煤矿机械用于加工轴类零件的液压式自动顶尖的设计探究

摘 要：随着当前我国煤矿产业的发展,煤矿机械也在不断地发展,可是在当前我国的煤矿生产中,仍然存在煤矿工作人员劳动强度大,劳动生产率不够高,安全事故频频发生等问题,煤矿机械的精细化发展水平仍然有待提高.本文主要是对煤矿机械和加工轴类零件的相关常识分析、煤矿机械中用于加工轴类零件的液压式自动顶尖的设计三大问题进行相关的探究,希望对我国日后煤矿作业的高效安全生产能有一定的借鉴和指导作用.

关 键 词：煤矿机械；加工轴类零件；液压式自动顶尖

0.引言

煤矿机械是当前我国煤矿安全高效生产发展的必然方向,在引进、消化再吸收的先进生产观念的指导下,我国的煤矿机械化水平也确实得到了很大的发展,但在煤矿机械技术的精细化发展上还存在着一些不足的地方,需要我们进行进一步的理论研究和实践应用.而轴类零件作为用来支撑传动零件、传递运动和扭矩的重要工具,在煤矿机械化操作中发挥着重要作用,因此,研究一种新型的加工轴类零件技术势在必行.而在当前的煤矿机械生产中,用于加工轴类零件的液压式自动顶尖作为一项新兴但关键的技术,其设计和研究对煤矿业的更好发展具有非常重要的意义.

1.煤矿机械

随着我国煤矿业的不断壮大,煤矿机械行业的竞争也越来越大,煤矿的整合和发展对设备生产、技术更新提出了更新、更高的要求.大型煤矿采掘设备需求也成为了主流,国务院《关于加快振兴装备制造业的若干意见》中指出,“发展大型煤炭井下综合采掘、提升和洗选设备,实现大型综合采掘、提升和洗选设备国产化”.同时,在“十一五”期间,我国的大型煤矿采掘设备机械化程度要达到95%以上,中型煤矿也要不低于80%[1].而在当前我国,露天煤矿机械主要有土层剥离的连续挖掘机、大型皮带传输机等,井下开采的煤矿机械则综采各种设备,以利于井下煤矿作业的完成,比如说有：输送设备（刮板输送机、皮带机）、通风设备、采煤设备、巷道掘进设备、巷支护设备、瓦斯探放设备等等.总之,我国的煤矿机械化运作作为一项复杂的工程,已经取得了一定的发展,但仍需进一步完善.

2.加工轴类零件

轴是机械中非常重要的零件,所有的传动零件都必须装在轴上才能进行正常的运作.轴类零件主要是用来支承传动零件、传递运动和扭矩[2].它的长度大于直径,加工表面通常有圆柱面、内外、圆锥面、螺纹以及沟槽等等.主要技术要求有：尺度精度、集合性状精度、相互位置精度.轴类零件的一般材料是45号钢,但是需要根据工作条件的不同而采取不同的热处理工艺.而精密轴类零件对于提高机械作业的效率和精确度非常重要.精密轴件不仅对一些主要表面的精度和质量的要求很高,同时对其精度的稳定性也有所要求,在处理过程中,不但要安排足够的热处理工序,进行相应的淬火处理,同时,也要十分重视尖顶孔的修研.加工轴零件的主要类型有：

而在煤矿机械的生产使用中,轴设备也起着非常重要的作用,而轴设备运转技术的好坏又直接受轴零件使用和维修安全的影响,如果轴零件的使用不合理,会降低零件的使用性能和精度,从而影响设备的使用状况,降低煤矿生产的工作效率,也影响着煤矿生产的安全.轴零件在生产使用中要注意的情况有很多,所以通常在煤矿机械化生产中,轴零件的使用结构要注意加工配合的精度,尽量保证轴和孔的一致性,同时也保持轴和孔的精度,注意轴表面的光洁度,减低轴表面加工的粗糙度,从而最终降低轴的疲劳强度.总之,在当前我国的煤矿机械化生产中,轴零件的使用要求很高,需要解决的问题也很多.

3.煤矿机械用于加工轴类零件的液压式自动顶尖的设计探究

煤矿机械用于加工轴类零件的液压式自动顶尖的设计在煤矿机械作业中不但能保证车轴的精度,同时也能减少加工上的麻烦,从而提高煤矿作业的效率,有利于煤矿产业的生产[3].在轴类零件的加工过程中,通常是在车床上采用鸡心夹头的装夹,这种二次装夹往往会大大增强劳动者的劳动强度,导致生产效率的降低,同时,也导致煤矿机械轴零件的精度有误差.而用于加工轴类零件的液压式自动顶尖,则采用了一次装夹技术,只需通过一次装夹就能完成所有的加工,在给煤矿工作者带来便利的同时,也保证了作业精度的要求,从而大大提高了煤矿作业的效率,实现真正意义上的煤矿机械化生产[4].这种液压式自动尖顶的设计如下图显示：

3.1.工作原理

通过对螺栓10的位置调整,使主尖顶1和拔爪2处在一个适当的位置上,又因为顶尖主体8的锥柄是采用莫氏5#锥度,可以和车床的主轴孔相配合,因此,在使用时,轴类零件的一端和主顶尖1装顶,另外一端则装尾座的顶尖,当尾座的顶尖夹紧的时候,主尖顶1就会受力,这时候推力就会由钙基质润滑油7传给6个平均分布的拔爪2,使得拔爪2突出顶紧轴头,推动拔爪轴的转动,同时为了防止顶尖结合体5和顶尖主体8之间的相对运动,采用了顶尖主体开槽进行定位.而拔爪2采用容易更换的分体设计技术,大大方便了磨损后的更换,钙基质润滑油传递力矩的使用也大大降低了密封的要求,顶尖结合体5和定位板3靠止口进行定位,进行装配后,配上工孔,然后进行绞制,可以保证孔的加工精度,同时也能保证孔的同轴度要求,并把同轴度保持在0.005mm之内.

3.2.设计分析与探究

在上图的设计中,拔爪2的原材料是采用合金工具钢,它的头部热处理硬度将近达到了HRC65-HRC70,而普通材料的轴件的硬度仅仅在HRC38左右[5].根据洛氏硬度测算的原理,可以计算出拔爪2零件的压入深度是0.21mm,这样就很好地保证了拔爪2更好地拨动零件的功能.

经过计算,如果尾座传递推力是196-490N的话,拔爪上产生的力是980N.即相应的计算公式为：

在这个计算公式中,F1表示传递来的推力；F2表示1个拔爪的推力；F表示6个拔爪的推力；S1表示主顶尖活塞的面积；S2主要表示活塞4的面积.

总之,这种液压式自动顶尖设计可以提高轴类加工零件的精确度,可以避免很多常规化的轴零件生产中出现的轴的表面擦伤,轴的圆锥度变化等磨损情况,使轴零件的使用能够达到标准的检查精度,同时也减少了轴零件的检查与修复率,改善了轴零件的运转状况,给煤矿的机械作业带来很多便利,提高煤矿机械的工作效率,最终有利于我国煤矿机械化的更高效、安全的生产.

4.结语

在当前我国煤矿产业的发展中,煤矿机械化已经成为主流,不仅给煤矿生产提高了工作效率,进而促进煤矿产业的经济效益的提高,同时,也大大降低了煤矿工作人员的劳动强度,保障了煤矿工作人员的安全.但是,笔者认为,我们对当前煤矿机械化的水平还是应该要有一个客观清醒的认识,对于诸多在煤矿机械技术上的细微技术更是要追求精益求精,而煤矿机械用于加工轴类零件的液压式自动顶尖的设计探究就是这样一种精益求精的精神体现.笔者相信,只要我们精于对这种液压式自动尖顶设计理论上的研究,并善于将其利用于我国当前的煤矿机械化作业生产中,一定能更好地实现我国煤矿机械化产业安全、高效的生产目标.