截割頭點制工裝設計

楊澤民

（汾西礦業集團設備修造廠，山西 晉中 032000）

引言

本課題為汾西礦業集團設備修造廠的設計項目。掘進機在汾西礦業集團公司主要用于煤礦巷道的開拓，其主要的執行部件為截割頭，承受交變和沖擊載荷，所以截齒位置的布置直接影響掘進機的截割進度及設備的穩定性。由于截齒的安裝參數為三維空間數據，并且空間尺寸由截齒座參數決定，采用人工點制截齒座時不能完全保證截齒座的位置和方向等參數，從而使有些截齒受力過大出現斷裂受損的現象，因此為了提高截齒的焊接質量和生產效率，設計了可以控制截齒座空間位置的截割頭點制工裝。

1 參數分析

某型掘進機截割頭截齒分布情況如表1所示。

由表1數據得知，確定截齒的空間參數需要保證各個截齒的位置參數和方向參數，即：軸向距離Z、截割半徑Rg、圓周角Φ、倒角β、轉角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；轉角反映的是截齒軸線與齒尖運動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圖1所示［1，2］。

表1 截齒參數

2 工裝設計方法

此前汾西礦業集團設備修造廠對掘進機截割頭焊接沒有合適的工裝，依靠工人憑借經驗看圖紙焊接空間位置，在定位方面難以準確把握，同時考慮到公司所使用的掘進機是根據煤巖機械性質和截割機構選擇的，因此為了保證截割頭截齒的焊接質量，并且滿足公司對截割頭的不同需求，研發了一個可以焊接系列型的截割頭點制工裝。

圖1 掘進機截割頭

為適應不同型號截割頭，公司設計的截割頭點制工裝有3大部分組成，分別為：截割頭基座、截割頭截齒定位裝置、基準平面，其中截割頭基座和截割頭截齒定位裝置根據相對位置焊接于基準平面上。其結構和三維圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 截割頭點制工裝

圖3 掘進頭點制工裝三維效果圖

2.1 截割頭基座

主要由轉盤、滾輪、底座和刻度板組成。轉盤用軸承和軸用彈性擋圈固定在底座上，并且通過均勻分布的3個滾輪保證轉盤的平穩旋轉，底座則焊接于基準平面上，刻度板通過螺栓固定于底座一側，用于定位截齒齒尖的圓周角，其結構和三維圖分別如圖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T型螺母和壓板固定于分度盤上下兩端，在對不同截割頭進行焊接時可根據截割頭體大小對應的分度盤數值進行粗略定位，同時刻度盤和分度盤采用分體設計，降低了工人對截割頭體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線位置對齊，并將壓板擰緊，使刻度盤固定即可。該設計大大降低了工作難度，同時提高了工作效率。具體結構如下頁圖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。連接座上設有配種裝置用于平衡水平位置部件的重力，同時立柱上有手輪組件用于調節水平滑桿的位置，從而降低工人的勞動強度。

圖6 轉盤

圖7 轉盤俯視圖

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

該裝置各部件都設置有手柄和壓桿，需要調節的部件只需通過手柄轉動壓桿，將部件調整到正確的位置再將壓桿鎖死即可，其結構如圖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分度盤是通過壓桿與α分度盤連接定位，并且根據截齒座的安裝角度進行錐度的設計，保證了截齒軸線的仰角μ；截齒連接件通過六角頭螺栓固定在β分度盤上，并按照標準截齒進行設計，既保證了截齒座順利安裝到該裝置上，同時保證了截齒座與截齒的相對位置；截齒座是通過六角薄螺母固定在截齒連接件上的，當點制完一件截齒座時，只需將六角薄螺母松開即可將截齒座從該裝置中脫離下來，然后進行下一個截齒座的點制工作。

通過對該設備的調整，利用兩個刻度尺和三個刻度盤對掘進機截割頭上截齒的參數進行約束，保證每個截齒座焊接后符合截齒設計要求。其結構如圖9、圖10所示。

圖9 截齒座定位裝置

圖10 截齒座定位裝置

該研究達到了按照設計參數使用工裝設備精確找到截齒位置，點焊截齒座掘進機整機截割性能得到提高的目的。

為了驗證工裝的使用情況，使用工裝生產制作了10個截割頭樣品A，共300個截齒；人工沒有使用工裝制作10個截割頭樣品B，共300個截齒。在集團的一個試驗生產礦井的掘進隊組中使用本批樣品A和B各10個，在使用的有效期限內連續6個月的跟蹤過程中發現A品損壞6個截齒，B品損壞59個截齒。

利用工裝點制的掘進機截割頭，合格率有明顯的提升，由原來沒使用工裝前的80.3%提高到了采用工裝點制后的98%。

利用工裝點制的掘進頭在質量和生產效率上都有了提高，實現了既定的目標產值。也使得單位在掘進機截割頭的研究制造方面上了一個新的臺階。

通過上述的工裝設計，把截齒復雜的三維空間位置轉化為簡單準確的方式，工人經過簡單的培訓就可直接操作運用。

3 結語

此工裝通過一年多的實踐驗證能滿足公司所有不同型號截割頭設計圖紙的要求，工裝設計達到定位準確、通用性強的預期目標。此工裝可推廣到有空間位置要求的其他組對零件，對其具有一定的參考價值。不足之處是操作略顯繁瑣，適用于中、小批量生產。若大批量生產應采用更為先進的工業機器人實現生產自動化、智能化，以提高生產效率。

未利用工裝前點制掘進頭需3h，利用工裝點制掘進頭需1.5h，且能點制齒座排列不同的截割頭，是一個通用工裝。保證各礦井的正常生產，以及為加速高產高效礦井建設和掘進機械化發展帶來了巨大的社會效益和無法估量的潛在效益。

［1］ 李曉豁.掘進機截割的關鍵技術研究［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［2］ 王啟廣，李炳文，黃嘉興.采掘機械與支護設備［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2006.