锚杆钻车拱形焊接定位器设计及优化

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摘要：针对拱形支护机构在实际焊接和机加工中存在的工艺难点，设计并优化了一种结构简单、操作方便、高效的焊接组对专用工装。介绍了该工装的设计及优化过程。经实践证明了该工装的有效性和可靠性。

关键词：焊接工艺；拱形支护；焊接定位器

1锚杆钻车拱形支护机构

锚杆钻车在井下进行打钻作业时，为防止顶板坍塌、保护操作者安全，需将前部支撑机构撑起，对上方及前方工作面进行临时支护。一般的前部支护机构为平面结构，不适合对拱形巷道进行支护。为满足拱形巷道大面积支护作业要求，廊坊景隆重工机械有限公司特别设计了适用于拱形巷道的拱形支护机构。有别于一般的前部支护机构，拱形支护机构的结构如图1所示。整个机构分为两侧侧顶板与顶板三部分，顶板与侧顶板采用穿轴铰接的联接方式。自然状态下，油缸处于完全收缩状态，两侧侧顶板顺势半闭合在两侧。工作时，油缸伸展，将两侧侧顶板展开，满足加大支护面积的使用要求。因机构整体成弧形，伸缩油缸需呈一定倾斜角度安装，这就使得油缸安装孔在加工制造方面存在一定难度。根据图纸分析，需要加工部位为顶板及侧顶板上合页孔和油缸耳板孔。最开始制定工艺时，按照常规工艺路线方法，先将顶板和侧顶板分别单独组对焊接。在机加工时，为了保证顶板和侧顶板上的油缸联接孔的位置尺寸，先将顶板和侧顶板按照图纸给出的整个机构的极限位置点固联接在一起并用拉肋固定，然后整体在镗床上进行钻、铰孔加工。这样加工存在以下问题：（1）因机构整体为弧面，在组对顶板和侧顶板上的油缸耳板时，仅依靠工人手工划线定位无法精准测量尺寸，组对容易出现偏差，造成镗床加工油缸耳板上轴孔时孔位偏移，严重时甚至造成豁孔，使工件报废而无法使用；（2）将机构组成一个整体进行加工，因底板的弧面结构，就会给加工前工件的装夹增加难度，装卸组件操作非常繁琐。且因体积过大，小型机床工作平台放不下，只能选择大型机床进行加工，影响生产效率，增加不必要的生产成本；（3）加工完成后，需将临时支撑拆除，再分别将各部件转至下一道工序，流程繁琐复杂。

2组对工装设计

针对以上问题，对顶板和侧顶板分别设计1.0版本的组对工装。组对顶板油缸耳板时，工装一侧与顶板中间的肋板对齐，另一侧与油缸耳板搭接的肋板对齐，通过肋板的位置对油缸耳板的位置进行定位。工人操作时无需手工划线，只需将各单件与工装贴紧对齐即可。具体使用方法如图2所示。侧顶板油缸耳板组对工装在使用时，需预先在侧顶板合页和油缸耳板上预钻直径为φ16mm的工艺孔，通过合页孔定位油缸耳板的位置。使用方法如图3所示。工装使用时，先确定侧顶板上合页的位置，点焊牢固后，用直径φ16mm的工艺轴将工装一端与合页串联在一起，另一端与油缸耳板串联，旋转至极限位置后，直接将油缸耳板与侧顶板弧形底板点固即可。工装投入使用后，有效减少了铆焊工序组对时出现的尺寸偏差，提高了零件的精度和品质，解决了问题（1）。但因组对顶板油缸耳板和侧顶板油缸耳板时选择的定位基准不同，后续机加工序为了统一基准，仍需将顶板和侧顶板联接在一起后，再进行加工。且两件工装都只解决了油缸耳板在长度方向上的组对偏差问题，而宽度方向上仍需工人通过划线确定位置，操作不够简便。

3组对工装改进

为了解决后两项问题，并进一步简化操作步骤，完善工装，对工装结构进行优化，设计出2.0版本的工装，如图4、图5所示。2.0版本工装与1.0版本工装原理相似，都是通过合页孔定位油缸耳板位置。但与1.0版本顶板与侧顶板分别采用没有关联性的定位基准不同，在2.0版本工装中，定位基准统一为有同轴度要求的顶板和侧顶板合页，定位尺寸则是整个拱形支护结构在完全展开状态下油缸达到最大行程时的长度和角度。为保证整体结构稳固，将整个工装设计成三角形。拱形支护工装2.0使用方法如图6所示，立柱的圆心就是顶板及侧顶板合页的圆心，两侧垫圈圆心到立柱圆心的距离及所形成的夹角为油缸达到最大行程时的长度和角度。为了方便使用及减重，省去两垫圈之间的拉肋，将工装设计为开口结构。同时为了解决宽度方向上油缸耳板和合页的定位问题，立柱的长度与侧顶板上2个合页的间距相等，垫圈的长度与两油缸耳板内挡尺寸相等，使用时只要将单件与工装贴紧即可完成合页和油缸耳板的定位组对。具体使用方法：（1）分别将顶板、侧顶板上除合页和油缸耳板外其余各部分组对为一个整体，焊接牢固；（2）用长工艺轴将顶板及侧顶板通过合页联接在一起，保证侧顶板翻转自由后将合页点固；（3）用短工艺轴将两侧垫圈与油缸耳板联接，先将顶板侧油缸耳板位置确定并点固，在翻转侧顶板，确定侧顶板上油缸耳板的位置并点固；（4）将工件整体拉肋固定，全部焊接完成后，再拆除工装及拉肋。设计时，将2.0版本工装上立柱与垫圈孔的直径分别与顶板、侧顶板油缸耳板及合页孔的直径设计为相同尺寸；在设计工艺路线时，预先将顶板、侧顶板的油缸耳板及合页按单件图纸尺寸加工成形后再转铆焊工序组对焊接，这样在顶板及侧顶板组焊完成后就不必再转机加工序整体加工，进一步节省了加工时间和成本。2.0版本工装不仅解决了1.0版本工装宽度方向的定位问题，还解决了前文提到的组件加工过程中的3个问题。只通过一件工装配合相应尺寸的工艺轴，结构简单、操作方便，极大地提高了生产效率。

4结语

锚杆钻车拱形支护机构焊接组对工装结构简单、拆卸方便，已加工完成的拱形支护顶板和侧顶板在后续装配过程中未出现尺寸偏差，证明该工装可有效保证拱形支护的尺寸精度。对已经出厂的拱形支护机构做追踪调查，在使用过程中也未出现质量问题，表明该工装的设计满足使用要求。通过使用2.0版本的组对工装，简化了加工工序，由以前的整体加工改为单件加工后使用工装一次组装成形。在保证组装精度的基础上节约生产成本约75%，提高生产效率约70%。

参考文献：

［1］蔡学良，董汉伟.焊接组对工装的研究与设计［J］.煤矿机械，2012,33(6):130-131.

［2］张忠元，彭帅.采煤机滚筒截齿座焊接定位器的设计制作［J］.煤矿机械，2019,40(1):81-83.

［3］王天龙，石璐，白纹乐.煤矿用全液压钻机焊接件的设计与分析［J］.煤矿机械，2019,40(7):88-90.

作者:姚金玲 单位:廊坊景隆重工机械有限公司