王艷麗

摘要：大功率傳動(dòng)鏈輪結(jié)構(gòu)整體焊接結(jié)構(gòu)，鏈輪軸組在工作中還要承受整個(gè)設(shè)備的最大扭矩，整體強(qiáng)度要求高。焊接工藝焊接時(shí)鏈輪整體預(yù)熱，溫度250-300℃，焊接過(guò)程中焊接溫度較高，工作環(huán)境惡劣，影響焊接質(zhì)量，同時(shí)焊接需要順時(shí)針、逆時(shí)針交替焊接，人工翻轉(zhuǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以需要制作好用的輔助工裝，負(fù)責(zé)焊接時(shí)時(shí)工件旋轉(zhuǎn)，操作舒適，符合人機(jī)工程學(xué)。

Abstract： In the overall welding structure of the high-power transmission sprocket structure， the sprocket shaft group must withstand the maximum torque of the entire equipment during work， and the overall strength demand is high. In welding process， the whole sprocket is preheated during welding， and the temperature is 250-300℃. The welding temperature is high during the welding process， and the working environment is bad， which affects the welding quality. At the same time， welding needs to be clockwise and counterclockwise alternately and Manual flipping takes time and effort， so it is necessary to make a useful auxiliary tooling， which is responsible for the rotation of the workpiece when welding， and the operation is comfortable and ergonomic.

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)軸;支撐板;旋轉(zhuǎn)盤(pán);人機(jī)工程學(xué)

1? 概述

礦用鏈輪是礦用刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)傳動(dòng)的重要部件。大功率傳動(dòng)鏈輪結(jié)構(gòu)如圖1所示鏈輪軸組，考慮到熱處理設(shè)備能力與加工襯板，選擇整體焊接結(jié)構(gòu)，由于輸送機(jī)牽引鏈由鏈輪驅(qū)動(dòng)，鏈輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒依次與鏈環(huán)嚙合牽引刮板鏈連續(xù)運(yùn)動(dòng)起到輸送作用;鏈輪軸組在工作中還要承受整個(gè)設(shè)備的最大扭矩，主要承受滑動(dòng)和碾壓力，承受脈動(dòng)載荷與附加載荷，工況條件十分惡劣，焊縫容易受力開(kāi)裂，焊接強(qiáng)度直接影響鏈輪使用性能和壽命，其壽命只有整機(jī)壽命的1/4～1/3，所以提高壽命的重要途徑之一是提高此類結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量。

2? 工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示鏈輪結(jié)構(gòu)，鏈輪軸組（焊接結(jié)構(gòu)），兩端為鏈輪，中間位鏈輪軸，鏈輪與軸采用過(guò)渡配合裝配在一起，應(yīng)為軸外壁厚度尺寸較大，所以選擇U型窄間隙焊道。此類坡口形式深度，焊道寬度尺寸小，手工焊接具有操作難度。鏈輪軸組焊接時(shí)圓周方向施焊，為保證焊接質(zhì)量，焊接時(shí)需要順時(shí)針、逆時(shí)針交替焊接，鏈輪軸組重量一般在600-1000kg，焊接時(shí)鏈輪整體預(yù)熱，溫度250-300℃，焊接過(guò)程中焊接溫度較高，操作困難工作環(huán)境惡劣，同時(shí)要求工件可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，隨時(shí)可停，由于此類結(jié)構(gòu)批量小，一般采取人工操作，焊接時(shí)人工翻轉(zhuǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工件容易磕碰，同時(shí)存在安全隱患，所以需要制作好用的輔助工裝，鏈輪能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，操作方便。

2.2 工裝設(shè)計(jì)

工裝設(shè)計(jì)根據(jù)使用，采用套筒結(jié)構(gòu)，將鏈輪套在軸上，軸可以帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)。考慮到人工焊接因素，工裝高度更符合人機(jī)工程學(xué)，操作舒適，高度設(shè)定在600-700mm高，同時(shí)配以高腳旋轉(zhuǎn)椅。

首先設(shè)計(jì)軸部總體結(jié)構(gòu)，如圖2所示主視圖所示，整體工裝以軸為主體部位，轉(zhuǎn)動(dòng)但要求精度不高，同時(shí)考慮到工件的裝卡問(wèn)題，軸便于隨時(shí)裝卸。如圖3所示，軸部選擇軸、套形式、間隙配合，間隙1-2mm，上部選擇半開(kāi)放結(jié)構(gòu)，便于裝卸用來(lái)裝卡工件。再軸的一側(cè)設(shè)計(jì)有擋板，放置工件及軸部軸線傳動(dòng)，避免造成不合格品，影響操作安全性，使工裝安全可靠。

旋轉(zhuǎn)軸部需要旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鏈輪圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，位置操作者自行控制，所以走的一端引用汽車方向盤(pán)的結(jié)構(gòu)原理，如圖2左視圖所示，選擇方向盤(pán)上均勻焊接撥叉，拔插選擇強(qiáng)度合適、長(zhǎng)度合理的鋼筋，采用圓盤(pán)上均布焊接6根拔叉，強(qiáng)度能夠長(zhǎng)期承載旋轉(zhuǎn)力和瞬間踩踏力。

旋轉(zhuǎn)軸（軸部）如圖2中A-A所示，結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)軸部分選擇直徑較細(xì)的鋼管，兩端與支撐架軸套配合旋轉(zhuǎn);外部軸套選擇厚壁鋼管，兩側(cè)加蓋，細(xì)軸與外部軸套焊接為一體，保證旋轉(zhuǎn)軸的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也可選擇整體軸加工，中間通過(guò)厚壁鋼管加粗，是因?yàn)殒溳嗇S組重量較重，避免旋轉(zhuǎn)軸由于鏈輪軸組重量產(chǎn)生的自重產(chǎn)生彎曲。

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，推薦用于身高155-160mm的男性人坐著手工操作的最佳區(qū)高度600-650mm，腿腳活動(dòng)空間最佳650-700mm，所以根據(jù)鏈輪操作組的焊工平均身高，最終選擇工裝高度設(shè)定在600-700mm高（從旋轉(zhuǎn)軸中心到工裝底部距離），故選擇底部支撐部分（見(jiàn)圖2序號(hào)2），兩端設(shè)計(jì)支撐板，支撐板同時(shí)設(shè)計(jì)套類功能，負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)支撐。底座部分焊有槽鋼，此處不選擇板類，線接觸代替面接觸，可避免地面不平造成工裝不穩(wěn)固，便于工裝吊運(yùn)，同時(shí)工裝整體重量輕，整體外觀簡(jiǎn)單、輕便、可靠。

2.3 工作原理

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸與支撐部分配合如圖3所示，半開(kāi)放式軸套配合，可拆卸。旋轉(zhuǎn)軸部分放置到支撐架部份上，通過(guò)自重，保證旋轉(zhuǎn)軸不會(huì)向上傳動(dòng)，保證工裝平穩(wěn)。

使用時(shí)，以天車將工件套在滾筒體上，在放置到旋轉(zhuǎn)軸上，如圖4所示，操作者坐在高腳旋轉(zhuǎn)椅上，一是方向盤(pán)上均勻焊接撥叉，用腳控制方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)鏈輪圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，位置操作者自行控制，順時(shí)針、逆時(shí)針交替焊接，充分保證焊接質(zhì)量，二是通過(guò)工裝，操作者與工件保持適當(dāng)?shù)木嚯x，避免工件熱量的炙烤，人體感覺(jué)舒適，焊接操作穩(wěn)定，提高焊接質(zhì)量。配合高腳旋轉(zhuǎn)椅，操作者隨意旋轉(zhuǎn)，選取放置焊接材料、保護(hù)裝備等。

3? 結(jié)語(yǔ)

鏈輪軸組套工裝旋轉(zhuǎn)軸上，方向盤(pán)上均勻焊接撥叉作為方向盤(pán)，操作者通過(guò)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒體，可控制圓周任意位置停止，實(shí)現(xiàn)鏈輪圓周焊接。整個(gè)工裝高度適合操作者做高腳椅用腳轉(zhuǎn)動(dòng)，保證鏈輪圓周焊接可靠性，提高焊接質(zhì)量。整套工裝簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠，并且結(jié)合人機(jī)工程學(xué)，考慮操作舒適性。通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析、整套工裝設(shè)計(jì)原理剖析、人機(jī)工程學(xué)等，形成一套工裝設(shè)計(jì)思路，為今后工裝設(shè)計(jì)提供可靠性設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[3]吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].高等教育出版社，1995.

[4]熊興福，舒于安.人機(jī)工程學(xué)[M].清華大學(xué)出版社，2016.