煤礦機(jī)械工廠工藝設(shè)計(jì)

張明

【摘 要】 介紹河北天擇搬遷改造項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)備配置，可對煤礦機(jī)械工廠設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】 煤礦機(jī)械 工廠設(shè)計(jì) 設(shè)備配置

本項(xiàng)目為河北天擇搬遷改造項(xiàng)目，項(xiàng)目在河北省邯鄲市馬頭工業(yè)園區(qū)，主要產(chǎn)品包括井工開采設(shè)備、露天煤礦設(shè)備、傳動設(shè)備、帶式輸送機(jī)、冶金產(chǎn)品等，項(xiàng)目主要由液壓支架及結(jié)構(gòu)件車間、鑄造車間、鍛造車間、機(jī)加工車間、熱處理車間、裝配車間等組成，本次重點(diǎn)論述液壓支架車間和鑄造車間生產(chǎn)工藝。

1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

（1）采用柔性的設(shè)計(jì)理念，在規(guī)范產(chǎn)品加工精度、最大件加工尺寸的基礎(chǔ)上能方便變更生產(chǎn)產(chǎn)品。

（2）采用先進(jìn)工藝和設(shè)備，建設(shè)專業(yè)化、現(xiàn)代化、規(guī)模化裝備制造基地。

（3）突出整體生產(chǎn)工藝布局和單項(xiàng)產(chǎn)品工藝流程設(shè)計(jì)，使項(xiàng)目各系列產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程均達(dá)到國內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 液壓支架及結(jié)構(gòu)件車間

2.1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)

液壓支架及結(jié)構(gòu)件車間承擔(dān)項(xiàng)目液壓支架、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、冶金產(chǎn)品等結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)。

刮板輸送機(jī)生產(chǎn)主要是刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽和機(jī)頭尾架，每年生產(chǎn)量6000t/a。

通用結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)主要是采煤機(jī)、帶式輸送機(jī)、冶金設(shè)備等通用結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)，每年生產(chǎn)量29000t/a。

液壓支架生產(chǎn)主要液壓支架整架生產(chǎn)，每年生產(chǎn)量45000t/a，按照每架18t折算，每年生產(chǎn)2500架。

2.1.2 主要工藝過程

（1）下料區(qū)。

板材→數(shù)控火焰切割/剪板→切割機(jī)器人開坡口→校平→轉(zhuǎn)出

型材→鋸切下料→火焰切割開坡口→轉(zhuǎn)出

（2）刮板輸送機(jī)生產(chǎn)區(qū)。主要工藝包括下料、機(jī)頭機(jī)尾架焊接、中部槽焊接、表面處理等。

機(jī)頭機(jī)尾架采用人工焊接，中部槽采用人工焊接和機(jī)器人自動焊接，退火、表面處理和液壓支架生產(chǎn)區(qū)共用。

（3）通用結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)區(qū)。主要工藝包括下料、焊接、退火、表面處理等。

通用結(jié)構(gòu)件采用人工焊接，退火、表面處理和液壓支架生產(chǎn)區(qū)共用。

（4）液壓支架生產(chǎn)區(qū)。

主要工段有：下料、主筋制備、組對焊接、去應(yīng)力退火、整體加工、表面處理、整體組裝、試驗(yàn)等工序組成。根據(jù)以上工序，劃分為如下工段：①下料工段。下料擔(dān)負(fù)原材料的儲存和預(yù)處理作業(yè)，其中原材料主要是板材和管材，下料分板材切割和開坡口兩道工序。②主筋制備工段。此工序主要是主筋焊接補(bǔ)強(qiáng)板及開孔，為下一步組對焊接做準(zhǔn)備。③組對焊接工段。對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行對接、定位、點(diǎn)焊。車間由主筋對接、機(jī)器人自動焊接、人工焊接等工序組成。④去應(yīng)力工段。該工段完成金屬結(jié)構(gòu)件焊接后的去應(yīng)力作業(yè)。⑤整體加工工段。該工段完成頂梁、掩護(hù)梁、底座以及前后連桿、側(cè)護(hù)板等的對接工作，進(jìn)行孔的精加工。⑥表面處理工段。該工段的任務(wù)是完成金屬結(jié)構(gòu)件的表面處理，主要是去毛刺，噴漆等作業(yè)。⑦整體組裝工段。該工段是成品整體組裝、試驗(yàn)、儲存的作業(yè)空間，主要是液壓件的試驗(yàn)、膠管制作、整體組裝、整體檢驗(yàn)等工序。⑧試驗(yàn)工段。本工段擔(dān)負(fù)液壓支架整架試驗(yàn)任務(wù)。

2.1.3 主要工藝設(shè)備

（1）鋼板預(yù)處理線。鋼材預(yù)處理線工藝是指鋼材在加工前進(jìn)行表面拋丸除銹并涂上一層保護(hù)底漆的加工工藝，鋼板預(yù)處理線主要由輥道輸送系統(tǒng)、拋丸清理機(jī)、自動噴漆系統(tǒng)、烘干室、拋丸除塵系統(tǒng)、漆霧過濾系統(tǒng)和電控系統(tǒng)所組成，鋼材經(jīng)過預(yù)處理可以提高機(jī)械產(chǎn)品和金屬構(gòu)件的抗腐蝕能力，提高鋼板的抗疲勞性能，延長其使用壽命，同時(shí)還可以優(yōu)化鋼材表面工藝制作狀態(tài)，有利于數(shù)控切割機(jī)下料和精密落料。

（2）液壓支架自動焊接。液壓支架焊接自動化裝備，不僅能大大降低工人的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)集約化，提高焊接生產(chǎn)效率，更重要的是能夠保證焊接過程的穩(wěn)定性和焊接件質(zhì)量。焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用龍門式雙立柱三軸運(yùn)動控制，利用雙絲雙槍焊接系統(tǒng)，控制兩個(gè)雙絲焊槍動作，在工位上實(shí)現(xiàn)對大型厚鋼板的自動焊接，提高焊接效率和焊接質(zhì)量。為保證焊接的質(zhì)量， 智能型焊接機(jī)器人需具備焊縫自動跟蹤功能，要求機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)檢測出焊縫偏差， 并調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)， 保證焊接質(zhì)量的可靠性。

（3）刮板輸送機(jī)中部槽自動焊接。中部槽機(jī)器人自動焊接系統(tǒng)由機(jī)器人系統(tǒng)、雙絲水冷焊接系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、高精度變位機(jī)、自動化程控系統(tǒng)、焊接夾具和其他輔助設(shè)備組成。雙絲水冷焊機(jī)系統(tǒng)配有雙絲電源、雙絲水冷焊槍、雙絲專家焊接參數(shù)庫、雙電源協(xié)調(diào)控制軟件等，可以在高焊接速度下實(shí)現(xiàn)靈活的焊接，減少合金元素?zé)龘p，減小熱輸入量，提高焊接效率，工件變形小。根據(jù)要求設(shè)計(jì)的高精度變位機(jī)具有高速翻身、高精度自動定位、水平找準(zhǔn)等功能，能夠根據(jù)工序自動變換焊接角度，使焊接完全實(shí)現(xiàn)自動化，有效減輕焊工勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

2.1.4 車間面積

車間面積為280×126=35280m2，下料區(qū)面積8160m2，刮板輸送機(jī)生產(chǎn)區(qū)面積2080m2，通用結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)區(qū)面積2080m2，液壓支架生產(chǎn)區(qū)面積22960m2。

2.2 鑄造車間

（1）生產(chǎn)綱領(lǐng)。

車間擔(dān)負(fù)本項(xiàng)目鑄件的生產(chǎn)，全年生產(chǎn)各種鑄件6000t，鑄鋼件最大重量20t，最大輪廓尺寸：4000×2500×700（mm），其中特大型鑄件（10t以上）年產(chǎn)1000t，中大型鑄件（1-10t）年產(chǎn)3000t，較小鑄件（1t以下）年產(chǎn)2000t。

（2）主要工藝過程。

1）爐料及原材料存放區(qū)。爐料及原材料存放區(qū)主要存放熔煉爐料、爐劑、耐火材料及各種輔助材料等，存放區(qū)和室外料場相鄰，爐料用平板車運(yùn)入。

2）熔煉區(qū)及大件造型澆注區(qū)。爐料用平板車運(yùn)到熔煉區(qū)，通過起重機(jī)送至電爐熔煉，為提高鋼水質(zhì)量，設(shè)置精煉系統(tǒng)，大件造型采用水玻璃砂造型工藝，澆注由人工完成。

3）中小件造型澆注區(qū)。中大型鑄件采用樹脂砂造型工藝，較小鑄件采用消失模生產(chǎn)工藝，澆注由人工完成。

4）清理及退火區(qū)。主要包括切割冒口、清理、打磨、退火、表面處理、整修。切割冒口在清理間完成，便于通風(fēng)除塵，設(shè)置退火爐消除鑄造應(yīng)力，表面處理采用吊鉤式拋丸機(jī)和轉(zhuǎn)臺式拋丸機(jī)。

（3）主要工藝設(shè)備

1）熔煉設(shè)備。電弧爐的開爐和停爐操作方便，能保證鋼液的成分和質(zhì)量、對爐料的要求不甚嚴(yán)格、容易升溫，故能煉優(yōu)質(zhì)鋼、高級合金鋼和特殊鋼等，是生產(chǎn)成型鑄鋼件的常用設(shè)備，采用中頻感應(yīng)爐，能熔煉各種高級合金鋼和碳含量極低的鋼。感應(yīng)爐的熔煉速度快、合金元素?zé)龘p小、能源消耗少、且鋼液質(zhì)量高，即雜質(zhì)含量少、夾雜少，根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，采用3t中頻爐、5t電弧爐、10t電弧爐和20tLF精煉爐。

2）造型設(shè)備。酯硬化水玻璃砂舊砂熱法再生是指將使用過的有機(jī)酯硬化的水玻璃砂，通過去除磁性物質(zhì)、破碎、和加熱焙燒結(jié)合機(jī)械或氣力的方法，脫去砂粒表面包裹的殘留粘結(jié)劑膜及雜物，恢復(fù)到近于新砂的物理及化學(xué)性能，達(dá)到全部或大部分代替新砂使用的目的和要求。

呋喃樹脂砂具有鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、適用范圍廣等特點(diǎn)，舊砂利用率高、再生簡單、能耗低，所以在灰鐵、球鐵、鑄鋼、有色等鑄造中得到廣泛應(yīng)用。呋喃樹脂砂砂處理系統(tǒng)可劃分為落砂回砂單元、破碎再生單元、風(fēng)選調(diào)溫單元，舊砂從落砂回砂單元的落砂機(jī)進(jìn)入，經(jīng)過破碎再生、風(fēng)選調(diào)溫后進(jìn)入再生砂儲存砂斗內(nèi)，完成砂處理工序。

消失模鑄造工藝的特點(diǎn)是采用了無粘結(jié)劑的干砂造型，澆注后的鑄件經(jīng)過一定時(shí)間的冷卻后，即翻箱落砂、熾熱鑄件和散砂在振動輸送落砂機(jī)或落砂柵格上實(shí)現(xiàn)分離，帶有干涂料成分等雜質(zhì)的熱砂穿過落砂柵格上的孔板進(jìn)入砂處理及回用系統(tǒng)，經(jīng)過除塵、磁選分離、篩分、冷卻等工序去除舊砂中的雜質(zhì)、鐵豆、粉塵，并使砂的溫度降至50℃以下，再輸送至砂斗內(nèi)儲存待用。

（4）車間面積。車間面積為180×108=19440m2，爐料及原材料存放區(qū)面積3240m2，熔煉及大件造型澆注區(qū)面積5400m2，中小件造型澆注區(qū)面積5400m2，清理退火區(qū)面積5400m2。

3 結(jié)語

煤礦機(jī)械工廠工藝不斷發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，給煤礦機(jī)械工廠設(shè)計(jì)帶來了新的活力，使工藝技術(shù)水平不斷提高，設(shè)計(jì)應(yīng)針對不同要求采取不同的工藝及設(shè)備，做好煤礦機(jī)械工廠設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]聞邦椿.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]A.M.曼蘇洛夫.《機(jī)械制造工廠和車間設(shè)計(jì)手冊》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[3]王國法.《高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)》[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[4]李新亞.《鑄造手冊》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.