采煤机螺旋滚筒焊接装置设计

采煤机螺旋滚筒焊接装置设计

近年来，随着综合机械化和煤矿一体化程度的提高，旋转输送式采输机的旋转辊已实现大型化、重型化、高强度和高性能开发，对落煤、装煤、钻、防尘等性能和可靠性要求越来越高。为保证滚筒制造和大修的质量,按工艺要求设计良好的工装是必要的。1旋转轴单次焊接加工中的问题采煤机割煤用的螺旋滚筒由筒体、叶片、端盘、连接法兰及轮毂等组成,其加工工序分别是下料、压力成型、卷筒、车削、钻削、铣削及组装焊接等,如图1所示。组装焊接是螺旋滚筒成型最后一道工序,是将各个零部件焊接在轮毂上。由于组装焊接零件焊缝多及焊接要求高、摆放位置变化异常、工序多等,在组装焊接时需要将滚筒反复改变位置,所以占用各种辅助工装多、反复占用起重机、耗用时间长,生产量多时不能多工位同时开展工作。螺旋滚筒结构复杂,焊接时焊缝所处的位置空间狭小,滚筒位置摆放不合适及操作者站位不当就影响组装焊接质量,遇到装配大型滚筒或大型组合式滚筒时(直径3m、截深800mm的滚筒的重量为6~7t),还需采取特殊的安全技术措施。面对复杂的煤壁和采煤工况,对螺旋滚筒性能有速度、强度、刚度、耐磨和耐振动等要求;在组装焊接时,有纵缝、横缝、环缝、空间曲线焊缝以及曲面堆焊等。为解决上述问题,迫切需要研制一种机械装置,使采煤机滚筒在组装焊接时能任意旋转改变位置,使操作者在最佳工况位置下进行施焊,以保证焊接质量。参考工程机械制造常用的通用焊接变位机,对应采煤机滚筒,装置应设计成台架式的对螺旋滚筒实施双向变位转动的机构。滚筒在工作臂上能够自由旋转,工作臂带着滚筒又能自由翻转,这样可以使滚筒转动至理想的焊接位置,也可以使操作者在最合适的状态下工作。2旋转机构的机构设计焊接变位机是已开发多年的产品,该设计针对采煤机滚筒的种类和规格,研究专用焊接变位机,确保制造产品性能和质量。(1)要有较宽的调速范围,稳定运行的焊接速度,台架要有良好的结构刚度。(2)对各规格滚筒的叶片、端盘、法兰等尺寸和形状各异的焊件,变位机要有一定的适应性。(3)在双向转动中,由于滚筒的转动惯量很大,所以应具有一级反行程自锁,以免滚筒动能大时动力源突然消失,发生事故。(4)要具有对采煤机滚筒组装焊接时能够连续无限制翻转的功能。以保证滚筒的被焊接部位始终处于操作者最合适的工作位置。(5)要解决旋转机构电源线与翻转机构的干扰问题。根据上述要求,将该装置设计成台架式机构,工作臂安装在工作台的支架上并能够具有翻转功能。工作臂选用U结构,滚筒轮毂安装在U工作臂中间的旋转轴座上,U工作臂能够调整两臂距离的长短,用调整工作臂长短的方法促使工作臂与滚筒的综合重心位于或接近于工作臂翻转轴心,从而使工作台的倾覆力矩减少,使工作台的结构不至复杂,还可以降低驱动功率。在工作臂尾部安装调速电机后,工作臂本身具有自动旋转功能,滚筒以恒速或以焊接所需的速度绕中心轴线旋转。变位机工作台翻转工况、旋转功能如图2、图3所示。3确定护板的参数,确定护面为螺旋区域根据开滦集团目前所使用滚筒式采煤机螺旋滚筒的结构参数及近期将要采购的最大滚筒参数作参考依据,按螺旋滚筒直径3m,采煤截割深度0.8m进行设计,最大重量按7t,结构如图4所示。3.1承载力的弯曲U工作臂的支承轴在滚筒、旋转轴和驱动部等综合重量作用下,最大受力点在支承轴和左右工作臂的连接点处,支承轴垂直工作臂的截面上作用有弯曲力矩M弯曲力矩M3.2主轴的直径式中:〔σ〕为许用应力,由于支承轴承受交变载荷会产生应力集中等因素,许用应力为:式中:ε为比例因子,通常取0.5;σ3.3轴颈受力强度校核U工作臂旋转轴平行时受力最大,主要是产生弯曲力矩,计算方法和支承轴相同。当支承轴和旋转轴的轴颈确定后,还需进一步计算各部位的结构尺寸,对各受力节点进行强度校核。由于滚筒在变位机上需要任意变动,最关键是做好轴承支撑设计,根据使用经验选用推力轴承和调心轴承的组合设计,这是投入使用后决定可靠性的关键。4计算驱动程序功率4.1旋转轴的驱动功率计算旋转轴就是带动滚筒旋转,按最大滚筒确定扭矩:式中:M4.2调速器的选择将采煤机滚筒的螺旋叶片分段焊接在轮毂上,其焊接轨迹为复杂的空间三维曲线,旋转轴的转速按平常滚筒焊接时的速度确定,根据滚筒的直径、截深及叶片的厚度和螺旋升角等参数的不同,焊接速度应是可调的。选用双级蜗杆减速器,减速比i可达200以上,在配用变频调速器时,可做到线性调速或按所需要求调速,保证焊接质量和效率。为解决电动机电源线与滚筒连续翻转产生相互干扰问题,电动机的电源线在旋转轴和支承轴内部设置,翻转支承轴设计成空心结构,作为出线通道,在通道出口设置滑环装置,解决了电源线的旋转问题。5干预系统的设计和计算5.1抗倾覆力的测定翻转机构架体采用人字支架型式,主要考虑稳定性及倾覆影响,按滚筒最大直径和最大截深设定。人字架翻转中心距地面高度在1800mm左右,抗倾覆力矩必须大于倾覆力矩。倾覆力矩是滚筒重量乘上滚筒重心到翻转中心的垂直距离,抗倾覆力矩是变位机的综合重量乘以该重心到变位机人字架边缘的垂直距离,当抗倾覆力矩大于倾覆力矩时,物体不会倾覆。5.2翻转机构的驱动滚筒焊接时需要反复正、反向翻转,为的是调整焊接位置,所以焊接时没有对翻转速度变化要求,只是要求能够不定时的微调,速度慢、点动变化小、机械传动要求较大的传动比,同时还要求结构紧凑、传动精度高,所以将变位机翻转机构减速器选用双级蜗杆减速器,传动比为300。计算电动机的最大负载转矩:式中:i6减少起重机数量,保证焊接质量研究设计BHA-30型双向转动焊接变位机初始目的就是为解决制造滚筒占用起重机时间长,人工摆放滚筒其焊接工位不好控制而影响滚筒焊接工作量和质量的问题。该设计的应用对提高制造和大修采煤机螺旋滚筒的效率、质量有很好的推动意义。(1)旋转机构能够任意转动,可以按操作者的要求随意调整滚筒旋转速度,保证焊接的连续性,而手动焊接不能很好保证连续性。(2)翻转机构可以连续翻转且减速比大、微调精度高,通过翻转机构的微调,可摆放最合适的焊接位置,使操作者不会因为身体位置不合适而影响焊接质量。(3)减少起重机的占用量,当多滚筒组装焊接作业时,因起重机不够用而影响工作效率,双向转动焊接变位机的使用,可以将起重机腾出,做好起重吊运事项,提高起重机的利用率。经使用一阶段后还需要:1解决轮毂与旋转轴连接问题,现使用法兰连接,但连接时间长、费时费力,需用时