360000-（480000-6120）=4886120 萬 元）489萬元。

6 結(jié) 語

該設(shè)備的設(shè)計(jì)，加快了實(shí)現(xiàn)“廢料不廢，變廢為寶”的實(shí)施過程，多功能鋼管切割機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，最終使已加工的金屬管尺寸成型，成為礦井錨梁的代替產(chǎn)品，解放人力、增產(chǎn)、提效，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)管理發(fā)展上應(yīng)有的安全生產(chǎn)責(zé)任、經(jīng)濟(jì)發(fā)展責(zé)任和資源可利用的責(zé)任，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。其推廣條件簡(jiǎn)單、方便，不需要投入過多資金，便可制造本設(shè)備并自行加工。