冷彎技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用研究
W鋼帶是煤巷錨桿支護(hù)中的重要構(gòu)件。它可將單根錨桿聯(lián)接起來組成一個整體的承載結(jié)構(gòu)，顯著提高支護(hù)整體效果。鋼帶一般由薄鋼板壓制成w型，鋼帶上有沖孔，沖孔形狀為圓形或長橢圓形。w型鋼帶是利用帶鋼經(jīng)多組軋輥連續(xù)進(jìn)行冷彎，滾壓成型的型鋼產(chǎn)品。由于帶鋼的冷彎成型過程中的硬化效應(yīng)，可明顯提高型鋼強(qiáng)度。冷彎成型出材率高（98%），與沖壓及熱軋型鋼比，可節(jié)約鋼材10%~30%。根據(jù)根據(jù)我國煤礦井下管道的具體情況，制訂了我國礦用w型鋼帶標(biāo)準(zhǔn)（MT/T861—2000）。在井下使用時，可根據(jù)巷道的具體條件，選擇不同參數(shù)的w型鋼帶。為與強(qiáng)力錨桿配合，高強(qiáng)度w型鋼帶已投入使用其被斷載荷高達(dá)500KN，同時剛度也大幅度提高，組合與護(hù)表能力大大增強(qiáng)。
一、w型鋼帶機(jī)主要參數(shù)
?、胚m用于鋼帶原度：2.0~5.0mm， 適用鋼帶最大寬度：400mm
?、茩C(jī)組理論運(yùn)行速度：11m／mm， 料卷重量：≤4000kg
⑶主電機(jī)功率：11kw，液壓電機(jī)功率：5.5kw
?、冗m用電源：380v／50HZ， 機(jī)組總質(zhì)量：5800kg
二、結(jié)構(gòu)簡介
本設(shè)備由生料支架、進(jìn)料導(dǎo)入平臺、鋼帶壓平機(jī)、成型軋輥主機(jī)、計數(shù)器、沖孔機(jī)、剪切裝置、成品接料架、液壓站、電腦控制柜等件組成。全機(jī)采用工業(yè)電腦PLC控制。結(jié)構(gòu)圖見圖1.
三、設(shè)計概況
?、跑堓佋O(shè)計
在冷彎成型過程中，板材逐漸成型為最終的形狀，當(dāng)材料通過軋機(jī)時，是由旋轉(zhuǎn)的軋輥成型的。軋輥設(shè)計的目標(biāo)是：以最少的成型步驟，也就是最少的道次數(shù)在給定滿足的公差內(nèi)成型要求的產(chǎn)品。根據(jù)（MT/T861—2000礦用w型鋼帶）標(biāo)準(zhǔn)的要求，該軋輥設(shè)計為7個道次，設(shè)計一套好的便于使用的軋輥可以遵循以下原則：材料按照預(yù)想的方式平滑順暢流動；足夠的成型道次數(shù)。軋輥能起到正確作用，必須可以做到以下幾點(diǎn)：如軋輥制造準(zhǔn)確，并且軋機(jī)軸不彎曲，不松動，軸肩定位準(zhǔn)確。如果滿足以上條件，一組好的軋輥會生產(chǎn)出數(shù)萬米的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
⑵軋機(jī)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題：1、軋機(jī)類型的選取，考慮到軋制板材最大寬度400mm，板厚5mm，軸與軸的承載力大，故選用通軸雙端式軋機(jī)型式。2、軋機(jī)軸直徑的選取：根據(jù)計算與類比法，軸徑定為80mm。3、道次間距：道次間距是水平方向的中心軸距，成型產(chǎn)品時，道次間距會很關(guān)鍵，不能太短亦不能太長，過短會產(chǎn)生波浪和扭曲，以至于不能安裝調(diào)節(jié)輥和其它組件（如計數(shù)器），另外空間太小會使安裝和和使用常規(guī)檢查軋輥間隙變得極其困難。由此本設(shè)備道次間距選在≤500mm。4、下軸和軋機(jī)臺面距離：一般情況下大多數(shù)軋機(jī)包括本設(shè)備下軸都是固定的，不可調(diào)節(jié)。5、下軸驅(qū)動：冷彎成型行業(yè)已作為一種規(guī)則，一般均采用下軸驅(qū)動。由11kw電機(jī)經(jīng)Pm500減速機(jī)帶動鏈輪鏈條，鏈條1.5寸雙排拖動。6、分離定位套設(shè)計：分離定位套可減少多規(guī)格寬斷面的軋輥更換時間。 從軸端卸下原螺母，拉出機(jī)架，分離定位套的換輥操作，只需松開螺母，將軋輥向兩側(cè)拉動6~20mm即可，這個間隙即可分離定位套，將其安裝在新位置。這種方法可以減少軋輥更換時間約70%~80%。比如，用標(biāo)準(zhǔn)定位套，每個道次套更換時間在10~24min，而用定位分離套，更換時間可以減少3~5min。
本設(shè)備用的是鉸鏈聯(lián)接定位套和帶止口的活動墊片，鉸鏈連接的定位套是以鉸鏈作為定位的一種定位方式，外部加彈簧固定，從某種程度上講，比螺栓固定更能減少裝卸時間，而且該構(gòu)建表面美觀，非常實(shí)用。定位套是軋輥組的一部分，因此，長度公差和兩端平衡度很關(guān)鍵。定位套不必?zé)崽幚?，對加工粗糙度也沒有嚴(yán)格要求。
?、撬闹?jīng)_床設(shè)計
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鋼帶機(jī)沖孔一般都是由液壓沖床完成的，液壓沖床的有點(diǎn)是沖切力、行程、沖切速度容易調(diào)整，震動和噪聲小。由于液壓沖床運(yùn)動部件很少，因此它不宜過載，也不宜太多的維護(hù)。但是長久以來，速度的限制是液壓沖床的最大缺點(diǎn)。為此，我們在本設(shè)備中設(shè)計了四柱式下曲柄沖床。該沖床結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，是冷彎件沖孔的使用設(shè)備。這種機(jī)床樣式如圖2所示：
利用電機(jī)來驅(qū)動飛輪，飛輪通過轉(zhuǎn)鍵式離合器聯(lián)結(jié)
曲軸支撐在底座上，通過中部連桿，曲軸驅(qū)動曲帶
動底板上下運(yùn)動，曲柄的偏心大小決定了行程的大小
離合器系統(tǒng)控制滑塊行程次數(shù)，該沖床切力
沖壓速度50~60次／分鐘。一般小型機(jī)械沖床只有兩根立柱，但為了安全，能承載更大的機(jī)械力，故設(shè)計了四柱沖床。
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沖切力的計算，用于平刃口沖載工件在理論上講等于材料的橫切面積與材料的剪切強(qiáng)度的乘積：P=πdtτ
公式中P—力（kw）
d—沖載件的直徑（mm）
τ—材料的抗剪切強(qiáng)度（MPa）
鋼帶沖孔Φ34mm，厚度5mm，低碳鋼抗剪強(qiáng)度415Mpa
P=πdtτ=3.14×34×5×415=22.15t
所需沖切力會歲某些因素增減。如模具的鈍化，或間隙的加大，都能使力度增大。通過以上的預(yù)算就能達(dá)到初步的估計。
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鋼帶剪的計算
為了減小剪切力，剪床設(shè)計為斜刃剪切，斜度為3°
P=0.5τ
公式中t—剪切件厚度。
τ—材料抗剪強(qiáng)度Mpa。
—剪切斜度一般在2°～5°之間。
故P=0.5τ=0.5××4.5×=10.5t，因為雙刃是10.5×2=21t，
故所需沖切力為21t。
該產(chǎn)品是冷彎技術(shù)在煤礦機(jī)械中使用的理想產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是：
?、沤Y(jié)構(gòu)緊湊，制造工藝簡單；
?、谱詣踊潭雀?；
⑶本設(shè)備采用機(jī)械沖孔后，生產(chǎn)效率大幅度提高；
?、炔僮鞣奖悖\(yùn)行安全可靠；
?、稍O(shè)備組裝出廠、運(yùn)輸、安裝方便，安裝周期短。
四、結(jié)束語
該設(shè)備經(jīng)安裝，測試后運(yùn)行良好，各項參數(shù)均符合設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，不論從剛度和強(qiáng)度上都能滿足生產(chǎn)的要求。
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