煤礦液壓支架拔卡工具設計

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

關鍵詞：液壓支架;拔卡鉗;分步式;設計

0 前言

當前，隨著我國經濟的迅速發展和社會各業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，煤礦產業及其配套設備維修企業存在較大的壓力。同時，煤礦生產過程中的機械化進程也在不斷增加，各種先進的機械設備、技術工藝、工具器具等應用其中來提高其自動化、高效化水平，降低其勞動強度、改善人機工程適應性程度。液壓支架作為煤炭生產的重要支護設備，大采高液壓支架更是高產、高效綜合機械化采煤理想的工作面支護設備，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，故需要對傳統使用撬杠拆解U型卡的方式進行改進來提高其拆解環節安全性和高效性，并且在降低作業人員勞動強度、改善作業過程人機工程適應性方面都將有很大提升。

1 卡類傳統拆解方式及其弊端

基于當前煤炭產能高，相應的液壓支架接續配套量多，因此當前液壓支架維修總數量多，其液壓管路總量龐大、銹蝕嚴重且錯綜復雜等情況，U型卡的拔卸工作采用原始的榔頭撬杠組合既費時又費力，敲、砸過程存在安全隱患，部分處于自由狀態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，當前亦有針對性的創新產品但效果皆不明顯，問題亟待解決。

2 創新設計

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新項目難以取得實效，不能真正投入應用。本方案設計了一款新穎、靈巧、輕便、高效、平穩、強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構接近死點（極限）位置時獲得的巨大的力，安全、高效、平穩地完成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，精心設計鉗頭部位，以及與之配合的用于調節“檔位”用以完成分步拉拔功能的可調節活動墊塊，配合鉗柄處的曲柄滑塊機構完成“分步”功能，設計加長鉗柄施力，獲得大的力臂比（即獲得大的力），配合鉸鏈四桿機構接近死點位置理論上無窮大的力，此二力疊加，力大無窮，并配合微調螺旋機構（兼作拉桿）必要時刻進行微調，最終完成設計。如下圖1，是位于兩個工作位置時的總設計圖，各零件間的位置關系可一目了然：

經過對液壓支架組裝、拆解所需各類U型卡進行詳細測量，并利用CAD輔助制圖軟件，得出拔銷鉗鉗頭詳細設計圖，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8種U型卡的拆解任務，可完成液壓管路約80%以上的拆解任務量。詳細設計圖如下圖2所示：

如圖3。相應的，根據鉗頭零件尺寸，加工出2件帶凸臺和溝槽的活動墊塊，分別用連桿（連接片）、螺釘等使二者配合、安裝到位，此相互配合的鉗頭和活動墊塊，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動靈活。

如圖4所示，鉗頭設計有矩形空間（U型卡拔出時的通道），其溝槽設計使之與活動墊塊凸臺配合更平滑、可靠;活動墊塊同樣設計有矩形空間（U型卡拔出時的通道），其凸臺設計，與鉗頭凹槽配合使得工作過程更加平滑、可靠。

3 分步式工作設計

如實物圖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，且鉸鏈四桿機構必須有大的力矩比，因此，導致微調螺旋機構（兼作拉桿）的單次行程受限，動作一次約可拔出20mm，不足以將過長的U型卡一次性拔出。基于此，配合鉗頭部位的活動墊塊，在雙手握住鉗柄尾部時，利用大拇指推動位于鉗柄上的滑塊，經曲柄滑塊機構迫使活動墊塊轉動90度后處于鉗頭端部，墊入經第一步拉拔后鉗頭與工件之間留出的約20mm的空間內，再次張合鉗柄進行第二步施力拉拔，如此兩步，U型卡被平穩拉拔拆卸。

基于該拉拔工具設計為強力緩和型，平穩拉拔后U型卡仍然被微調螺旋機構端部的勾頭鉤住，并無沖擊、震動等不良現象，避免U型卡飛濺、彈射等，可直接予以回收。

4 結語

實踐證明：設計組裝后的分步式拔卡工具鉗在達到高效、強力、快捷拆解U型卡的前提下完全避免了傳統拆解過程沖擊、震動、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行U型卡的拆卸工作。目前，本設計在國內外還屬于空白階段，如果得到推廣引用，市場前景非常可觀。

總之，隨著科學的持續發展和技術的不斷進步，各行各業都將趨于加強推進“四新”技術應用，而作為煤炭維修行業，該拔卡鉗作為一款新型煤礦機械維修用工具類，不單可用于煤炭企業維修行業，在其他有液壓管路、U型卡的機械設備上都可使用。該分步式拔卡工具鉗在投入使用后也將接受各種考驗并不斷進行改進以緊跟社會發展步伐。

參考文獻：

[1]孫桓 陳作模 葛文杰.機械原理[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年畢業于陜西理工學院。現于陜煤集團神南產業發展有限公司工作，主要從事煤礦機電設備的管理與維修。