双动力大扭矩拆缸机研制与应用

双动力大扭矩拆缸机研制与应用

李玉刚

山东能源重装集团鲁南装备制造公司山东枣庄277523

摘要：为了解决大缸径、螺纹套结构的立柱拆解难题，提高立柱拆解效率和修复质量，鲁南装备制造有限公司研制了一台立柱专用拆缸机。该拆缸机是一种双动力、大扭矩拆缸机，并对其进行了工业性试验，取得了预期效果。

关键词：液压支架；双动力：大扭矩拆缸机：研制与应用

前言

液压支架是煤炭开采过程中重要的支护设备，在采煤工作面得到了广泛应用，立柱是液压支架中主要的承力部件，其性能好坏、使用寿命长短直接关乎液压支架的支护性能和煤矿安全高效生产，所以在一个作业循环后必须对立柱进行再制造，而立柱拆解成了首要工作。∮250mm以上缸径的立柱一般采用螺纹套结构形式，在使用一个作业循环后，由于挤压、锈蚀等因素影响，缸体初始拆解扭矩到达50000n.m左右，一般单作用中小扭矩的拆缸机难以输出如此大的扭矩，所以，螺纹口结构的立柱拆解成了提高工作效率、提升修复和再制造质量的关键。

鲁南装备制造有限公司作为专业从事综机设备制造的生产厂家，装备了8台单作用中小扭矩的立柱、千斤顶拆缸机，可以规模化开展立柱、千斤顶制造与再制造业务。随着采煤深度的不断加大，工作阻力也在不断提高，大缸径、螺纹口结构的立柱得到了广泛应用，普通拆缸机已经不能满足生产需求，造成大缸径缸体拆解困难、生产效率低下，烧丝损坏、破坏性拆解现象时有发生，引发大缸径立柱的批量报废，造成液压支架修复费用急剧增加，推高了煤炭开采综合成本。为了增强企业核心竞争力，推动煤矿安全高效生产，该公司于2018年初确立了双动力大扭矩拆缸机研制项目。

1.设计依据

螺纹口结构立柱的螺纹一般为矩形螺纹，该螺纹接触面大、拆解初始扭矩大，在松动后需用扭矩迅速变小，根据这些特点考虑分二个步骤完成拆解：以油缸为动力、辅以杠杆装置实现大扭矩输出，实现立柱的初步拆解；然后利用电机、减速箱动力装置实现中小扭矩输出，实现后续拆解。这两种扭矩的输出应在一套设备上完成，可以自由、快速切换。

2.设计方案

根据上述分二步走的拆解思路，确定双动力、大扭矩拆缸机的研制方案。所谓双动力就是分别提供液压动力和电力-机械动力，所谓大扭矩就是可以提供不低于50000n.m的拆解扭矩，这两种动力有机集于一套设备上，根据工作需要可快速、便捷转换。

首先设计可更换的拆缸头1套，通过驱动轴与杠杆装置、减速箱装置进行刚性连接；通过离合装置的作用，杠杆装置或减速箱装置可以单独驱动拆缸头的旋转。杠杆装置采用缸径∮160mm、行程220mm的油缸2件，驱动杠杆机构实现拆缸头90°旋转，实现立柱的初始的、松动性拆解；减速箱装置采用18.5KW电机，通过减速箱驱动拆缸头360°连续旋转，实现立柱的中扭矩、后续拆解。

在工作时，首先通过伸缩油缸使被拆解立柱与拆卸头实现对接，再操作离合机构使杠杆装置进入工作状态，实现立柱的初始拆解；然后操作离合机构使杠杆装置脱离工作状态，电机、减速装置通电进入工作状态，完成一颗立柱的分步拆解过程。

3.结构特征

设备主要由机身、减速箱装置、杠杆装置、驱动装置、离合机构、液压系统、电控系统等几部分组成。设备整体尺寸为5120*914*947mm。

3.1机身

机身是工件固定、动力装置固定的主要部件，其强度较高，可以承受立柱拆解时所产生的冲击载荷。其主要由固定机身、伸缩机身、尾架三部分组成；固定机身、伸缩机身、尾架分别采用δ25mm、δ30mm的Q550材料预热保温、焊接加工而成。

3.2减速箱装置

由电机、减速箱、联轴节组成。电机型号为Y180M型，额定功率18.5KW，额定电压380V，额定电流36.8A，转速1470r/min，输出扭矩120n.m；减速箱为双行星减速机构的减速箱，减速比为1：183.75，在电机额定功率下可以输出22050n.m的扭矩，其通过6件M36的高强度螺栓固定在机身上，为设备工作提供连续的旋转动力；联轴节是采用Q460钢材加工而成的两半凸轮部件，主要是实现电机、减速箱的连接与动力传导作用。

3.3杠杆装置

与驱动油缸和传动轴相连，主要为驱动装置提供大扭矩动力；由30CrMnTi、Q550材料焊接而成。

3.4驱动装置

由拆缸头、传动轴、联轴节组成，其主要通过传动轴实现拆缸头与减速装置、杠杆装置的连接。拆缸头由27SiMn厚壁钢管加工而成，调质硬度为HB240-280；传动轴由30CrMnTi材料加工而成，调质热处理硬度为HB260-280；联轴节是采用Q460钢材加工而成的两半凸轮部件，主要是实现驱动装置与减速箱的连接与动力传导作用。

3.5离合机构

由离合器、行程开关、拨叉、手柄组成。通过操作手柄带动拨叉运动，带动离合器轴向运动，实现杠杆装置的离、合。离合器为青铜材料制作的外圆内六方体；行程开关是离合器开合位置的保护装置；拨叉和手柄由钢质材料制作而成。

3.6液压系统

由压力源、管路、液动装置组成。压力源由液压泵、油箱、溢流阀、压力表等构成；液动装置由驱动油缸、伸缩油缸、液压锁、操作阀组构成；压力源、动力系统通过高压管路、管路附件构成系统。

油泵额定流量为63l/min，额定工作压力为31.5MPa；油箱容积2m3；伸缩油缸缸径∮110mm，行程900mm，额定工作压力31.5MPa，额定流量63L/min；驱动油缸缸径∮160mm，行程220mm，额定流量为63L/min，额定压力为31.5MPa.

3.7电控系统

由电控箱、线路等构成。通过操作电控箱上的按钮，可以对动力电机、油泵电机的启动、停止进行控制。

4.应用效果

双动力大扭矩拆缸机研制完毕后，随机选取了10颗∮400mm缸径的立柱进行试验性拆解。在试验过程中，液压动力装置可以对∮400mm缸径的立柱一次性完成松动性拆解，然后在减速箱装置连续旋转动力作用下，可方便地完成后续拆解，一般用时20-30min，且未出现“烧丝”损坏缸体的现象。

然后该单位根据生产情况，利用该型拆缸机对∮250mm、∮280mm、∮320mm等缸径的立柱开展拆解工作，通过调节使用不同型号的拆卸头，可一次性顺利完成拆解。

5.结束语

通过双动力大扭矩拆缸机的研制与应用，彻底解决了大缸径、螺纹口立柱的拆解难题，提高了立柱拆解效率，杜绝了因拆解不当损坏缸口、造成缸体报废现象。该设备的研制成功，为类似油缸拆解提供了有益的解决路径，社会效益不可估量。

参考文献：

【1】成大先王德夫姜勇等机械设计手册[M]北京化学工业出版社.1993.

【2】李昌熙乔石矿业机械液压传动[M]北京煤炭工业出版社.1985.

作者简介：李玉刚（1971.4—）男；山东枣庄人，大学学历，工程师；一直从事综采设备的制造与再制造工作。