截割頭點(diǎn)制工裝設(shè)計(jì)

楊澤民

（汾西礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備修造廠，山西 晉中 032000）

引言

本課題為汾西礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備修造廠的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。掘進(jìn)機(jī)在汾西礦業(yè)集團(tuán)公司主要用于煤礦巷道的開(kāi)拓，其主要的執(zhí)行部件為截割頭，承受交變和沖擊載荷，所以截齒位置的布置直接影響掘進(jìn)機(jī)的截割進(jìn)度及設(shè)備的穩(wěn)定性。由于截齒的安裝參數(shù)為三維空間數(shù)據(jù)，并且空間尺寸由截齒座參數(shù)決定，采用人工點(diǎn)制截齒座時(shí)不能完全保證截齒座的位置和方向等參數(shù)，從而使有些截齒受力過(guò)大出現(xiàn)斷裂受損的現(xiàn)象，因此為了提高截齒的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)了可以控制截齒座空間位置的截割頭點(diǎn)制工裝。

1 參數(shù)分析

某型掘進(jìn)機(jī)截割頭截齒分布情況如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)得知，確定截齒的空間參數(shù)需要保證各個(gè)截齒的位置參數(shù)和方向參數(shù)，即：軸向距離Z、截割半徑Rg、圓周角Φ、倒角β、轉(zhuǎn)角α和仰角μ。其中，軸向距離反映的是截齒齒尖到截割頭體底部端面的垂直距離尺寸；截割半徑反映的是截齒齒尖到截割頭體中心線的水平距離尺寸；圓周角反映的是截齒齒尖投影到截割頭體底部端面與截割頭體一側(cè)平鍵鍵槽的圓周夾角；倒角反映的是截齒座底面與截割頭體中心線的夾角；轉(zhuǎn)角反映的是截齒軸線與齒尖運(yùn)動(dòng)方向之間的橫向夾角；仰角反映的是截齒軸線與截割頭體切線夾角與截齒座安裝角的差值。截割頭具體形狀如下頁(yè)圖1所示［1，2］。

表1 截齒參數(shù)

2 工裝設(shè)計(jì)方法

此前汾西礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備修造廠對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭焊接沒(méi)有合適的工裝，依靠工人憑借經(jīng)驗(yàn)看圖紙焊接空間位置，在定位方面難以準(zhǔn)確把握，同時(shí)考慮到公司所使用的掘進(jìn)機(jī)是根據(jù)煤巖機(jī)械性質(zhì)和截割機(jī)構(gòu)選擇的，因此為了保證截割頭截齒的焊接質(zhì)量，并且滿足公司對(duì)截割頭的不同需求，研發(fā)了一個(gè)可以焊接系列型的截割頭點(diǎn)制工裝。

圖1 掘進(jìn)機(jī)截割頭

為適應(yīng)不同型號(hào)截割頭，公司設(shè)計(jì)的截割頭點(diǎn)制工裝有3大部分組成，分別為：截割頭基座、截割頭截齒定位裝置、基準(zhǔn)平面，其中截割頭基座和截割頭截齒定位裝置根據(jù)相對(duì)位置焊接于基準(zhǔn)平面上。其結(jié)構(gòu)和三維圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 截割頭點(diǎn)制工裝

圖3 掘進(jìn)頭點(diǎn)制工裝三維效果圖

2.1 截割頭基座

主要由轉(zhuǎn)盤、滾輪、底座和刻度板組成。轉(zhuǎn)盤用軸承和軸用彈性擋圈固定在底座上，并且通過(guò)均勻分布的3個(gè)滾輪保證轉(zhuǎn)盤的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，底座則焊接于基準(zhǔn)平面上，刻度板通過(guò)螺栓固定于底座一側(cè)，用于定位截齒齒尖的圓周角，其結(jié)構(gòu)和三維圖分別如圖4、圖5所示。

圖4 截割頭基座

圖5 截割頭基座

轉(zhuǎn)盤則是由滑塊、分度盤、刻度盤、連接軸和壓板組成。滑塊和刻度盤分別通過(guò)T型螺母和壓板固定于分度盤上下兩端，在對(duì)不同截割頭進(jìn)行焊接時(shí)可根據(jù)截割頭體大小對(duì)應(yīng)的分度盤數(shù)值進(jìn)行粗略定位，同時(shí)刻度盤和分度盤采用分體設(shè)計(jì)，降低了工人對(duì)截割頭體0刻度定位的難度，只需在截割頭體固定后，將刻度盤0刻度線與截割頭體0線位置對(duì)齊，并將壓板擰緊，使刻度盤固定即可。該設(shè)計(jì)大大降低了工作難度，同時(shí)提高了工作效率。具體結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖6、圖7所示。

2.2 截割頭截齒定位裝置

截割頭截齒定位裝置由連接座、配重裝置、立柱、截齒座定位裝置、α分度盤和水平滑桿組成。立柱和水平滑桿通過(guò)連接座連接，并且立柱和水平滑桿上固定有刻度尺，分別用于定位截齒齒尖的軸向距離Z和截割半徑Rg。連接座上設(shè)有配種裝置用于平衡水平位置部件的重力，同時(shí)立柱上有手輪組件用于調(diào)節(jié)水平滑桿的位置，從而降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖6 轉(zhuǎn)盤

圖7 轉(zhuǎn)盤俯視圖

將截齒座安裝在截齒座定位裝置，并將其固定于α分度盤上即可對(duì)截齒座的位置及角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證截齒齒尖的空間位置參數(shù)。

該裝置各部件都設(shè)置有手柄和壓桿，需要調(diào)節(jié)的部件只需通過(guò)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)壓桿，將部件調(diào)整到正確的位置再將壓桿鎖死即可，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 截割頭截齒定位裝置

2.3 截齒座定位裝置

截齒座定位裝置由β分度盤、β刻度盤、截齒連接件、截齒座、六角薄螺母和六角頭螺栓組成。其中，β分度盤是通過(guò)壓桿與α分度盤連接定位，并且根據(jù)截齒座的安裝角度進(jìn)行錐度的設(shè)計(jì)，保證了截齒軸線的仰角μ；截齒連接件通過(guò)六角頭螺栓固定在β分度盤上，并按照標(biāo)準(zhǔn)截齒進(jìn)行設(shè)計(jì)，既保證了截齒座順利安裝到該裝置上，同時(shí)保證了截齒座與截齒的相對(duì)位置；截齒座是通過(guò)六角薄螺母固定在截齒連接件上的，當(dāng)點(diǎn)制完一件截齒座時(shí)，只需將六角薄螺母松開(kāi)即可將截齒座從該裝置中脫離下來(lái)，然后進(jìn)行下一個(gè)截齒座的點(diǎn)制工作。

通過(guò)對(duì)該設(shè)備的調(diào)整，利用兩個(gè)刻度尺和三個(gè)刻度盤對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭上截齒的參數(shù)進(jìn)行約束，保證每個(gè)截齒座焊接后符合截齒設(shè)計(jì)要求。其結(jié)構(gòu)如圖9、圖10所示。

圖9 截齒座定位裝置

圖10 截齒座定位裝置

該研究達(dá)到了按照設(shè)計(jì)參數(shù)使用工裝設(shè)備精確找到截齒位置，點(diǎn)焊截齒座掘進(jìn)機(jī)整機(jī)截割性能得到提高的目的。

為了驗(yàn)證工裝的使用情況，使用工裝生產(chǎn)制作了10個(gè)截割頭樣品A，共300個(gè)截齒；人工沒(méi)有使用工裝制作10個(gè)截割頭樣品B，共300個(gè)截齒。在集團(tuán)的一個(gè)試驗(yàn)生產(chǎn)礦井的掘進(jìn)隊(duì)組中使用本批樣品A和B各10個(gè)，在使用的有效期限內(nèi)連續(xù)6個(gè)月的跟蹤過(guò)程中發(fā)現(xiàn)A品損壞6個(gè)截齒，B品損壞59個(gè)截齒。

利用工裝點(diǎn)制的掘進(jìn)機(jī)截割頭，合格率有明顯的提升，由原來(lái)沒(méi)使用工裝前的80.3%提高到了采用工裝點(diǎn)制后的98%。

利用工裝點(diǎn)制的掘進(jìn)頭在質(zhì)量和生產(chǎn)效率上都有了提高，實(shí)現(xiàn)了既定的目標(biāo)產(chǎn)值。也使得單位在掘進(jìn)機(jī)截割頭的研究制造方面上了一個(gè)新的臺(tái)階。

通過(guò)上述的工裝設(shè)計(jì)，把截齒復(fù)雜的三維空間位置轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的方式，工人經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就可直接操作運(yùn)用。

3 結(jié)語(yǔ)

此工裝通過(guò)一年多的實(shí)踐驗(yàn)證能滿足公司所有不同型號(hào)截割頭設(shè)計(jì)圖紙的要求，工裝設(shè)計(jì)達(dá)到定位準(zhǔn)確、通用性強(qiáng)的預(yù)期目標(biāo)。此工裝可推廣到有空間位置要求的其他組對(duì)零件，對(duì)其具有一定的參考價(jià)值。不足之處是操作略顯繁瑣，適用于中、小批量生產(chǎn)。若大批量生產(chǎn)應(yīng)采用更為先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化，以提高生產(chǎn)效率。

未利用工裝前點(diǎn)制掘進(jìn)頭需3h，利用工裝點(diǎn)制掘進(jìn)頭需1.5h，且能點(diǎn)制齒座排列不同的截割頭，是一個(gè)通用工裝。保證各礦井的正常生產(chǎn)，以及為加速高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和掘進(jìn)機(jī)械化發(fā)展帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和無(wú)法估量的潛在效益。

［1］ 李曉豁.掘進(jìn)機(jī)截割的關(guān)鍵技術(shù)研究［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］ 王啟廣，李炳文，黃嘉興.采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.