中部槽雙面焊接翻轉機構旋轉部分分析

郭振寅

（山西焦煤汾西礦業集團設備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

中部槽為刮板輸送機中的大批量件，占整個刮板機的70%～80%。中部槽主要由中板、底板和中板兩側的擋板槽幫和鏟板槽幫組成，中板既用于承載物料，又與刮板鏈直接接觸，因此中板與擋板槽幫和鏟板槽幫采用雙面焊接。生產過程中焊接工序主要是槽幫與中板、槽幫與封底板的焊接，占焊接工作量的80%以上，需要多次翻轉焊接[1]。因此，提高中部槽的焊接效率與焊縫質量可直接提高整臺刮板機的生產效率與質量。

傳統的中部槽焊接完一面后又進行翻轉焊接，需要吊裝、翻轉和復位。翻轉方式為人工、行車翻轉，效率低下且存在安全隱患。中部槽雙面焊接翻轉機構實現對槽子全自動翻轉、焊接，實現自動化。翻轉機構旋轉部分是整個機構的關鍵部分，是設計開發中的重點和難點[2]。

1 翻轉部分的結構

1.1 翻轉機工作原理

翻轉機由運輸平臺、翻轉機構、夾緊機構三部分組成。中部槽通過第一個運輸平臺進入翻轉機構，到達內部平臺上，液壓夾緊機構加緊，翻轉機構翻轉180°；中部槽翻轉完成，夾緊機構放松；中部槽繼續前進到第二個運輸平臺上焊接；兩邊的兩個運輸平臺外側放置焊接工位。工作原理如圖1所示，所有動力均由液壓馬達提供。

翻轉機構作為翻轉機的主要部分，擔負著夾緊裝置夾緊中部槽后的翻轉工作。針對中部槽規格為1 750 mm×2 050 mm，比普通中部槽規格大。為提高傳動穩定性，適應大規格中部槽翻轉，旋轉部分采用齒輪傳動。

圖1 翻轉機工作原理示意圖

1.2 旋轉部分結構

整體旋轉部分外圍尺寸為Φ2 520 mm×2 515 mm的圓盤式框架結構，小齒輪帶動大齒圈的傳動形式，中部聯接翻轉平臺放置中部槽。旋轉部分由旋轉架體和翻轉平臺組成，如圖2所示。

圖2 旋轉部分示意圖

1.3 旋轉架體結構

旋轉架體兩端為兩個40 mm圓形鋼板，中間部分為整體槽鋼聯接。轉盤I、II，為增加結構剛度，非圓環結構，而設計成中間留下1 072 mm×2 100 mm不規則六邊形孔，上下有扇形觀察窗。轉盤I與轉盤左右側架用6-M30×110螺栓聯接，轉盤II與轉盤左右側架與齒圈采用10-M30×180與6-M30×200內六角螺栓聯接。為加強框架結構強度，布置8個M30可以傳遞扭矩的鉸接螺栓，保證框架扭曲不變形。螺母全部采用鎖緊螺母。

轉盤左右側架結構，整體采用16a槽鋼，中間與翻轉平臺連接處用槽鋼焊接成箱體結構，兩側焊接20 mm鋼板。根據強度要求，中間是根2.2 m槽鋼，不可截斷，兩端加筋板提高整體強度。左右側架中間用32-M42×240高強度螺栓與翻轉平臺聯接。圓盤式框架結構的上下各有一根聯接梁。

1.4 傳動部分

翻轉的傳動部分采用小齒輪帶動大齒圈旋轉，小齒輪采用40Cr，大齒圈采用HT150。動力由液壓馬達輸出。馬達技術參數：型號為KGM1-200-B；理論排量為201 mL/r；額定扭矩為785 N·m。

2 翻轉機旋轉部分的控制方法

為了解決現有技術中因翻轉機旋轉機構急停急起方式對整個翻轉機造成較大啟動與停止沖擊而導致使用翻轉機壽命短的問題，計算繪制旋轉運動曲線，以對翻轉機旋轉部分進行很好的控制。

2.1 運動曲線

旋轉機構先勻加速，然后勻速，勻減速，有低速運行段，停止；最快線速度約π/13 rad/s，低速運行段約π/130 rad/s，勻加減速對稱，開始運行到最后停止，旋轉半圈，時間控制在16 s左右，運動曲線如圖3所示。

圖3 旋轉部分運動曲線

2.2 旋轉技術參數

本系統為馬達驅動齒輪旋轉，齒輪與齒圈嚙合帶動翻轉機旋轉。通過計算轉動慣量以及繪制的旋轉運動曲線可以計算翻轉機旋轉的各個技術參數。

翻轉機旋轉所需最大轉矩如式（1）所示：

式中：J為轉動慣量，取8 810 kg·m2；β為角加速度，取0.161 rad/s2。

代入數據計算得T=1 420 N·m。

翻轉機構所需最大功率如式（2）所示：

代入數據計算得Pm=343 W。

齒輪與齒圈嚙合傳動系統，傳動比為7.5，根據傳動比只改變動力轉矩與動力角速度，不改變動力的功率原理。

馬達所需最大轉矩Tm=190N·m，馬達最大轉速n=17.25r/min，最大流量式中：q0為理論排量，取201 mL/r。

3 結語

中部槽雙面焊接翻轉機構實現對中部槽全自動翻轉、焊接的自動化，解決了傳統人工、行車翻轉存在的安全隱患，提高了中部槽的生產效率。為了解決現有技術中翻轉機旋轉機構急停急起方式對整個翻轉機造成較大的啟動與停止沖擊而導致使用壽命短的問題，計算繪制旋轉運動曲線，以更好地控制翻轉機構，減小對翻轉機構的沖擊，同時提高翻轉機的使用壽命。