采煤機(jī)螺旋滾筒焊接裝置設(shè)計(jì)

采煤機(jī)螺旋滾筒焊接裝置設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著綜合機(jī)械化和煤礦一體化程度的提高，旋轉(zhuǎn)輸送式采輸機(jī)的旋轉(zhuǎn)輥已實(shí)現(xiàn)大型化、重型化、高強(qiáng)度和高性能開(kāi)發(fā)，對(duì)落煤、裝煤、鉆、防塵等性能和可靠性要求越來(lái)越高。為保證滾筒制造和大修的質(zhì)量,按工藝要求設(shè)計(jì)良好的工裝是必要的。1旋轉(zhuǎn)軸單次焊接加工中的問(wèn)題采煤機(jī)割煤用的螺旋滾筒由筒體、葉片、端盤(pán)、連接法蘭及輪轂等組成,其加工工序分別是下料、壓力成型、卷筒、車(chē)削、鉆削、銑削及組裝焊接等,如圖1所示。組裝焊接是螺旋滾筒成型最后一道工序,是將各個(gè)零部件焊接在輪轂上。由于組裝焊接零件焊縫多及焊接要求高、擺放位置變化異常、工序多等,在組裝焊接時(shí)需要將滾筒反復(fù)改變位置,所以占用各種輔助工裝多、反復(fù)占用起重機(jī)、耗用時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)量多時(shí)不能多工位同時(shí)開(kāi)展工作。螺旋滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接時(shí)焊縫所處的位置空間狹小,滾筒位置擺放不合適及操作者站位不當(dāng)就影響組裝焊接質(zhì)量,遇到裝配大型滾筒或大型組合式滾筒時(shí)(直徑3m、截深800mm的滾筒的重量為6~7t),還需采取特殊的安全技術(shù)措施。面對(duì)復(fù)雜的煤壁和采煤工況,對(duì)螺旋滾筒性能有速度、強(qiáng)度、剛度、耐磨和耐振動(dòng)等要求;在組裝焊接時(shí),有縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊縫以及曲面堆焊等。為解決上述問(wèn)題,迫切需要研制一種機(jī)械裝置,使采煤機(jī)滾筒在組裝焊接時(shí)能任意旋轉(zhuǎn)改變位置,使操作者在最佳工況位置下進(jìn)行施焊,以保證焊接質(zhì)量。參考工程機(jī)械制造常用的通用焊接變位機(jī),對(duì)應(yīng)采煤機(jī)滾筒,裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成臺(tái)架式的對(duì)螺旋滾筒實(shí)施雙向變位轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。滾筒在工作臂上能夠自由旋轉(zhuǎn),工作臂帶著滾筒又能自由翻轉(zhuǎn),這樣可以使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)至理想的焊接位置,也可以使操作者在最合適的狀態(tài)下工作。2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接變位機(jī)是已開(kāi)發(fā)多年的產(chǎn)品,該設(shè)計(jì)針對(duì)采煤機(jī)滾筒的種類(lèi)和規(guī)格,研究專(zhuān)用焊接變位機(jī),確保制造產(chǎn)品性能和質(zhì)量。(1)要有較寬的調(diào)速范圍,穩(wěn)定運(yùn)行的焊接速度,臺(tái)架要有良好的結(jié)構(gòu)剛度。(2)對(duì)各規(guī)格滾筒的葉片、端盤(pán)、法蘭等尺寸和形狀各異的焊件,變位機(jī)要有一定的適應(yīng)性。(3)在雙向轉(zhuǎn)動(dòng)中,由于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大,所以應(yīng)具有一級(jí)反行程自鎖,以免滾筒動(dòng)能大時(shí)動(dòng)力源突然消失,發(fā)生事故。(4)要具有對(duì)采煤機(jī)滾筒組裝焊接時(shí)能夠連續(xù)無(wú)限制翻轉(zhuǎn)的功能。以保證滾筒的被焊接部位始終處于操作者最合適的工作位置。(5)要解決旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電源線與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的干擾問(wèn)題。根據(jù)上述要求,將該裝置設(shè)計(jì)成臺(tái)架式機(jī)構(gòu),工作臂安裝在工作臺(tái)的支架上并能夠具有翻轉(zhuǎn)功能。工作臂選用U結(jié)構(gòu),滾筒輪轂安裝在U工作臂中間的旋轉(zhuǎn)軸座上,U工作臂能夠調(diào)整兩臂距離的長(zhǎng)短,用調(diào)整工作臂長(zhǎng)短的方法促使工作臂與滾筒的綜合重心位于或接近于工作臂翻轉(zhuǎn)軸心,從而使工作臺(tái)的傾覆力矩減少,使工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)不至復(fù)雜,還可以降低驅(qū)動(dòng)功率。在工作臂尾部安裝調(diào)速電機(jī)后,工作臂本身具有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)功能,滾筒以恒速或以焊接所需的速度繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。變位機(jī)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)工況、旋轉(zhuǎn)功能如圖2、圖3所示。3確定護(hù)板的參數(shù),確定護(hù)面為螺旋區(qū)域根據(jù)開(kāi)灤集團(tuán)目前所使用滾筒式采煤機(jī)螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)及近期將要采購(gòu)的最大滾筒參數(shù)作參考依據(jù),按螺旋滾筒直徑3m,采煤截割深度0.8m進(jìn)行設(shè)計(jì),最大重量按7t,結(jié)構(gòu)如圖4所示。3.1承載力的彎曲U工作臂的支承軸在滾筒、旋轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)部等綜合重量作用下,最大受力點(diǎn)在支承軸和左右工作臂的連接點(diǎn)處,支承軸垂直工作臂的截面上作用有彎曲力矩M彎曲力矩M3.2主軸的直徑式中:〔σ〕為許用應(yīng)力,由于支承軸承受交變載荷會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中等因素,許用應(yīng)力為:式中:ε為比例因子,通常取0.5;σ3.3軸頸受力強(qiáng)度校核U工作臂旋轉(zhuǎn)軸平行時(shí)受力最大,主要是產(chǎn)生彎曲力矩,計(jì)算方法和支承軸相同。當(dāng)支承軸和旋轉(zhuǎn)軸的軸頸確定后,還需進(jìn)一步計(jì)算各部位的結(jié)構(gòu)尺寸,對(duì)各受力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于滾筒在變位機(jī)上需要任意變動(dòng),最關(guān)鍵是做好軸承支撐設(shè)計(jì),根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)選用推力軸承和調(diào)心軸承的組合設(shè)計(jì),這是投入使用后決定可靠性的關(guān)鍵。4計(jì)算驅(qū)動(dòng)程序功率4.1旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸就是帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn),按最大滾筒確定扭矩:式中:M4.2調(diào)速器的選擇將采煤機(jī)滾筒的螺旋葉片分段焊接在輪轂上,其焊接軌跡為復(fù)雜的空間三維曲線,旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速按平常滾筒焊接時(shí)的速度確定,根據(jù)滾筒的直徑、截深及葉片的厚度和螺旋升角等參數(shù)的不同,焊接速度應(yīng)是可調(diào)的。選用雙級(jí)蝸桿減速器,減速比i可達(dá)200以上,在配用變頻調(diào)速器時(shí),可做到線性調(diào)速或按所需要求調(diào)速,保證焊接質(zhì)量和效率。為解決電動(dòng)機(jī)電源線與滾筒連續(xù)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生相互干擾問(wèn)題,電動(dòng)機(jī)的電源線在旋轉(zhuǎn)軸和支承軸內(nèi)部設(shè)置,翻轉(zhuǎn)支承軸設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu),作為出線通道,在通道出口設(shè)置滑環(huán)裝置,解決了電源線的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題。5干預(yù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算5.1抗傾覆力的測(cè)定翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架體采用人字支架型式,主要考慮穩(wěn)定性及傾覆影響,按滾筒最大直徑和最大截深設(shè)定。人字架翻轉(zhuǎn)中心距地面高度在1800mm左右,抗傾覆力矩必須大于傾覆力矩。傾覆力矩是滾筒重量乘上滾筒重心到翻轉(zhuǎn)中心的垂直距離,抗傾覆力矩是變位機(jī)的綜合重量乘以該重心到變位機(jī)人字架邊緣的垂直距離,當(dāng)抗傾覆力矩大于傾覆力矩時(shí),物體不會(huì)傾覆。5.2翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)滾筒焊接時(shí)需要反復(fù)正、反向翻轉(zhuǎn),為的是調(diào)整焊接位置,所以焊接時(shí)沒(méi)有對(duì)翻轉(zhuǎn)速度變化要求,只是要求能夠不定時(shí)的微調(diào),速度慢、點(diǎn)動(dòng)變化小、機(jī)械傳動(dòng)要求較大的傳動(dòng)比,同時(shí)還要求結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)精度高,所以將變位機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器選用雙級(jí)蝸桿減速器,傳動(dòng)比為300。計(jì)算電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩:式中:i6減少起重機(jī)數(shù)量,保證焊接質(zhì)量研究設(shè)計(jì)BHA-30型雙向轉(zhuǎn)動(dòng)焊接變位機(jī)初始目的就是為解決制造滾筒占用起重機(jī)時(shí)間長(zhǎng),人工擺放滾筒其焊接工位不好控制而影響滾筒焊接工作量和質(zhì)量的問(wèn)題。該設(shè)計(jì)的應(yīng)用對(duì)提高制造和大修采煤機(jī)螺旋滾筒的效率、質(zhì)量有很好的推動(dòng)意義。(1)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠任意轉(zhuǎn)動(dòng),可以按操作者的要求隨意調(diào)整滾筒旋轉(zhuǎn)速度,保證焊接的連續(xù)性,而手動(dòng)焊接不能很好保證連續(xù)性。(2)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以連續(xù)翻轉(zhuǎn)且減速比大、微調(diào)精度高,通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的微調(diào),可擺放最合適的焊接位置,使操作者不會(huì)因?yàn)樯眢w位置不合適而影響焊接質(zhì)量。(3)減少起重機(jī)的占用量,當(dāng)多滾筒組裝焊接作業(yè)時(shí),因起重機(jī)不夠用而影響工作效率,雙向轉(zhuǎn)動(dòng)焊接變位機(jī)的使用,可以將起重機(jī)騰出,做好起重吊運(yùn)事項(xiàng),提高起重機(jī)的利用率。經(jīng)使用一階段后還需要:1解決輪轂與旋轉(zhuǎn)軸連接問(wèn)題,現(xiàn)使用法蘭連接,但連接時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力,需用時(shí)