矿用圆环链液压剪切器的设计_曹连民

1、煤矿机械Coal Mine MachineryAug. 2009第30卷第8期2009年8月课题的提出刮板输送机作为煤矿井下和采区运煤巷道的主要运输设备，应用广、数量大，规格型号多。随着采煤工作面机械化程度和产量的提高, 刮板输送机的运输能力大幅度提高，其牵引圆环链的棒料直径也明显增大，有的已达到52mm 。由于煤矿井下地质条件复杂多变，采煤工作面的长度随工作面在推进过程中是变化的。为适应工作面长度的变化，需要调整刮板输送机的辅设长度，这样在调整输送机的长度时，刮板链的长度必然要随之调整，在接长或截短刮板链时，虽可通过调节链来调整输送机的长度，但在某些特殊情况下, 例如调整长度超过或小于调节链

2、的长度时, 切断问题随之而来。另外刮板输送机长期工作在极其恶劣的环境下，断链事故也时有发生。当刮板链局部断裂，需要更换处理时，也会遇到圆环链的切断问题。目前我国生产的剪切器都是针对较细的钢缆、电缆和钢筋，并仅限于地面使用。对于剪切圆环链的切割机具方面还是空白。对于圆环链的剪切采用的都是手锯锯断的方法，这种方法一是切断时间较长，二是工人劳动强度加大，影响到工程进度和效率。因此，研制一种安全、方便、高效剪切圆环链的切割机具，是当前煤矿生产迫切需要解决的问题。1方案选择目前用于圆环链的切断方式有3种方法。（1）截断法截断法过程是将被截断的棒料固定在切割机的截割部位，截刀通过驱动，给被截棒料一定的冲压

3、力，使棒料产生塑性变形直至被截断。截断法主要是针对直径较小的棒料，操作时，由于工件碰撞易产生火花，这种方法只能用于井上小断面的圆环链截断，不能用于井下圆环链截断。（2）锯断法锯断法就是人工使用钢锯将圆环链锯断。这是目前煤矿井下锯断圆环链常用的方法。其缺点：切断时间长；工人劳动强度大；易产生花，从而影响到工作面的安全和生产。（3）剪切法剪切法采用的是构件沿剪切面错动变形原理，在操作时不会产生过高的温度和火花，而且断裂时间短、效率高，适于井下圆环链的切断。剪切法不易产生高温和火花，且操作简单、效率高，适用于井下对圆环链的截断。所以采用剪切方法来设计圆环链液压剪切器。2总体方案剪切器主要是由剪切机构

4、、柱塞缸、增压缸和手摇泵等几部分组成。其工作原理是用手摇动柱塞泵手柄，油液从油箱被吸入柱塞泵，经增压缸，达到一定的压力，通过带单向阀的快速接头和油管进入柱塞缸，推动柱塞，柱塞推动刀具作直线运动，将固定在剪切机构上的圆环链切断。剪切器结构如图1所示。矿用圆环链液压剪切器的设计*曹连民1，肖兴媛1，邵春东2（1. 山东科技大学，山东青岛266510；2. 高庄煤矿，山东枣庄277605）摘要：针对煤矿井下复杂环境，研制一种对刮板输送机圆环链进行剪切的圆环链液压剪切器，解决高强度大尺寸圆环链的机械化切断问题，以满足生产现场迫切需要。关键词：圆环链；液压；剪切器中图分类号：TD528文献标志码：A文章

5、编号：10030794（2009）08012403Design of H ydraulic S hearing M achine for A nnulus C hain U sed in C oal M ineCAO Lian-min 1，XIAO Xing-Yuan 1，SHAO Chun-dong 2(1.Shandong Science and Technology University ，Qingdao 266510，China ；2. Gaozhuang Coal Mine ，Zaozhuang 277605，ChinaAbstract:The project is to devel

6、op a kind of hydraulic shearing machine for the annulus chain of scraper conveyer in the complex environment of underground coal mine, solve the problem for high strength and heavy gauge annulus to cut off, and satisfy the active demand in the production field. Key words:annulus chain ；hydraulic ；sh

7、earing machine *山东科技大学春蕾计划项目资助(06540040413；十一五国家科技支撑计划课题资助（2006BAB11B05）第30卷第8期Vol. 30No. 8 矿用圆环链液压剪切器的设计曹连民，等图1剪切器结构图在设计中，将剪切机构与液压系统分开设计，通过油管与单向阀将二者连在一起。优点是使剪切机构和液压系统的整体体积与重量变小，便于井下操作和搬运，减轻工人的劳动强度。但不足之处是由于油液的压力很大，对管路的要求较高。本文采用剪切机构与液压系统分开设计，进行试验，待试验成功后，根据需要对圆环链液压剪切器进行完善，使整体的重量和体积减轻到理想的程度，再将剪切机构和液压系统

8、合在一起。3剪切机构设计圆环链液压剪切器的剪切机构主要有柱塞式液压缸、刀具、夹紧装置和卡套等几部分组成。剪切过程是动刀具作用给圆环链棒料以一定的压力，使棒料在剪切面内产生相对错动而实现的。剪切过程开始后，动刀具与定刀具的刃口同时切入棒料，在2个力的作用下，去除部分与固定部分沿剪切面产生错动变形，达到一定的深度后，从动、定刀具刃口处首先产生裂纹，并迅速扩展。当两边的2条裂纹都相接时，剪切过程结束，棒料的去除部分从棒料上分离。由于现在刮板输送机上圆环链的材料和规格并不相同，因此要剪断圆环链所需要的剪切力是不一样的，所设计的液压剪切器的结构尺寸也不相同，现以准26mm ×92mm 规格的圆

9、环链液压剪切器为例进行结构与尺寸设计。3.1液压缸设计液压缸是液压系统中的执行元件，由于剪切圆环链所需的压力较大，所以要求液压缸的输出压力大、密封性能高，同时考虑到加工和安装方便，将液压缸设计成柱塞式液压缸。液压缸缸体的材料为27SiMn ，缸体前部凸台厚度为15mm ，和圆环链液压剪切器的夹紧装置连为一体。密封圈槽和防尘圈槽与缸体的同轴度为0.1mm ，圆角分别为R 0.2mm 与R 0. 5mm ，粗糙度为R a 6.3。缸体底部直径准30的孔是和快速接头采用焊接的方式连接在一起。加工后清除毛刺、调质。柱塞的材料为65Mn ，柱塞前端加工长度为3mm ，角度为15°的锥度, 便于

10、缸体和柱塞的安装，其公差配合为H8/f7。柱塞上直径准46的槽是和刀具连接，公差配合为过盈配合H7/s6。直径准120mm 轴表面的粗糙度为R a 3.2，其余为R a 12.5。加工后清除毛刺，柱塞表面进行抛光、镀铬，镀层厚5070m ，镀层要求均匀细致，不得有起泡、脱皮和烧焦等缺陷。3.2刀具设计圆环链液压剪切器的刀具由动刀具和静刀具两部分组成，静刀具是通过在夹紧装置上开槽来实现，与夹紧装置是一体的。动刀具是通过过盈配合安装在柱塞上，由柱塞带动做直线往复运动而实现剪切。刀具的类型为单槽整体式双刃刀具。（1）动刀具设计动刀具在设计时主要考虑两方面的因素：刀具的工艺规格；被剪材料的形状及尺寸。

11、动刀具的设计主要包括动刀具厚度、宽度、高度、动刀具圆柱体直径及高度的设计和动刀具材料选择。动刀具结构如图2所示。图2动刀具结构图动刀具厚度主要考虑动刀具的强度和刚度，由于采用剪切法，去除金属后，圆环链要从缝隙中取出来，所以要根据圆环链的直径进行选取。考虑到圆环链的尺寸公差，取动刀具厚度28mm 。动刀具宽度主要考虑圆环链的尺寸，要剪切直径准26mm 的圆环链，所需的刀具宽度至少为27mm ，所以取动刀具宽度28mm 。在剪切过程中，动刀具遭受严重的磨损，因此用于制造动刀具的材料要具备一定的红硬性，即在剪切温度下刀具还能具备所需的硬度，在选择时还要考虑动刀具的大小和被剪材料的批量。根据冷剪刀具经

12、常选用的材料，动刀具材料选用9SiCr 。（2）静刀具设计为了使剪切机构结构简单，在设计剪切机构时，将静刀具与夹紧装置设计为一体，即在夹紧装置的末端开一个30mm ×28.5mm 的槽作为静刀具，和动刀具形成剪切装置。3.3夹紧装置设计夹紧装置的作用是夹紧与固定圆环链，夹紧装置上开有刀具导向槽，导向槽的宽度为28mm ，和刀具的配合为H8/h7。同时在夹紧装置的前端开一个15mm ×170mm 的槽和缸体配合在一起。不要倒钝4液压系统设计为了使设计的液压系统结构简单、安全可靠，利于井下操作，符合煤矿防爆的要求，本系统的装置全部采用液压和机械技术。用手摇泵作为动力源，通过增压

13、器实现系统所需要的压力。液压系统原理如图3所示。图3液压系统原理使用手摇泵作为动力源时，首先接通管路后，通过手摇泵和换向阀右位向增压缸右端的小活塞腔和柱塞缸内注液。当给增压缸和柱塞缸注满油液后, 操作换向阀向增压缸左腔注液, 推动活塞右移，增压缸右腔内的油液流入剪切机构的柱塞缸内，推动柱塞，柱塞推动刀具运动，从而将固定在剪切机构上的圆环链剪断。圆环链被剪断后，松开柱塞泵手柄，活塞停止运动。操作完成后，将换向阀处于右位, 增压缸左腔的油液卸荷, 打开剪切机构，用工具推动刀具向左移动，柱塞缸腔体内的油液便经带单向阀的快速接头和高压胶管进入增压缸右腔腔体内，推动活塞向左移动，增压缸左腔腔体内的油液流

14、入油箱，完成返程操作。作者简介：曹连民（1978-），山东陵县人，讲师，在读博士，现从事机械电子工程专业的教学和科研工作，主持多项纵横向科研项目，发表论文数篇.收稿日期：20090312W煤矿机械Coal Mine MachineryAug. 2009第30卷第8期2009年8月双载可伸缩带式输送机的研制高艳1，赵庆龙1，魏朝福2，王锡法1(1.煤炭科学研究总院上海分院，上海200030；2. 兖州矿业集团大陆机械有限公司，山东兖州272109摘要：双载带式输送机作为煤矿井下辅助运输设备，既可以实现上输送带运料，也可以实现下输送带运输工具，在巷道掘进时使用该设备十分方便。根据双载可伸缩带式输送

15、机的使用环境，阐述了双载可伸缩带式输送机设计、研制的结构和要求。关键词：带式输送机；双载；可伸缩中图分类号：T D528文献标志码：A文章编号：10030794（2009）08012602Research of D ouble -load T elescopic B elt C onveyorGAO Yan 1, ZHAO Qing -long 1，WEI Chao -fu 2，WANG Xi -fa 1(1. Shanghai Branch China Coal Research Institute,Shanghai 200030，China; 2.Yanzhou Mining Group

16、Continent Machinery Co. Ltd ,Yanzhou 272109，China Abstract:The double -load telescopic belt conveyor as a subsidiary transport equipment under coal mines, and material could be transported by upper conveyor belts in the same time. It is very expediently to use the equipment in tunneling. Based on its environmental conditions, the structure and demand about the design and research of double-load telescopic belt conveyor were demonstrated. Key words:belt conveyor ；double-load ；telescopic ! 0前言双载带式输送机是指用于煤矿井下缺少辅助运输巷道的井下运输，输送机上层承载带可以将煤炭