截割头点制工装设计

杨泽民

（汾西矿业集团设备修造厂，山西 晋中 032000）

引言

本课题为汾西矿业集团设备修造厂的设计项目。掘进机在汾西矿业集团公司主要用于煤矿巷道的开拓，其主要的执行部件为截割头，承受交变和冲击载荷，所以截齿位置的布置直接影响掘进机的截割进度及设备的稳定性。由于截齿的安装参数为三维空间数据，并且空间尺寸由截齿座参数决定，采用人工点制截齿座时不能完全保证截齿座的位置和方向等参数，从而使有些截齿受力过大出现断裂受损的现象，因此为了提高截齿的焊接质量和生产效率，设计了可以控制截齿座空间位置的截割头点制工装。

1 参数分析

某型掘进机截割头截齿分布情况如表1所示。

由表1数据得知，确定截齿的空间参数需要保证各个截齿的位置参数和方向参数，即：轴向距离Z、截割半径Rg、圆周角Φ、倒角β、转角α和仰角μ。其中，轴向距离反映的是截齿齿尖到截割头体底部端面的垂直距离尺寸；截割半径反映的是截齿齿尖到截割头体中心线的水平距离尺寸；圆周角反映的是截齿齿尖投影到截割头体底部端面与截割头体一侧平键键槽的圆周夹角；倒角反映的是截齿座底面与截割头体中心线的夹角；转角反映的是截齿轴线与齿尖运动方向之间的横向夹角；仰角反映的是截齿轴线与截割头体切线夹角与截齿座安装角的差值。截割头具体形状如下页图1所示［1，2］。

表1 截齿参数

2 工装设计方法

此前汾西矿业集团设备修造厂对掘进机截割头焊接没有合适的工装，依靠工人凭借经验看图纸焊接空间位置，在定位方面难以准确把握，同时考虑到公司所使用的掘进机是根据煤岩机械性质和截割机构选择的，因此为了保证截割头截齿的焊接质量，并且满足公司对截割头的不同需求，研发了一个可以焊接系列型的截割头点制工装。

图1 掘进机截割头

为适应不同型号截割头，公司设计的截割头点制工装有3大部分组成，分别为：截割头基座、截割头截齿定位装置、基准平面，其中截割头基座和截割头截齿定位装置根据相对位置焊接于基准平面上。其结构和三维图分别如图2、图3所示。

图2 截割头点制工装

图3 掘进头点制工装三维效果图

2.1 截割头基座

主要由转盘、滚轮、底座和刻度板组成。转盘用轴承和轴用弹性挡圈固定在底座上，并且通过均匀分布的3个滚轮保证转盘的平稳旋转，底座则焊接于基准平面上，刻度板通过螺栓固定于底座一侧，用于定位截齿齿尖的圆周角，其结构和三维图分别如图4、图5所示。

图4 截割头基座

图5 截割头基座

转盘则是由滑块、分度盘、刻度盘、连接轴和压板组成。滑块和刻度盘分别通过T型螺母和压板固定于分度盘上下两端，在对不同截割头进行焊接时可根据截割头体大小对应的分度盘数值进行粗略定位，同时刻度盘和分度盘采用分体设计，降低了工人对截割头体0刻度定位的难度，只需在截割头体固定后，将刻度盘0刻度线与截割头体0线位置对齐，并将压板拧紧，使刻度盘固定即可。该设计大大降低了工作难度，同时提高了工作效率。具体结构如下页图6、图7所示。

2.2 截割头截齿定位装置

截割头截齿定位装置由连接座、配重装置、立柱、截齿座定位装置、α分度盘和水平滑杆组成。立柱和水平滑杆通过连接座连接，并且立柱和水平滑杆上固定有刻度尺，分别用于定位截齿齿尖的轴向距离Z和截割半径Rg。连接座上设有配种装置用于平衡水平位置部件的重力，同时立柱上有手轮组件用于调节水平滑杆的位置，从而降低工人的劳动强度。

图6 转盘

图7 转盘俯视图

将截齿座安装在截齿座定位装置，并将其固定于α分度盘上即可对截齿座的位置及角度进行调节，从而保证截齿齿尖的空间位置参数。

该装置各部件都设置有手柄和压杆，需要调节的部件只需通过手柄转动压杆，将部件调整到正确的位置再将压杆锁死即可，其结构如图8所示。

图8 截割头截齿定位装置

2.3 截齿座定位装置

截齿座定位装置由β分度盘、β刻度盘、截齿连接件、截齿座、六角薄螺母和六角头螺栓组成。其中，β分度盘是通过压杆与α分度盘连接定位，并且根据截齿座的安装角度进行锥度的设计，保证了截齿轴线的仰角μ；截齿连接件通过六角头螺栓固定在β分度盘上，并按照标准截齿进行设计，既保证了截齿座顺利安装到该装置上，同时保证了截齿座与截齿的相对位置；截齿座是通过六角薄螺母固定在截齿连接件上的，当点制完一件截齿座时，只需将六角薄螺母松开即可将截齿座从该装置中脱离下来，然后进行下一个截齿座的点制工作。

通过对该设备的调整，利用两个刻度尺和三个刻度盘对掘进机截割头上截齿的参数进行约束，保证每个截齿座焊接后符合截齿设计要求。其结构如图9、图10所示。

图9 截齿座定位装置

图10 截齿座定位装置

该研究达到了按照设计参数使用工装设备精确找到截齿位置，点焊截齿座掘进机整机截割性能得到提高的目的。

为了验证工装的使用情况，使用工装生产制作了10个截割头样品A，共300个截齿；人工没有使用工装制作10个截割头样品B，共300个截齿。在集团的一个试验生产矿井的掘进队组中使用本批样品A和B各10个，在使用的有效期限内连续6个月的跟踪过程中发现A品损坏6个截齿，B品损坏59个截齿。

利用工装点制的掘进机截割头，合格率有明显的提升，由原来没使用工装前的80.3%提高到了采用工装点制后的98%。

利用工装点制的掘进头在质量和生产效率上都有了提高，实现了既定的目标产值。也使得单位在掘进机截割头的研究制造方面上了一个新的台阶。

通过上述的工装设计，把截齿复杂的三维空间位置转化为简单准确的方式，工人经过简单的培训就可直接操作运用。

3 结语

此工装通过一年多的实践验证能满足公司所有不同型号截割头设计图纸的要求，工装设计达到定位准确、通用性强的预期目标。此工装可推广到有空间位置要求的其他组对零件，对其具有一定的参考价值。不足之处是操作略显繁琐，适用于中、小批量生产。若大批量生产应采用更为先进的工业机器人实现生产自动化、智能化，以提高生产效率。

未利用工装前点制掘进头需3h，利用工装点制掘进头需1.5h，且能点制齿座排列不同的截割头，是一个通用工装。保证各矿井的正常生产，以及为加速高产高效矿井建设和掘进机械化发展带来了巨大的社会效益和无法估量的潜在效益。

［1］ 李晓豁.掘进机截割的关键技术研究［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［2］ 王启广，李炳文，黄嘉兴.采掘机械与支护设备［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2006.