采煤機螺旋滾筒焊接裝置設(shè)計

采煤機螺旋滾筒焊接裝置設(shè)計

近年來，隨著綜合機械化和煤礦一體化程度的提高，旋轉(zhuǎn)輸送式采輸機的旋轉(zhuǎn)輥已實現(xiàn)大型化、重型化、高強度和高性能開發(fā)，對落煤、裝煤、鉆、防塵等性能和可靠性要求越來越高。為保證滾筒制造和大修的質(zhì)量,按工藝要求設(shè)計良好的工裝是必要的。1旋轉(zhuǎn)軸單次焊接加工中的問題采煤機割煤用的螺旋滾筒由筒體、葉片、端盤、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、耗用時間長,生產(chǎn)量多時不能多工位同時開展工作。螺旋滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接時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(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。面對復(fù)雜的煤壁和采煤工況,對螺旋滾筒性能有速度、強度、剛度、耐磨和耐振動等要求;在組裝焊接時,有縱縫、橫縫、環(huán)縫、空間曲線焊縫以及曲面堆焊等。為解決上述問題,迫切需要研制一種機械裝置,使采煤機滾筒在組裝焊接時能任意旋轉(zhuǎn)改變位置,使操作者在最佳工況位置下進行施焊,以保證焊接質(zhì)量。參考工程機械制造常用的通用焊接變位機,對應(yīng)采煤機滾筒,裝置應(yīng)設(shè)計成臺架式的對螺旋滾筒實施雙向變位轉(zhuǎn)動的機構(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)機構(gòu)的機構(gòu)設(shè)計焊接變位機是已開發(fā)多年的產(chǎn)品,該設(shè)計針對采煤機滾筒的種類和規(guī)格,研究專用焊接變位機,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)定運行的焊接速度,臺架要有良好的結(jié)構(gòu)剛度。(2)對各規(guī)格滾筒的葉片、端盤、法蘭等尺寸和形狀各異的焊件,變位機要有一定的適應(yīng)性。(3)在雙向轉(zhuǎn)動中,由于滾筒的轉(zhuǎn)動慣量很大,所以應(yīng)具有一級反行程自鎖,以免滾筒動能大時動力源突然消失,發(fā)生事故。(4)要具有對采煤機滾筒組裝焊接時能夠連續(xù)無限制翻轉(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)機構(gòu)電源線與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的干擾問題。根據(jù)上述要求,將該裝置設(shè)計成臺架式機構(gòu),工作臂安裝在工作臺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)整兩臂距離的長短,用調(diào)整工作臂長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,從而使工作臺的傾覆力矩減少,使工作臺的結(jié)構(gòu)不至復(fù)雜,還可以降低驅(qū)動功率。在工作臂尾部安裝調(diào)速電機后,工作臂本身具有自動旋轉(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)。變位機工作臺翻轉(zhuǎn)工況、旋轉(zhuǎn)功能如圖2、圖3所示。3確定護板的參數(shù),確定護面為螺旋區(qū)域根據(jù)開灤集團目前所使用滾筒式采煤機螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)及近期將要采購的最大滾筒參數(shù)作參考依據(jù),按螺旋滾筒直徑3m,采煤截割深度0.8m進行設(shè)計,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)動部等綜合重量作用下,最大受力點在支承軸和左右工作臂的連接點處,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軸頸受力強度校核U工作臂旋轉(zhuǎn)軸平行時受力最大,主要是產(chǎn)生彎曲力矩,計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,還需進一步計算各部位的結(jié)構(gòu)尺寸,對各受力節(jié)點進行強度校核。由于滾筒在變位機上需要任意變動,最關(guān)鍵是做好軸承支撐設(shè)計,根據(jù)使用經(jīng)驗選用推力軸承和調(diào)心軸承的組合設(shè)計,這是投入使用后決定可靠性的關(guān)鍵。4計算驅(qū)動程序功率4.1旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動功率計算旋轉(zhuǎn)軸就是帶動滾筒旋轉(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,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。為解決電動機電源線與滾筒連續(xù)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生相互干擾問題,電動機的電源線在旋轉(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)問題。5干預(yù)系統(tǒng)的設(shè)計和計算5.1抗傾覆力的測定翻轉(zhuǎn)機構(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的綜合重量乘以該重心到變位機人字架邊緣的垂直距離,當(dāng)抗傾覆力矩大于傾覆力矩時,物體不會傾覆。5.2翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動滾筒焊接時需要反復(fù)正、反向翻轉(zhuǎn),為的是調(diào)整焊接位置,所以焊接時沒有對翻轉(zhuǎn)速度變化要求,只是要求能夠不定時的微調(diào),速度慢、點動變化小、機械傳動要求較大的傳動比,同時還要求結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精度高,所以將變位機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)減速器選用雙級蝸桿減速器,傳動比為300。計算電動機的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩:式中:i6減少起重機數(shù)量,保證焊接質(zhì)量研究設(shè)計BHA-30型雙向轉(zhuǎn)動焊接變位機初始目的就是為解決制造滾筒占用起重機時間長,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)量的問題。該設(shè)計的應(yīng)用對提高制造和大修采煤機螺旋滾筒的效率、質(zhì)量有很好的推動意義。(1)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)能夠任意轉(zhuǎn)動,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,而手動焊接不能很好保證連續(xù)性。(2)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)可以連續(xù)翻轉(zhuǎn)且減速比大、微調(diào)精度高,通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的微調(diào),可擺放最合適的焊接位置,使操作者不會因為身體位置不合適而影響焊接質(zhì)量。(3)減少起重機的占用量,當(dāng)多滾筒組裝焊接作業(yè)時,因起重機不夠用而影響工作效率,雙向轉(zhuǎn)動焊接變位機的使用,可以將起重機騰出,做好起重吊運事項,提高起重機的利用率。經(jīng)使用一階段后還需要:1解決輪轂與旋轉(zhuǎn)軸連接問題,現(xiàn)使用法蘭連接,但連接時間長、費時費力,需用時