一種耐磨管路焊接定位工裝設(shè)計(jì)

張志祥，胡興偉，劉 鋒，金萬利，陳兆彬

（山東博選礦物資源技術(shù)開發(fā)有限公司，山東 濟(jì)寧 272173）

1 引言

耐磨管路廣泛應(yīng)用于洗煤生產(chǎn)中，是洗煤行業(yè)不可或缺的一部分。耐磨管路制作過程中需要在管路的兩端焊接法蘭，用于連接兩端管路。

法蘭焊接一般是將管路放在制作平臺(tái)上，一名操作人員手扶管路與法蘭，另一名工作人員焊接，焊接期間，需要手扶人員憑借經(jīng)驗(yàn)調(diào)整法蘭與管道之間的縫隙，來使法蘭與管道處于同軸同心；這樣一方面浪費(fèi)人工且生產(chǎn)效率低，另一方面容易導(dǎo)致焊接的管路和其配套法蘭的圓心不在一條直線上等問題，焊接質(zhì)量難以保證。

2 耐磨管路焊接工裝的設(shè)計(jì)流程

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種新型耐磨管路焊接工裝用于克服法蘭與管路之間焊接的縫隙大、兩個(gè)法蘭的圓心與管道的圓心不在同一條直線上、無法保證法蘭與管路的垂直度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以靈活取用、造價(jià)成本高昂以及生產(chǎn)效率低下等問題。

針對(duì)各礦井及洗煤廠單位耐磨管路安裝與運(yùn)行的特點(diǎn)，以及耐磨管路在介質(zhì)與煤流沖擊下的環(huán)境要求，需要設(shè)計(jì)與制作一套符合耐磨管路焊接加工的工裝來滿足生產(chǎn)需求。

針對(duì)耐磨管路如何高效優(yōu)質(zhì)焊接制作為研究對(duì)象，明確設(shè)計(jì)目的及相關(guān)要求。根據(jù)耐磨管路的使用環(huán)境與制作要求對(duì)焊接工裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能驗(yàn)證以及投產(chǎn)使用。首先對(duì)焊接工裝可實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行預(yù)判、評(píng)估和劃分，從而為工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)與成本預(yù)算奠定基礎(chǔ)。詳細(xì)地由焊接工裝功能定位、工裝基本參數(shù)構(gòu)成、工裝3D建模等。其次對(duì)焊接工裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算，進(jìn)而保證焊接工裝功能的預(yù)期性。同時(shí)，還需要對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與分析，完成各部分的圖樣數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。最終依據(jù)設(shè)計(jì)圖樣或3D數(shù)模進(jìn)行各零部件的加工，結(jié)合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書進(jìn)行安裝調(diào)試，進(jìn)行管道焊接驗(yàn)證，從而保證焊接工裝可以達(dá)到預(yù)期功能設(shè)計(jì)目的。

3 耐磨管路焊接工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本焊接工裝為焊接拼裝結(jié)構(gòu)件，材料選型主要以45#為主，這是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，該材料具有優(yōu)越的機(jī)械性能和表面強(qiáng)度，該焊接工裝主要承受的是管路豎直向下的重力，可以在焊接管路的過程中保持工裝整體不會(huì)變形開裂。工裝的結(jié)構(gòu)包含底座、支撐板、定位架、活動(dòng)定位架、豎桿、連板、加強(qiáng)板、滑軌、滾輪、活動(dòng)板、滑輪、管路、法蘭和插孔，工裝軸側(cè)圖如圖1所示，工裝軸左視圖如圖2所示，工裝模型圖如圖3所示。

圖1 工裝軸側(cè)圖

圖2 工裝軸左視圖

圖3 工裝模型圖

3.2 性能設(shè)計(jì)

對(duì)于工裝使用45#鋼板厚度可以按照矩形平板計(jì)算。工裝承受耐磨管路的重量為100 kg，因此根據(jù)功能設(shè)計(jì)原則可以計(jì)算出材料為45#的鋼板厚度，鋼板的厚度算法為

式中，L為焊接工裝鋼板厚的理論值，單位為mm；L為鋼板的補(bǔ)償厚度，單位為mm。L的計(jì)算方法為

式中，B為焊接工裝鋼板窄邊的長度，在此設(shè)計(jì)值取B=800 mm；ψ為工裝鐵板彎曲時(shí)的許用應(yīng)力，本設(shè)計(jì)取ψ=180 Mpa。

腦卒中是中老年人的常見病、多發(fā)病,大部分患者會(huì)遺留不同程度的功能障礙, 偏癱上肢活動(dòng)障礙對(duì)患者生活質(zhì)量影響很大[1]。上肢在皮層中占的比例大，受損后腦功能重組難度大，偏癱上肢常呈屈曲痙攣模式、手抓握狀畸形、肩手綜合癥等是康復(fù)難題，臨床上常予以肩部懸吊、肌內(nèi)效貼、磁熱療法、針灸、神經(jīng)肌肉電刺激等進(jìn)行對(duì)癥處理，但效果欠佳。因此，進(jìn)一步探索新的康復(fù)治療方法，更好地改善偏癱患者上肢功能，具有十分重要的意義。本研究對(duì)腦卒中偏癱上肢運(yùn)用新Bobath技術(shù)治療腦卒中偏癱患者，療效較好，報(bào)道如下。

同時(shí)在計(jì)算焊接工裝所采用的鋼板厚度時(shí)，工裝鋼板厚度的補(bǔ)償厚度計(jì)算公式為

式中，L為工裝選材鋼板負(fù)公差的最大值，此處定為L=0.6 mm；L為腐蝕偏量，取L=1.3 mm；L為沖壓成型時(shí)對(duì)鋼板厚度造成的削薄量，通常情況下取計(jì)算值的8%，特殊情況下如沒有經(jīng)過沖壓成型工藝的焊接工裝鋼板，L=0 mm。

因此，L=L+L+L=0.6+1.3+0=1.9 mm。

通過計(jì)算公式 (1)、(2)、(3) 得出工裝壁厚為L=L+L=13.4+1.9=15.3 mm。

4 耐磨管路焊接工裝的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

1）使用時(shí)將待焊接的管路平放于兩支撐板上邊緣之間，先將法蘭套設(shè)在管路的靠近定位架一端，此時(shí)將管路向定位架靠近，直到法蘭緊貼定位架，在保證管路外壁緊貼支撐板上邊緣同時(shí)法蘭緊貼定位架的情況下，操作人員即可單人直接開始焊接。

利用支撐板上邊緣平行于底座，定位架的定位平面垂直于底座與支撐板上邊緣，為管路與法蘭分別提供了兩個(gè)互相垂直的平面，實(shí)現(xiàn)單人操作即可保證法蘭與管路同軸，節(jié)約操作時(shí)間與人力物力，提高生產(chǎn)效率，并且顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)上述管路法蘭焊接工裝各部互相可拆卸連接，拆卸后呈多塊板的形式，特別便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸，可在多種不同環(huán)境下隨時(shí)拆裝取用，有效增大了可焊接操作的區(qū)域范圍，如焊接工在多個(gè)不同車間之間的流動(dòng)作業(yè)，避免了管道大范圍運(yùn)輸，保護(hù)管道，提高生產(chǎn)效率。

2）活動(dòng)定位架通過滑動(dòng)結(jié)構(gòu)滑動(dòng)連接在底座上支撐板的另一端，滑動(dòng)方向與支撐板上邊緣平行；活動(dòng)定位架靠近支撐板的一側(cè)所在平面豎直。

一方面活動(dòng)定位架可用于推動(dòng)管道，操作人員可在調(diào)整管路與上述固定的定位架之間距離時(shí)，手推活動(dòng)定位架使管道靠近定位架，既能保證管路外壁緊貼支撐板上邊緣，又能避免操作人員推動(dòng)管路時(shí)手部接觸管路鋒利的邊緣，避免割傷；另一方面活動(dòng)定位架一端也可用于焊接管路與法蘭，使用方法同定位架，將管路平放于支撐板上后，在管路的靠近活動(dòng)定位架一端套設(shè)法蘭后，推動(dòng)活動(dòng)定位架靠近管路，至活動(dòng)定位架緊貼法蘭，同時(shí)保證管路外壁緊貼支撐板上邊緣，即可開始焊接，實(shí)現(xiàn)僅需放置一次管路本體即可兩端均焊接法蘭，避免在焊接完一端后需調(diào)整管路位置，減少管路外壁劃傷可能，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

3）定位架和活動(dòng)定位架包括豎桿、連板與加強(qiáng)板，豎桿有兩個(gè)，相互平行且垂直于底座，連板設(shè)置在豎桿上端連接兩豎桿，加強(qiáng)板有兩個(gè)分別設(shè)置在兩豎桿下端，并且加強(qiáng)板設(shè)置在豎桿的遠(yuǎn)離支撐板的一側(cè)。

豎桿上端與連板構(gòu)成平面，用于保證法蘭垂直于底座與支撐板上邊緣，加強(qiáng)板則能夠使豎桿與底座之間連接更穩(wěn)固，進(jìn)一步保證法蘭在緊貼定位架后保持所在平面位置。

4）滑動(dòng)結(jié)構(gòu)包括滑軌、滾輪與活動(dòng)板，滑軌設(shè)置于底座上平行于支撐板下邊緣，滾輪設(shè)置于滑軌上，活動(dòng)板一端連接滾輪，另一端上表面連接活動(dòng)定位架。

滑軌一般設(shè)有一條或互相平行的兩條，分別對(duì)應(yīng)一組和兩組滾輪，每組滾輪為設(shè)置在一條導(dǎo)軌上的至少兩個(gè)，活動(dòng)板通過連接桿連接滾輪。

5）支撐板的上邊緣設(shè)有多個(gè)滑輪?；喌幕瑒?dòng)方向平行于支撐板的上邊緣。

滑輪能夠減小管路在支撐板上邊緣滑動(dòng)時(shí)的阻力，減小管路劃傷的可能性，同時(shí)減小管路與法蘭之間緊貼后產(chǎn)生的擠壓力。

6）支撐板與定位架底部設(shè)有凸起，底座對(duì)應(yīng)位置設(shè)有插孔，支撐板與定位架通過凸起與插孔與底座可拆卸連接。

支撐架、定位架與底座通過插接連接，具備更高的拆裝效率，并且結(jié)構(gòu)更為簡單，損壞概率更小。

4 耐磨管路焊接工裝的實(shí)用性

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本工裝實(shí)現(xiàn)單人操作即可保證法蘭與管路同軸，節(jié)約操作時(shí)間與人力物力，提高生產(chǎn)效率，并且顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量；結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸，拆卸后呈多塊板的形式，特別便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸，可在多種不同環(huán)境下隨時(shí)拆裝取用，有效增大了可焊接操作的區(qū)域范圍，如焊接工在多個(gè)不同車間之間的流動(dòng)作業(yè)，避免了管道大范圍運(yùn)輸，保護(hù)管道，提高生產(chǎn)效率；能適應(yīng)于多種不同長度、規(guī)格的管路。

5 結(jié)束語