劉曉春

（晉能控股裝備制造集團(tuán)華越機(jī)械有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

采煤機(jī)作為煤礦井下工作面的重要設(shè)備，使用頻繁。MG400/930交流電牽引采煤機(jī)是采用多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、橫向布置的新型電牽引采煤機(jī)，總裝機(jī)功率為930 kW，供電電壓為3 300 V，截割功率為2×400 kW，牽引功率為2×55 kW，采用機(jī)載交流變頻調(diào)速、銷軌式牽引，適用于2.0～4.9 m、煤層傾角≤16°、煤質(zhì)中硬或硬的綜采工作面。

滾筒是采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著截割煤壁、割落煤塊、裝填煤塊的作用，主要由筒體、截齒、齒座和噴嘴等組成。筒體采用焊接結(jié)構(gòu)，三頭螺旋葉片組成，如圖1-1所示。滾筒牽引速度快，所受沖擊大，磨損頻繁，故采用鎬形截齒以及與之相配套的大齒座、齒套、彈性軸擋[1]。齒座應(yīng)用了特殊材料和特殊加工工藝，強(qiáng)度高，截齒固定可靠。盡管如此，由于使用頻繁，截齒和齒座很容易磨損導(dǎo)致截割效率降低。截齒損壞后容易更換，而齒座焊接在筒體上，更換只能通過上井焊接，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。同時(shí)，每個(gè)齒座都有各自的角度，維修時(shí)工人需圍繞工作平臺(tái)逐一進(jìn)行角度定位并點(diǎn)焊，極大地增加了作業(yè)難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。為此，本文設(shè)計(jì)了一種專用焊接平臺(tái)，方便工人焊接作業(yè)，提高檢修效率。

1 滾筒截齒分布

1.1 端盤截齒分布

端盤零位截齒的齒頂圓周長為6 280 mm；端盤上21個(gè)截齒平均分布，每7個(gè)一組，每個(gè)截齒與水平面夾角分別為（逆時(shí)針順序）0°、18°、34°、37°、7°、25°、36°，如圖1-2所示。

1.2 滾筒螺旋葉片截齒分布

3頭螺旋葉片，每個(gè)葉片的截齒與水平面夾角分別為（逆時(shí)針順序）0°、0°、0°、0°、0°、0°、-10°，如圖1-3所示。

圖1 滾筒結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

1.3 齒座角度分析

每個(gè)齒座與其對(duì)應(yīng)的截齒同軸，要在筒體上定位齒座，可以借助截齒齒尖位置[2]。首先，端盤截齒的齒尖，均分布于以滾筒中心為軸線、半徑R=1 000 mm的圓柱面上，只有垂直方向上與水平呈角度，所以工裝設(shè)計(jì)可以從便于確定齒尖所在圓柱面的方向出發(fā)，做一個(gè)繞滾筒軸線旋轉(zhuǎn)的鉛錘尺。確定齒尖以后，角度尺確定截齒角度，從而完成配套齒座點(diǎn)焊作業(yè)。其次，螺旋葉片上分布的截齒、齒尖也在以上所述的圓柱面上，同樣在垂直方向需要用角度尺確定截齒角度，從而將配套的齒座點(diǎn)焊于葉片齒座槽內(nèi)。

2 齒座焊接平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，底座、中心桿、水平尺、鉛錘尺固定不動(dòng)，回轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)[3]。

2000/630-3F滾筒高度B=630 mm，其方健孔內(nèi)側(cè)端面與上表面距離H2=247 mm，帶截齒滾筒最大直徑D=2 000 mm。由圖2可知，旋轉(zhuǎn)臺(tái)距地高度H=H1+B-H2，其中H1為滾筒離地高度，取450 mm，于是求得旋轉(zhuǎn)臺(tái)距離地面高度H=833 mm。

圖2 焊接平臺(tái)結(jié)構(gòu)（單位：mm）

水平尺的高度H尺=H1+B+H3，其中H3取120 mm，計(jì)算得H尺=1 200 mm。

滾筒內(nèi)孔直徑為710 mm，方健孔尺寸為410 mm×410 mm。底座筋板呈梯形，對(duì)角兩筋板長度不大于710 mm即可，故可取底座貼地圓板直徑為800 mm。

2.2 關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)件的選擇

以滾筒和旋轉(zhuǎn)臺(tái)總重力荷載40kN為條件，選擇軸承6328M/03，尺寸外徑300mm、內(nèi)徑140mm、厚度62mm。

3 有限元分析

底座和旋轉(zhuǎn)臺(tái)是主要的受力部件，焊接平臺(tái)在使用過程中，長時(shí)間受滾筒重力載荷，為保證其可靠性，對(duì)底座和旋轉(zhuǎn)臺(tái)分別進(jìn)行有限元分析。

3.1 底座有限元分析

對(duì)底座貼地圓板施加約束，考慮到其主要受到來自軸承下面給予的壓力，約為滾筒重力40 kN。材料采用Q235A，其屈服強(qiáng)度σs=235 MPa，考慮其安全系數(shù)為1.5，許用應(yīng)力。查機(jī)械手冊(cè)可知，抗拉強(qiáng)度σb=375～500 MPa。圖3為其簡化模型受力云圖，最大應(yīng)力為17.39 MPa、在筋板頂端，遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力，因此強(qiáng)度滿足要求。

3.2 旋轉(zhuǎn)臺(tái)有限元分析

圖3 底座應(yīng)力（MPa）云圖

由于焊接作業(yè)時(shí)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度非常小，故可忽略運(yùn)動(dòng)，將其視為靜止，只需對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析。對(duì)旋轉(zhuǎn)臺(tái)與軸承搭接面施加約束，來自上方滾筒重力載荷，其自重小可忽略，故上表面施加載荷40 kN。其材料也采用Q235A，圖4為其簡化模型受力云圖，最大應(yīng)力為71.34 MPa、在軸承與其搭接的位置，遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力，因此強(qiáng)度滿足要求。

4 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析了截齒的分布情況，掌握了其主要規(guī)律，從而設(shè)計(jì)出一種適合MG400/930-WD滾筒焊接所需的平臺(tái)，對(duì)主要部件受力分析，設(shè)計(jì)合理。焊接平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、取得顯著應(yīng)用成效。