郭振寅

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)設(shè)備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

中部槽為刮板輸送機(jī)中的大批量件，占整個(gè)刮板機(jī)的70%～80%。中部槽主要由中板、底板和中板兩側(cè)的擋板槽幫和鏟板槽幫組成，中板既用于承載物料，又與刮板鏈直接接觸，因此中板與擋板槽幫和鏟板槽幫采用雙面焊接。生產(chǎn)過程中焊接工序主要是槽幫與中板、槽幫與封底板的焊接，占焊接工作量的80%以上，需要多次翻轉(zhuǎn)焊接[1]。因此，提高中部槽的焊接效率與焊縫質(zhì)量可直接提高整臺刮板機(jī)的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

傳統(tǒng)的中部槽焊接完一面后又進(jìn)行翻轉(zhuǎn)焊接，需要吊裝、翻轉(zhuǎn)和復(fù)位。翻轉(zhuǎn)方式為人工、行車翻轉(zhuǎn)，效率低下且存在安全隱患。中部槽雙面焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對槽子全自動翻轉(zhuǎn)、焊接，實(shí)現(xiàn)自動化。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)部分是整個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分，是設(shè)計(jì)開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。

1 翻轉(zhuǎn)部分的結(jié)構(gòu)

1.1 翻轉(zhuǎn)機(jī)工作原理

翻轉(zhuǎn)機(jī)由運(yùn)輸平臺、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)三部分組成。中部槽通過第一個(gè)運(yùn)輸平臺進(jìn)入翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，到達(dá)內(nèi)部平臺上，液壓夾緊機(jī)構(gòu)加緊，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°；中部槽翻轉(zhuǎn)完成，夾緊機(jī)構(gòu)放松；中部槽繼續(xù)前進(jìn)到第二個(gè)運(yùn)輸平臺上焊接；兩邊的兩個(gè)運(yùn)輸平臺外側(cè)放置焊接工位。工作原理如圖1所示，所有動力均由液壓馬達(dá)提供。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作為翻轉(zhuǎn)機(jī)的主要部分，擔(dān)負(fù)著夾緊裝置夾緊中部槽后的翻轉(zhuǎn)工作。針對中部槽規(guī)格為1 750 mm×2 050 mm，比普通中部槽規(guī)格大。為提高傳動穩(wěn)定性，適應(yīng)大規(guī)格中部槽翻轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)部分采用齒輪傳動。

圖1 翻轉(zhuǎn)機(jī)工作原理示意圖

1.2 旋轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)

整體旋轉(zhuǎn)部分外圍尺寸為Φ2 520 mm×2 515 mm的圓盤式框架結(jié)構(gòu)，小齒輪帶動大齒圈的傳動形式，中部聯(lián)接翻轉(zhuǎn)平臺放置中部槽。旋轉(zhuǎn)部分由旋轉(zhuǎn)架體和翻轉(zhuǎn)平臺組成，如圖2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)部分示意圖

1.3 旋轉(zhuǎn)架體結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)架體兩端為兩個(gè)40 mm圓形鋼板，中間部分為整體槽鋼聯(lián)接。轉(zhuǎn)盤I、II，為增加結(jié)構(gòu)剛度，非圓環(huán)結(jié)構(gòu)，而設(shè)計(jì)成中間留下1 072 mm×2 100 mm不規(guī)則六邊形孔，上下有扇形觀察窗。轉(zhuǎn)盤I與轉(zhuǎn)盤左右側(cè)架用6-M30×110螺栓聯(lián)接，轉(zhuǎn)盤II與轉(zhuǎn)盤左右側(cè)架與齒圈采用10-M30×180與6-M30×200內(nèi)六角螺栓聯(lián)接。為加強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，布置8個(gè)M30可以傳遞扭矩的鉸接螺栓，保證框架扭曲不變形。螺母全部采用鎖緊螺母。

轉(zhuǎn)盤左右側(cè)架結(jié)構(gòu)，整體采用16a槽鋼，中間與翻轉(zhuǎn)平臺連接處用槽鋼焊接成箱體結(jié)構(gòu)，兩側(cè)焊接20 mm鋼板。根據(jù)強(qiáng)度要求，中間是根2.2 m槽鋼，不可截?cái)?，兩端加筋板提高整體強(qiáng)度。左右側(cè)架中間用32-M42×240高強(qiáng)度螺栓與翻轉(zhuǎn)平臺聯(lián)接。圓盤式框架結(jié)構(gòu)的上下各有一根聯(lián)接梁。

1.4 傳動部分

翻轉(zhuǎn)的傳動部分采用小齒輪帶動大齒圈旋轉(zhuǎn)，小齒輪采用40Cr，大齒圈采用HT150。動力由液壓馬達(dá)輸出。馬達(dá)技術(shù)參數(shù)：型號為KGM1-200-B；理論排量為201 mL/r；額定扭矩為785 N·m。

2 翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的控制方法

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中因翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)急停急起方式對整個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)造成較大啟動與停止沖擊而導(dǎo)致使用翻轉(zhuǎn)機(jī)壽命短的問題，計(jì)算繪制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動曲線，以對翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行很好的控制。

2.1 運(yùn)動曲線

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)先勻加速，然后勻速，勻減速，有低速運(yùn)行段，停止；最快線速度約π/13 rad/s，低速運(yùn)行段約π/130 rad/s，勻加減速對稱，開始運(yùn)行到最后停止，旋轉(zhuǎn)半圈，時(shí)間控制在16 s左右，運(yùn)動曲線如圖3所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)部分運(yùn)動曲線

2.2 旋轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)

本系統(tǒng)為馬達(dá)驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪與齒圈嚙合帶動翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)。通過計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量以及繪制的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動曲線可以計(jì)算翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)的各個(gè)技術(shù)參數(shù)。

翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)所需最大轉(zhuǎn)矩如式（1）所示：

式中：J為轉(zhuǎn)動慣量，取8 810 kg·m2；β為角加速度，取0.161 rad/s2。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得T=1 420 N·m。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所需最大功率如式（2）所示：

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Pm=343 W。

齒輪與齒圈嚙合傳動系統(tǒng)，傳動比為7.5，根據(jù)傳動比只改變動力轉(zhuǎn)矩與動力角速度，不改變動力的功率原理。

馬達(dá)所需最大轉(zhuǎn)矩Tm=190N·m，馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速n=17.25r/min，最大流量式中：q0為理論排量，取201 mL/r。

3 結(jié)語

中部槽雙面焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對中部槽全自動翻轉(zhuǎn)、焊接的自動化，解決了傳統(tǒng)人工、行車翻轉(zhuǎn)存在的安全隱患，提高了中部槽的生產(chǎn)效率。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)急停急起方式對整個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)造成較大的啟動與停止沖擊而導(dǎo)致使用壽命短的問題，計(jì)算繪制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動曲線，以更好地控制翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，減小對翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的沖擊，同時(shí)提高翻轉(zhuǎn)機(jī)的使用壽命。