樊瑞敏

（晋能控股煤业集团轩岗煤电有限责任公司机电修造厂 山西 原平 034114）

0 引言

矿用液压支架主要是用于支护采场围岩，同时还要与采煤机、刮板输送机协调运行[1]。液压支架是以高压液体为动力，由数十个液压元件与一些金属构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备。其具有强度高、移动速度快、支护性能好、安全可靠的特征，在煤炭开采过程中具有显著的战略地位[2]。

立柱是液压支架实现采面矿压压力和重要支护物件，立柱对整个液压支架的性能起到很重要的作用，发挥立柱液压支架中的作用[3]。立柱与顶梁和底座相铰接，承载顶板带来的增阻压力，提供支撑力，是液压支架主要的支撑部件。立柱作为液压系统中的重要组成元件，为易损件。根据对日常生产维修过程中的统计，在液压支架的维修过程中，立柱的维修率高达90%。

我厂修理支架以来，立柱的修理和安装一直是人工组装，劳动强度大，安全性能低，生产效率低，产品合格率也很难保证，困扰了我们多年。由于经济原因不能购置新的装缸机，通过研究拆立柱机的工作原理，利用我厂废旧机器的1.3 kW 电机、摆线针轮减速器、废旧机床的操作台面和四根不同规格的液压千斤顶，制作了伸缩传动装置和固定装置，结合ZF3100、ZF4500液压支架立柱的实际数据，设计了此立式装缸机。

1 立式装缸机的组成结构

立式装缸机的结构示意图如图1 所示，立式装缸机由伸缩传动装置、固定装置、操作装置三大部分组成。伸缩传动装置由电机、摆线针轮减速器、伸缩插板结构、旋转卡盘和两个千斤顶组成；固定装置由夹紧结构、箱体和两个千斤顶组成；操作装置由手动操作阀组和操作台组成。

图1 立式装缸机结构示意图

1.1 技术参数

（1）外形尺寸：3 000×800×800mm

（2）最大工作直径：100 mm～280 mm

（3）最大工作行程：2 000 mm

（4）电机：型号 YD112M-8/6，电压 380 V，功率1.3 kW/1.8 kW，转速1 440/1 680 r/min

（5）摆线针轮减速器：型号XWY15-7-23，传动比1:38.41

（6）千斤顶规格：插板千斤φ100/φ60～1 300mm、φ80/φ60～700mm，固定装置千斤φ60/φ40～200mm、φ60/φ40～8mm。

1.2 伸缩传动装置

如图2所示由一台1.3 kW的电动机驱动摆线针轮减速器运作带动旋转卡盘进行缸体套丝扣紧固。这部分固定在伸缩插板上，通过控制两个千斤顶的伸缩来实现插板在轨道上的升降运动，从而完成柱体的组装动作。为了增强伸缩传动装置的强度，伸缩传动装置设计为箱式结构，采用钢板焊接而成。

图2 伸缩传动装置

1.3 固定装置

如图3 所示由插块组合和抱箍组成的夹紧结构、千斤顶和箱体组成。插块组合由δ30 的梯形钢板垂直焊接在长90 mm 宽42 mm 钢板中心位置，一端焊接丝杠而成。将插块组合安放在由δ6 钢板焊接的槽中，利用螺母调节丝杠长度实现V型面大小的变化，配合抱箍从而完成缸体的固定。插块底部有滑道，以减少移动时的摩擦力。设为梯形丝杠旋进方式主要是为了实现三角形稳定结构，能更好的固定组装缸体。箱体的旋转运动是由一根缸径为φ60 mm，行程为230 mm的千斤顶的伸缩来实现的，箱体的上下微运动由缸径为φ60 mm，行程为8 mm 的千斤顶的伸缩来实现。在装配外径为φ100 mm～280 mm的立柱时，通过调节丝杠长度带动梯型块位置的变化实现缸体的前倾、后仰和左右移动，来较精准的确定中心位置。

图3 固定装置

1.4 操作装置

如图4所示由手动操作阀组和操作台组成。按照设计的液压传动原理利用微电子来完成这台装立柱机器的一系列动作。

图4 操作装置

2 设计原理

2.1 液压系统的设计

利用液压泵将乳化液从油箱抽起，经过节流阀，利用手动操作阀组控制相应的千斤顶的伸缩运动，从而控制伸缩传动装置、固定装置完成相应的动作。为确保使用过程中的安全问题，在进液管处加装了溢流阀，在每个液压千斤回液管处加装了安全阀。为了保证乳化液的可重复使用性，在回液管处加装了过滤器对回液进行净化过滤处理。液压传动原理如图5所示。

图5 液压传动原理图

a、通过操控手动操作阀组控制缸径60 mm 行程230 mm千斤的伸缩来实现固定装置的旋转动作，完成缸体和柱体的对接工作；

b、通过操控手动操作阀组控制缸径60 mm 行程8 mm千斤的伸缩实现的固定装置的上下运动，完成缸体位置的上下微调动作。

c、伸缩传动装置由缸径为φ80 mm 行程700 mm和缸径为φ100 mm 行程1 300 mm 的两个插板千斤、伸缩插板结构、电机、摆线针轮减速器、旋转卡盘组合而成，总行程为2 000 mm。通过依次操纵手动操控阀组来控制两个插板千斤，并带动相应的插板在固定的轨道上进行上下运动，从而实现柱体的上下运动，完成缸体和柱体的装配工作。

d、工作介质的选用。考虑液压元件不被腐蚀及车间现有的条件，优先采用了乳化液作为工作介质。

2.2 电路部分的设计

电路部分主要包括操作台、开关、并联的正反转接触器、一台1.3 kW 的电机、一部摆线针轮减速器。通过操控操作台上的开关控制电机的正反转，通过摆线针轮减速器带动卡盘，实现缸体套的旋转运动，进行缸体套的丝扣紧固。从而完成整个立柱的组装过程。

3 应用效果

立式装缸机安放在固定的位置，员工进行柱体和缸体的紧固操作后，操作手动操作阀组和操控台来完成立柱的组装工作。人工组装时，需要三个人同时操作，用时4小时才可以组装一根立柱，且合格率才达到80%，返工率很高。立式装缸机投入使用后改善了以往我厂修理立柱拆装时费时费力的情况，三个人将柱体和缸体固定后，只需一个人操作即可完成。现组装一根立柱，只需5分钟就可完成，且合格率高达100%，如图6所示为立式装缸机工作现场。

图6 立式装缸机工作现场

4 结语

立式装缸机的研制结束了装立柱的人工操作时代，实现了我厂修理立柱的机械化，达到了高效率，高精度，大大降低了工人的劳动强度；本设备废旧利用，使我厂的资源得到了充分的应用，工作过程将特种设备、机电微电子、液压传动等多学科结合在一起，体现了我厂在制作方面向机电一体化又迈上了新的台阶。实际使用过程符合本文所述的各种情况，从而验证了本设计的可行性和创新性，为日后废旧利用，小改小革提供了新的设计理念。