錨桿鉆車拱形焊接定位器設計及優化
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摘要：針對拱形支護機構在實際焊接和機加工中存在的工藝難點，設計并優化了一種結構簡單、操作方便、高效的焊接組對專用工裝。介紹了該工裝的設計及優化過程。經實踐證明了該工裝的有效性和可靠性。
關鍵詞：焊接工藝；拱形支護；焊接定位器
錨桿鉆車在井下進行打鉆作業時，為防止頂板坍塌、保護操作者安全，需將前部支撐機構撐起，對上方及前方工作面進行臨時支護。一般的前部支護機構為平面結構，不適合對拱形巷道進行支護。為滿足拱形巷道大面積支護作業要求，廊坊景隆重工機械有限公司特別設計了適用于拱形巷道的拱形支護機構。有別于一般的前部支護機構，拱形支護機構的結構如圖1所示。整個機構分為兩側側頂板與頂板三部分，頂板與側頂板采用穿軸鉸接的聯接方式。自然狀態下，油缸處于完全收縮狀態，兩側側頂板順勢半閉合在兩側。工作時，油缸伸展，將兩側側頂板展開，滿足加大支護面積的使用要求。因機構整體成弧形，伸縮油缸需呈一定傾斜角度安裝，這就使得油缸安裝孔在加工制造方面存在一定難度。根據圖紙分析，需要加工部位為頂板及側頂板上合頁孔和油缸耳板孔。最開始制定工藝時，按照常規工藝路線方法，先將頂板和側頂板分別單獨組對焊接。在機加工時，為了保證頂板和側頂板上的油缸聯接孔的位置尺寸，先將頂板和側頂板按照圖紙給出的整個機構的極限位置點固聯接在一起并用拉肋固定，然后整體在鏜床上進行鉆、鉸孔加工。這樣加工存在以下問題：（1）因機構整體為弧面，在組對頂板和側頂板上的油缸耳板時，僅依靠工人手工劃線定位無法精準測量尺寸，組對容易出現偏差，造成鏜床加工油缸耳板上軸孔時孔位偏移，嚴重時甚至造成豁孔，使工件報廢而無法使用；（2）將機構組成一個整體進行加工，因底板的弧面結構，就會給加工前工件的裝夾增加難度，裝卸組件操作非常繁瑣。且因體積過大，小型機床工作平臺放不下，只能選擇大型機床進行加工，影響生產效率，增加不必要的生產成本；（3）加工完成后，需將臨時支撐拆除，再分別將各部件轉至下一道工序，流程繁瑣復雜。
2組對工裝設計
針對以上問題，對頂板和側頂板分別設計1.0版本的組對工裝。組對頂板油缸耳板時，工裝一側與頂板中間的肋板對齊，另一側與油缸耳板搭接的肋板對齊，通過肋板的位置對油缸耳板的位置進行定位。工人操作時無需手工劃線，只需將各單件與工裝貼緊對齊即可。具體使用方法如圖2所示。側頂板油缸耳板組對工裝在使用時，需預先在側頂板合頁和油缸耳板上預鉆直徑為φ16mm的工藝孔，通過合頁孔定位油缸耳板的位置。使用方法如圖3所示。工裝使用時，先確定側頂板上合頁的位置，點焊牢固后，用直徑φ16mm的工藝軸將工裝一端與合頁串聯在一起，另一端與油缸耳板串聯，旋轉至極限位置后，直接將油缸耳板與側頂板弧形底板點固即可。工裝投入使用后，有效減少了鉚焊工序組對時出現的尺寸偏差，提高了零件的精度和品質，解決了問題（1）。但因組對頂板油缸耳板和側頂板油缸耳板時選擇的定位基準不同，后續機加工序為了統一基準，仍需將頂板和側頂板聯接在一起后，再進行加工。且兩件工裝都只解決了油缸耳板在長度方向上的組對偏差問題，而寬度方向上仍需工人通過劃線確定位置，操作不夠簡便。
3組對工裝改進
為了解決后兩項問題，并進一步簡化操作步驟，完善工裝，對工裝結構進行優化，設計出2.0版本的工裝，如圖4、圖5所示。2.0版本工裝與1.0版本工裝原理相似，都是通過合頁孔定位油缸耳板位置。但與1.0版本頂板與側頂板分別采用沒有關聯性的定位基準不同，在2.0版本工裝中，定位基準統一為有同軸度要求的頂板和側頂板合頁，定位尺寸則是整個拱形支護結構在完全展開狀態下油缸達到最大行程時的長度和角度。為保證整體結構穩固，將整個工裝設計成三角形。拱形支護工裝2.0使用方法如圖6所示，立柱的圓心就是頂板及側頂板合頁的圓心，兩側墊圈圓心到立柱圓心的距離及所形成的夾角為油缸達到最大行程時的長度和角度。為了方便使用及減重，省去兩墊圈之間的拉肋，將工裝設計為開口結構。同時為了解決寬度方向上油缸耳板和合頁的定位問題，立柱的長度與側頂板上2個合頁的間距相等，墊圈的長度與兩油缸耳板內擋尺寸相等，使用時只要將單件與工裝貼緊即可完成合頁和油缸耳板的定位組對。具體使用方法：（1）分別將頂板、側頂板上除合頁和油缸耳板外其余各部分組對為一個整體，焊接牢固；（2）用長工藝軸將頂板及側頂板通過合頁聯接在一起，保證側頂板翻轉自由后將合頁點固；（3）用短工藝軸將兩側墊圈與油缸耳板聯接，先將頂板側油缸耳板位置確定并點固，在翻轉側頂板，確定側頂板上油缸耳板的位置并點固；（4）將工件整體拉肋固定，全部焊接完成后，再拆除工裝及拉肋。設計時，將2.0版本工裝上立柱與墊圈孔的直徑分別與頂板、側頂板油缸耳板及合頁孔的直徑設計為相同尺寸；在設計工藝路線時，預先將頂板、側頂板的油缸耳板及合頁按單件圖紙尺寸加工成形后再轉鉚焊工序組對焊接，這樣在頂板及側頂板組焊完成后就不必再轉機加工序整體加工，進一步節省了加工時間和成本。2.0版本工裝不僅解決了1.0版本工裝寬度方向的定位問題，還解決了前文提到的組件加工過程中的3個問題。只通過一件工裝配合相應尺寸的工藝軸，結構簡單、操作方便，極大地提高了生產效率。
4結語
錨桿鉆車拱形支護機構焊接組對工裝結構簡單、拆卸方便，已加工完成的拱形支護頂板和側頂板在后續裝配過程中未出現尺寸偏差，證明該工裝可有效保證拱形支護的尺寸精度。對已經出廠的拱形支護機構做追蹤調查，在使用過程中也未出現質量問題，表明該工裝的設計滿足使用要求。通過使用2.0版本的組對工裝，簡化了加工工序，由以前的整體加工改為單件加工后使用工裝一次組裝成形。在保證組裝精度的基礎上節約生產成本約75%，提高生產效率約70%。
參考文獻：
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作者:姚金玲 單位:廊坊景隆重工機械有限公司