礦山機械轉(zhuǎn)軸焊接工藝優(yōu)化研究

王 亮

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

在礦山開采加工中，經(jīng)常會用到一些大型的礦山機械，其內(nèi)部包括各種的機械轉(zhuǎn)軸。機械轉(zhuǎn)軸主要功能在于協(xié)調(diào)機械各部運轉(zhuǎn)，承受載荷，減小機械磨損。這些轉(zhuǎn)軸雖然規(guī)格型號大小不一，但是整體結(jié)構(gòu)差異性不大，均是由一根鋼制的中心固定軸以及若干塊耳板組成[1]。

1 礦山機械轉(zhuǎn)軸工作性能分析

1.1 礦山機械轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)性分析

礦山機械轉(zhuǎn)軸的主要功能在于協(xié)調(diào)機械運轉(zhuǎn)，為了保證其工作性能，轉(zhuǎn)軸大多采用45鋼制成，品質(zhì)更好的則選用合金鋼制備。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)軸側(cè)面示意圖

根據(jù)圖1可以看出，每個礦山機械轉(zhuǎn)軸均由一個主固定軸和數(shù)個耳板相互焊接而成。這些耳板均橫向排列，兩兩分組，主要焊接在轉(zhuǎn)軸主軸的中心和兩邊。耳板上設(shè)有150毫米和50毫米的圓孔，在耳板和主軸焊接完畢后為了保證礦山機械正常運轉(zhuǎn)，每個耳板上圓孔的同軸度精度不能大于0.5毫米。否則在機械運轉(zhuǎn)過程中，很容易出現(xiàn)卡頓、內(nèi)壓過大的情況，最終導(dǎo)致局部機械或耳板損壞。

1.2 礦山機械轉(zhuǎn)軸常見的失效原因及種類

礦山機械轉(zhuǎn)軸常見的失效種類有：轉(zhuǎn)軸斷裂和磨損、塑性流動及轉(zhuǎn)軸表面疲勞等。造成上述失效現(xiàn)象的原因主要有以下幾點：①轉(zhuǎn)軸設(shè)計不合理。與其他機械不同，礦山機械必須應(yīng)對各類復(fù)雜的施工環(huán)境。如果在實際設(shè)計中，沒有考慮到轉(zhuǎn)軸特殊的工作環(huán)境，仍然按照傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)軸設(shè)計方式進行設(shè)計，很有可能造成轉(zhuǎn)軸參數(shù)不合理或者根本達不到使用要求，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸失效。②焊接工藝存在缺陷。焊接工藝缺陷是礦山機械轉(zhuǎn)軸失效最常見的原因之一。由于礦山機械轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的特殊性和對焊接工藝的高標準要求。如果焊接完畢后，耳板孔位置和角度達不到轉(zhuǎn)軸同軸度的使用要求，隨著機械的運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸表面的磨損情況會逐漸加劇，最終出現(xiàn)機械轉(zhuǎn)軸的疲勞斷裂等失效形式[2]。

2 礦山機械轉(zhuǎn)軸焊接工藝優(yōu)化

2.1 焊接標準

因為耳板的150毫米孔和50毫米孔只能提前加工，并通過焊接工藝提升耳板孔精準度，所以優(yōu)化后的焊接工藝必須達到以下標準：第一，因為轉(zhuǎn)軸固定軸較長，而且外部不能進一步打磨加工，固定軸會存在一定彎曲現(xiàn)象，在耳板焊接時，彎曲角度將會影響精準度，所以優(yōu)化后的焊接工藝必須要解決這一問題；第二，在焊接過程中，可以對耳板旋轉(zhuǎn)度做出限制，確保所有耳板孔同軸度精準度不能超出規(guī)定的范圍；第三，每組耳板之間的尺寸必須控制定量；第四，傳統(tǒng)焊接工藝的焊接應(yīng)力會導(dǎo)致耳板變形，所以優(yōu)化后的焊接工藝必須詳細研究制定合理的焊接參數(shù)，減小耳板變形幅度，保證耳板的距離精度。

2.2 焊接工藝步驟

在正式焊接前，需要提前對轉(zhuǎn)軸固定軸和耳板進行初步加工。為了保證固定軸的硬度和工作力學(xué)性能，最好采用合金鋼進行制造。因為加工過程中，固定軸會存在彎曲現(xiàn)象，很容易造成耳板焊接位置基準不統(tǒng)一，可以提前對耳板外圓加工，確定外圓尺寸精度，為耳板提供基準定位。具體方法是在不影響轉(zhuǎn)軸使用的情況下，在固定軸耳板焊接位置，提前安裝三個焊接口，接口可以做成套狀結(jié)構(gòu)，與固定軸焊死，在后續(xù)耳板焊接時，只需要將耳板插入固定套即可。為了保證固定套的焊接精度，可以采用兩頂定位的方法，先在固定軸上焊接兩個堵頭，在堵頭間測量中心孔，這樣就可以精確得出套口位置。

預(yù)備工序完成后，可以正式進行機械轉(zhuǎn)軸焊接。雖然之前采用固定套進行定位，理論上可以在一定程度上滿足形位需要，但是還要依靠合理的規(guī)范及焊接工藝，保證加工質(zhì)量。考慮到耳板焊接時，受到焊接應(yīng)力的影響，同時為了提高焊縫的強度，可以選擇二氧化碳為保護氣體。在焊接前，需要清除焊件及焊縫周圍的鐵銹、油污、水分及氧化皮等雜質(zhì)，再用砂紙打磨。

正式焊接時，需要先固定耳板，采用相對焊接和分段焊接的方法進行實際焊接操作。焊縫保留兩層，內(nèi)層需要采用低溫預(yù)熱、慢速、小電流焊接，減小耳板變形。外層可以采用較高溫度預(yù)熱，適當增大焊接電流以及其它焊接參數(shù)，提高焊接效率。因為耳板大多比較薄，為了防止因焊接應(yīng)力作用而導(dǎo)致變形發(fā)生，可以提前在耳板之間架設(shè)一根金屬撐筋，將耳板之間的固定點定死，從而保證耳板之間的軸向精度。此外在焊接時，需要不斷用金屬錘敲擊焊縫，消除焊接應(yīng)力。

具體焊接參數(shù)如表1所示。

表1 焊接參數(shù)

焊接完畢后，進行精細加工，進一步強化焊接工藝效果。

3 實驗驗證

為了綜合評定實際效果，進行對比實驗。利用傳統(tǒng)焊接和優(yōu)化后的焊接方式分別焊接五個機械轉(zhuǎn)軸，應(yīng)用于礦山機械設(shè)備中，時間為半年，對設(shè)備磨損、轉(zhuǎn)軸損害狀況等指標做出統(tǒng)計，如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)對比表

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)軸焊接工藝可以有效降低轉(zhuǎn)軸磨損數(shù)量，從而保證礦山機械的工作效率和企業(yè)總體成產(chǎn)效率，降低后期維護成本。

4 結(jié)語

采用優(yōu)化后的焊接工藝后，可以保證轉(zhuǎn)軸各孔的同軸度要求，有效解決礦山機械轉(zhuǎn)軸焊接和后期磨損等難題，提高企業(yè)生產(chǎn)效率降低運營成本，因為工藝方法具有很強操作性和推廣性，可以大規(guī)模運用。