一種耐磨管路焊接定位工裝設(shè)計

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)計流程

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計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、造價成本高昂以及生產(chǎn)效率低下等問題。

針對各礦井及洗煤廠單位耐磨管路安裝與運行的特點，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。

針對耐磨管路如何高效優(yōu)質(zhì)焊接制作為研究對象，明確設(shè)計目的及相關(guān)要求。根據(jù)耐磨管路的使用環(huán)境與制作要求對焊接工裝進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能驗證以及投產(chǎn)使用。首先對焊接工裝可實現(xiàn)的功能進行預(yù)判、評估和劃分，從而為工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計與成本預(yù)算奠定基礎(chǔ)。詳細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。其次對焊接工裝進行結(jié)構(gòu)分析與計算，進而保證焊接工裝功能的預(yù)期性。同時，還需要對關(guān)鍵零部件進行細節(jié)設(shè)計與分析，完成各部分的圖樣數(shù)據(jù)設(shè)計。最終依據(jù)設(shè)計圖樣或3D數(shù)模進行各零部件的加工，結(jié)合設(shè)計指導(dǎo)書進行安裝調(diào)試，進行管道焊接驗證，從而保證焊接工裝可以達到預(yù)期功能設(shè)計目的。

3 耐磨管路焊接工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)越的機械性能和表面強度，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變形開裂。工裝的結(jié)構(gòu)包含底座、支撐板、定位架、活動定位架、豎桿、連板、加強板、滑軌、滾輪、活動板、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

對于工裝使用45#鋼板厚度可以按照矩形平板計算。工裝承受耐磨管路的重量為100 kg，因此根據(jù)功能設(shè)計原則可以計算出材料為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為鋼板的補償厚度，單位為mm。L的計算方法為

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

腦卒中是中老年人的常見病、多發(fā)病,大部分患者會遺留不同程度的功能障礙, 偏癱上肢活動障礙對患者生活質(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)肌肉電刺激等進行對癥處理，但效果欠佳。因此，進一步探索新的康復(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。本研究對腦卒中偏癱上肢運用新Bobath技術(shù)治療腦卒中偏癱患者，療效較好，報道如下。

同時在計算焊接工裝所采用的鋼板厚度時，工裝鋼板厚度的補償厚度計算公式為

式中，L為工裝選材鋼板負公差的最大值，此處定為L=0.6 mm；L為腐蝕偏量，取L=1.3 mm；L為沖壓成型時對鋼板厚度造成的削薄量，通常情況下取計算值的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)計優(yōu)點

1）使用時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互相垂直的平面，實現(xiàn)單人操作即可保證法蘭與管路同軸，節(jié)約操作時間與人力物力，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，特別便于儲存、運輸，可在多種不同環(huán)境下隨時拆裝取用，有效增大了可焊接操作的區(qū)域范圍，如焊接工在多個不同車間之間的流動作業(yè)，避免了管道大范圍運輸，保護管道，提高生產(chǎn)效率。

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

一方面活動定位架可用于推動管道，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，手推活動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管路時手部接觸管路鋒利的邊緣，避免割傷；另一方面活動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，在管路的靠近活動定位架一端套設(shè)法蘭后，推動活動定位架靠近管路，至活動定位架緊貼法蘭，同時保證管路外壁緊貼支撐板上邊緣，即可開始焊接，實現(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）定位架和活動定位架包括豎桿、連板與加強板，豎桿有兩個，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，加強板有兩個分別設(shè)置在兩豎桿下端，并且加強板設(shè)置在豎桿的遠離支撐板的一側(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，加強板則能夠使豎桿與底座之間連接更穩(wěn)固，進一步保證法蘭在緊貼定位架后保持所在平面位置。

4）滑動結(jié)構(gòu)包括滑軌、滾輪與活動板，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，活動板一端連接滾輪，另一端上表面連接活動定位架。

滑軌一般設(shè)有一條或互相平行的兩條，分別對應(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，活動板通過連接桿連接滾輪。

5）支撐板的上邊緣設(shè)有多個滑輪?；喌幕瑒臃较蚱叫杏谥伟宓纳线吘?。

滑輪能夠減小管路在支撐板上邊緣滑動時的阻力，減小管路劃傷的可能性，同時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用性

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本工裝實現(xiàn)單人操作即可保證法蘭與管路同軸，節(jié)約操作時間與人力物力，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，特別便于儲存、運輸，可在多種不同環(huán)境下隨時拆裝取用，有效增大了可焊接操作的區(qū)域范圍，如焊接工在多個不同車間之間的流動作業(yè)，避免了管道大范圍運輸，保護管道，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