MG400/930-WD采煤機滾筒齒座焊接平臺的設(shè)計技術(shù)

劉曉春

（晉能控股裝備制造集團華越機械有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

采煤機作為煤礦井下工作面的重要設(shè)備，使用頻繁。MG400/930交流電牽引采煤機是采用多電動機驅(qū)動、橫向布置的新型電牽引采煤機，總裝機功率為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。

滾筒是采煤機的工作機構(gòu)，擔負著截割煤壁、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]。齒座應用了特殊材料和特殊加工工藝，強度高，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，費時費力。同時，每個齒座都有各自的角度，維修時工人需圍繞工作平臺逐一進行角度定位并點焊，極大地增加了作業(yè)難度和勞動強度。為此，本文設(shè)計了一種專用焊接平臺，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個截齒平均分布，每7個一組，每個截齒與水平面夾角分別為（逆時針順序）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，每個葉片的截齒與水平面夾角分別為（逆時針順序）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

每個齒座與其對應的截齒同軸，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)計可以從便于確定齒尖所在圓柱面的方向出發(fā)，做一個繞滾筒軸線旋轉(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焊于葉片齒座槽內(nèi)。

2 齒座焊接平臺的設(shè)計

2.1 外形結(jié)構(gòu)設(shè)計

初步設(shè)計結(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，回轉(zhuǎn)臺帶動滾筒旋轉(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)臺距離地面高度H=833 mm。

圖2 焊接平臺結(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)鍵標準件的選擇

以滾筒和旋轉(zhuǎn)臺總重力荷載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)臺是主要的受力部件，焊接平臺在使用過程中，長時間受滾筒重力載荷，為保證其可靠性，對底座和旋轉(zhuǎn)臺分別進行有限元分析。

3.1 底座有限元分析

對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，其屈服強度σs=235 MPa，考慮其安全系數(shù)為1.5，許用應力。查機械手冊可知，抗拉強度σb=375～500 MPa。圖3為其簡化模型受力云圖，最大應力為17.39 MPa、在筋板頂端，遠小于材料許用應力，因此強度滿足要求。

3.2 旋轉(zhuǎn)臺有限元分析

圖3 底座應力（MPa）云圖

由于焊接作業(yè)時，旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度和速度非常小，故可忽略運動，將其視為靜止，只需對其進行靜力學分析。對旋轉(zhuǎn)臺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，最大應力為71.34 MPa、在軸承與其搭接的位置，遠小于材料許用應力，因此強度滿足要求。

4 結(jié)語

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