一种采煤机摇臂用改进型离合机构

2015-06-12章立强

机械制造 2015年8期

□ 章立强

天地科技股份有限公司上海分公司上海 200030

采煤机摇臂是截割传动部中驱动工作机构（螺旋滚筒）的摆动减速箱总称（包括截割电机），摆动减速箱既是齿轮传动装置，又是实现调整截割高度的部件，故称摇臂［1］。为保证设备检修及更换螺旋滚筒截齿时的安全，摇臂上必须设置离合机构，用于实现截割电机动力传递的离合。

单截割电机摇臂的离合机构位于减速箱一级传动处，是非连续工作齿式离合器，通过人工操作两零件上渐开线内外花键的啮合与脱离，实现合和离的功能；双截割电机摇臂的离合机构位于减速箱三级传动处，这种离合机构能轻松实现由合到离的操作，但由离到合的操作往往不便，原因是两零件在轴向相对移动时其配合的花键齿和花键槽不一定正好对准。行业内对摇臂离合机构的研究较少，相关资料也很少。随着采煤机装机容量的增大，摇臂结构尺寸也相应增大，其离合机构由离到合的操作不便更加突出。为解决传统离合机构由离到合操作的不便，参考相关文献［2-4］，笔者对其进行了改进。

1 传统离合机构

1.1 传统离合机构简述

传统离合机构（如图1所示）主要包括柔性轴、小轴承、拉杆、端盖、底座、手柄、定位盘等，其操作装置安装在截割电机的尾部。离合机构的柔性轴老塘侧通过渐开线外花键与截割电机转子轴的内花键啮合相连，柔性轴煤壁侧通过渐开线外花键与摇臂减速箱内的I轴齿轮内花键相连。通过手柄转动底座到定位盘的滑道位置，拉动手柄将柔性轴等拉出后，柔性轴煤壁侧渐开线花键与摇臂减速箱Ⅰ轴齿轮内花键脱开，其老塘侧花键与截割电机转子轴内花键仍啮合相连，此时离合机构处于离的状态（如图2所示），截割电机向Ⅰ轴齿轮的动力传递终止。当将柔性轴等推入后，柔性轴煤壁侧花键与Ⅰ轴齿轮内花键啮合，此时离合机构处于合的状态，截割电机传递动力到Ⅰ轴齿轮。

▲图1 传统离合机构

▲图2 离合机构“离”状态

1.2 传统离合机构存在的问题

传统的离合机构虽然由合至离的操作及定位方便，但存在最大的不足为由离至合的过程操作非常困难。当拉出的手柄、底座、拉杆和柔性轴等要推入时，柔性轴煤壁侧的外花键齿不一定正好对准Ⅰ轴齿轮内花键的键槽，当键槽没有恰好对准键齿时，柔性轴很难进入到Ⅰ轴齿轮的内花键中。在实际操作中，操作者只能通过点动截割电机或转动截割传动部的工作机构（螺旋滚筒），使Ⅰ轴齿轮的花键槽对准柔性轴的花键齿。当点动截割电机待其快停止时，将柔性轴煤壁侧外花键推入Ⅰ轴齿轮的内花键中，对于经验不足的操作者，这种方法存在操作上的安全隐患，往往会使两零件的花键相邻端面磨损严重。在转动截割传动部的工作机构（螺旋滚筒）带动整个减速箱传动系转动时，需要到煤壁侧施加扭矩，而进入煤壁侧操作则对工作人员有较大的安全风险。转动螺旋滚筒的同时，还需另外一人配合推入柔性轴，另外，当设备装机容量变大、螺旋滚筒尺寸较大时，单人操作仍不能转动滚筒。

▲图3 改进型离合机构

▲图4 改进型离合机构“离”状态

▲图5 改进型离合机构“合”状态

2 改进型离合机构

2.1 改进型离合机构原理

为解决传统采煤机摇臂离合机构由离至合操作不便的缺陷，设计了一种改进型离合机构（如图3所示），改进型离合机构中的端盖、定位盘、手柄、底座、拉杆和柔性轴等的结构和功能与传统离合机构相同，仅增加了滑套、压缩弹簧及弹簧座等。其基本原理为：滑套煤壁侧端面设计有数块凸台，柔性轴老塘侧端面设计有相应数量的对应凹槽。离合机构需要由离至合的操作时，通过给滑套施加外力，使滑套上的凸台和柔性轴端面上的凹槽镶嵌配合，从而可以通过转动滑套带动柔性轴转动。当柔性轴转动到煤壁侧外花键齿和I轴齿轮内花键槽正好对准时，可轻松地将柔性轴推入到I轴齿轮中。当外力取消后，滑套在压缩弹簧作用下弹回老塘侧，使滑套上的凸台和柔性轴上的凹槽分开并留有一定的安全间隙。此改进型离合机构的核心是，通过设计一个在外面可以施加力矩使其转动的滑套来带动柔性轴转动。

2.2 改进型离合机构的操作

改进型离合机构处于离状态时（如图4所示），柔性轴煤壁侧外花键和I轴齿轮的内花键脱开，并保留适当的安全间隙。离合机构需要由离至合操作时，首先退出安全螺钉到不影响弹簧座轴向运动的位置，在弹簧座上人工施加大于压缩弹簧弹力的轴向力，使弹簧座带动安全螺钉、键、滑套等沿拉杆和底座滑向煤壁侧，直到感觉滑套的凸台碰到柔性轴的凹槽。如果滑套的凸台还没对准柔性轴的凹槽，可以在弹簧座上轻轻施加圆周方向的力，使弹簧座转动，直到滑套的凸台对准柔性轴的凹槽，再施加轴向力将滑套的凸台推入柔性轴的凹槽（如图5所示），在压住弹簧座的同时，一起转动手柄和底座带动柔性轴转动并向煤壁侧滑动。当柔性轴转动到煤壁侧外花键齿正好对准I轴齿轮的内花键槽时，松开弹簧座，向煤壁侧推动手柄和底座到定位盘的限位位置，柔性轴煤壁侧花键顺利进入到I轴齿轮花键中，拧紧安全螺钉到定位位置，最终此离合机构“合”的状态如图3所示。由于截割电机的转速较高（约1 475 r/min），为了避免误操作等安全隐患，此改进型离合机构增加了挡圈对“合”状态下滑套进行了第二次限位，即使安全螺钉退出或掉落，有人误压弹簧座时依然不能使滑套向煤壁侧移位。