新型液压扒渣机挖装机构的工艺研究.pdf

第 4期 2 0 1 4年 4月 机械 设 计 与制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e l 2 l 新型液压扒渣机挖装机构的工艺研 究 吕毛三 ． 张铜 杰 。 1 ． 安徽新园矿山设备制造有限责任公司， 安徽 宿州2 3 4 1 1 6 ； 2 ． 安徽理 大学 机械工程学院， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 摘要 基于对新型液压扒渣机的工作原理和工作特点的分析， 与传统扒渣机相比， 研究对象采用不同的结构设计具有 几大优点 ； 对新型液压扒渣机 结构特点和挖装机 构各部件k． Y - ． -V - 艺难点的分析与研 究 ， 得 出了挖装机构各部件 的加工工 艺方法， 为了保证挖装机构的质量及使用要求， 给出了各运动部件毛坯选材、 下料 、 机加工工艺路线、 机加工质量及具体 加工工艺等控制措施。经实际生产使用验证， 此加工工艺能较好的满足其综合使用性能要求， 其产品质量可以得到保证 关键词 扒渣机； 挖装机构； 工艺难点； 加工工艺； 机加工路线 控制措施 中图分类号 T HI 6 ； T U 6 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 4 0 4 0 1 2 1 0 3 Ne w Ty p e Hy d r a u l i c Gr i l l e d Sl a g Ma c h i n e Di g g i n g Me c h a n i s m Pr o c e s s i n g Re s e a r c h L V Ma o - s a n ， Z I t A NG T o n g - j i e 。 1 ． An h u i Ne w Ga r d e n Mi n i n g E q u i p me n t Ma n u f a e t u r i n g C o ． ，L t d ． ，An h u i S u z h o u 2 3 4 1 1 6，C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g ，An h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o ，An h u i h u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t C o m p a r e d w i t h t h e t r a d i t i o n a l g r i l l e d s l a g m ach i n e a n d b a s e d o n t h e a n aly s i s o f t h e w ark i n g c h aract e r i s t i c s a n d p r i n c ip l e s ，t h i s n e w t y p e h y d r a u l i c g r i l l e d s l a g m a c h i n e ado p t i n g d iff e r e n t s t r u c t u r al d e s i g n s h a s s e v e r al b ig adv a n t a g e s ； d u e t o t h e r e s e arc h o f t h e s t r u c t u r al f e a t u r e s of h y d r a u l i c g r i l l e d s l ag m a c h i n e and p r o c e s s i n g d if fi c u l t i e s of i t s b o p a r t s ， t h e p r o c e s s i n g m e t h o d s of t h e m are c o n c l u d e d ．I n o r d e r t o g u a r a n t e e t h e q u ali t y of d i g l o adi n g m e c h a n i s m and t h e u s e r e q u i r e me n t ，all t h e m o v i n g p art s b l a n k m t a e r i al，b l a n k i n g ，m a c h i n i n g p r o c e s s ，m ach i n i n g q u al i t y and s p e c ific c o n t r o l me asu r e s ar e g i y e n ． V e e d b y a c t u al p r o d u c t i o n u s e ，t h i s t p e ofp r o c e s s i n g C an mee t t h e i n t e g r a t e d u s e ofp e ,f o r m 1 a c e r e q u i r e me n t s an d t h e p r o d u c t q u ali t y c a n b e g u ara n t e e d ． Ke y W o r d s Gr i l l e d S l a g M a c h i n e ； Di g g i n g M e c h a n i s m ； T e c h n o l o g i c a l Di ffi c u l t i e s ；P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y ；M a c h i n i n g Ro u t e ； Co n t r o l M e a s u r e s 1 引言 随着我国经济的快速发展， 高速公路、 隧道建设和高效、 高产 煤矿建设也进入了快速的建设中，其机械化程度要求也越来越高。 众所周知， 长期以来严重制约我国隧道和煤矿建设发展的主要凶素 就是掘进速度， 而隧道和巷道的开挖一般采用断面钻爆法， 使用扒 渣机能有效地解决隧道和巷道施工时土石装车慢的问题， 其可以对 土石、 煤矸等可以一次性完成挖掘、 装载、 输送一体化， 大大提高了 其机械化程度； 针对掘进速度来说， 扒渣机就是隧道和矿井巷遭决 速成型和清理土石的主要设备之一， 首先它的工作臂决定了其工作 范围， 其次挖斗的大小和破碎锤决定了每一次动作的效率H 。 针对扒 渣机来说， 挖装工作机构正是影响上述两个指标的主要因素， 其设 计与制造的质量直接决定了扒渣机的工作l生 能与功效。 2新型液压扒渣机的机构特点及功能 2 ． 1新型液压扒渣机的工作原理 如图 I 所示， 新型液压扒渣机先由履带推进到合适位置， 然 后挖装机构上的挖斗和破碎锤一起动作对工作面进行挖掘工作， 使输送槽料 口堆满石料 ， 再用挖斗将石料扒进刮板输送机， 刮板 输送机将石料输送到尾槽 ， 卸人自卸汽车、 梭式矿车或其它转载 设备上去。也可用挖斗清理T作面或将远处的石料扒进集料槽。 2 _ 2新型液压扒渣机的工作特点 目前应用于矿山开采、 工程隧道、 矿井岩层的液压扒渣机都 是中小型的， 仅有挖斗而无破碎锤装置； 扒渣机工作时遇到大块 矿岩层较硬， 不仅对挖斗爪齿磨损严重， 影响扒渣机的T作效率； 小臂总成的强度仅约为9 0 MP a ， 挖斗工作时， 小臂总成容易弯曲， 使用寿命较短口 1。介绍的液压扒渣机与其相比主要有以下优点 1 挖装工作机构上安装破碎锤 ， 先对较硬的岩层破碎， 挖 斗爪齿磨损较小， 且大大提高了挖装机构的T作效率。 2 链轮采用剖分式结构， 以方便后续的维修及更换。刮板 链采用高低刮板相间错落 布置， 这样不仅保证土石、 煤炭等物料 的输送 ， 还可保证大块岩石输送。 3 履带行走架是行走机构的承重基础件， 它一般主要由驱 动座、 引导座、 履带架、 盖板等组焊成框架形式， 具有重量轻 、 刚性 好等优点．． 来稿日期 2 0 1 3 0 9 2 0 作者简介 吕毛i， 1 9 8 3 一 ， 男， 安徽宿州人， 硕士研究生， 助工， 主要研究方向 检测与信息处理 1 2 2 吕毛三等 新型液压扒渣机挖装机构的工艺研究 第 4期 4 整个工作装置在摆动丁作位置回转到两个极端位置时， 两边都有缓冲限位块，以避免工作装置转动角度过大造成冲击， 为保证工作装置的强度和刚度， 在结构上主要采用等强度、 高刚 度的三角架 形式。 1 ． 挖装机构 2 ． 机架总成 3 ． 液压操作系统 4 输送机 5 _ 履带行走总成 图 1新型扒渣机的结构图 F i g ． 1 N e w T y p e H y d r a u l i c G r i l l e d S l a g Ma c h i n e S t r u c t u r a l C h a rt 3挖装机构制造工艺方法 扒渣机是隧道和巷道中快速掘进土石和煤炭主要设备之 一 ，针对扒渣机来说， 挖装工作机构正是其最关键部件之一， 其设 计与制造的质量直接决定了扒渣机的丁作性能与功效。 3 ． 1挖装机构的结构及特点 挖装机构主要由大臂座、 大臂总成、 小臂总成、 弯板总成 、 连 杆机构、 挖斗总成 、 破碎锤总成、 大臂油缸总成、 小臂油缸总成、 推 拉油缸总成、 挖斗油缸总成等零部件组成 ， 挖装机构在回转油缸 的驱动下， 可绕整机中心轴线左右回转， 范嗣约 一 4 2 4 2 。 ， 从而 满足装载和挖装宽度要求； 它可分别在大臂和小臂动力油缸的带 动下， 实现大臂总成、 小臂总成在垂直面内的升降动作， 以满足装 载和挖装高度要求； 挖斗总成在其油缸的作用下， 可绕 自身转轴 旋转， 以满足灵活装载和挖装功能的要求 ， 确保挖斗和破碎锤快 速接近E t 标作业位置【 ； 当需对大块矿岩破碎 、 开挖排水和电缆沟 槽、 修复不平整巷道时， 在推拉油缸和挖斗油缸的驱动下， 可按指 定方位外伸， 在推拉油缸带动下实现对岩层破碎。以实现对大块 矿岩破碎、 开挖排水和电缆沟槽、 修复不平整巷道阁 的作业要求。 3 - 2挖装机构的加工工艺分析 如图2所示， 挖装机构中几个部件均为组焊件， 通过其丁作 状况分析得知有以下几方面的加工工艺难点 1 各主要部件均是较大组焊件， 焊接时无法保证其焊接精 度， 焊件变形较大。 2 各主要部件均是由销轴连接成一体产生相对运动， 轴孔 磨损较严重。 3 破碎锤工作时产生高频率振动， 对焊件质量提出了较高 的要求。 4 各主要部件上的孑 L 相对关系要求较高， 精加工是无法保 证其相对位置关系和同轴度。 3 ． 3主要工序的工艺方法 3 ． 3 ． 1下料 研究对象所有的部件均采用一定厚度、 耐磨性好的钢板 ， 钢 管， 通过数控火焰切割方式下料来形成坯料。 在下料时， 应依据图 纸的要求下料。 1 ． 回转臂 2 ． 大臂总成 3 -／ 】 、 臂总成 4 ． 挖斗油缸 5 -推拉油缸 6 ． 弯扳 7 ．破碎锤 8 ． 连杆机构 9 ． 挖斗 1 O ／ j 、 臂油缸总成 1 1 ．大臂油缸总成 图 2新型液压扒渣机挖装机构机构图 F i g ．2 Ne w T y p e Hy d r a u l i c Gr i l l e d S l a g Ma c h i n e Di g g i n g Me c h a n i s m C ha r t 3 ． 3 ． 2机械 加工关键工艺和方法 挖装机构是由多个部件构成，其加工过程要求组焊后一次 装夹加工， 为保证加T质量还要进行粗、 精加T工序分开， 具体工 艺流程如下 1 回转臂主要的工艺路线 热一 戈 0 一 粗铣一 粗镗一 热一 划一 精铣一 精镗一 划一 钻一 铣一 钳。 2 大臂总成主要的工艺路线 热一 钳一 划一 粗铣一 粗镗一 热一 划一 精铣一 半精镗一 钳一 精镗一 划一 钻一 铣～ 钳。 3 小臂总成主要的工艺路线 热一 钳一 划一 粗铣一 粗镗一 热． 戈 0 一 精铣一 半精镗一 钳一 精镗一 划一 钻一 铣一 钳。 但不论如何安排工 艺流程只有确保重点工序制定的合理 性， 才能保证组焊件加工的技术要求 ， 主要重点工序控制措施如 下 ①回转臂的加工方法 此处加工的难点是由于同转臂不是规则行状 ，无法保证三 组孔的相互位置精度要求 I 大臂安装连接销孔与大臂油缸安装孔的平行度； Ⅱ回转油缸连接销孔与大臂座与机架连接销孔的平行度； Ⅲ两组大臂座与机架连接销孔的同轴度。 回转臂加工之前需要先进行热处理一 人工时效， 之后以底面 为基准； 一次装夹， 两个工步来保证大臂安装连接销孑 L 与大臂油 缸安装孔的平行度。 上弯板， 基准统一， 来保证回转油缸连接销孔 与大臂座与机架连接销孑 L 的平行度、 机架连接销孔的同轴度。 ②大臂总成的加工方法 此处加工的难点是由于大臂总成不是规则形状且较长、 ， 无 法保证两组孔的相互位置精度要求 I 大臂安装连接销孔与大臂油缸支撑孔的平行度； Ⅱ小臂油缸安装销孔与小臂座与大臂连接销孑 L 的平行度； 焊接丁艺搭子， 以底面为基准 ； 一次装夹， 来保证大臂安装 连接销孑 L 与大臂油缸支撑孔的平行度。在同一次装夹中， 实现基 准统一， 来保证小臂油缸安装销孔与小臂座与大臂连接销孔的平 行度。 注意耐磨套的安装和加工要求， 加工完成后， 去除工艺搭子 并修光焊接处 I。 No ． 4 A p r ． 2 0 1 4 机 械 设计 与 制造 1 2 3 ③小臂总成的加工方法 此处加工的难点是由于小臂总成不是规则行状，内腔间距 焊接变形较大， 无法保证四组孔的相互位置精度要求 I 小臂安装连接销孔与小臂油缸支撑孔的平行度 ； Ⅱ挖斗油缸安装销孑 L 与挖斗油缸支撑孔的平行度； Ⅲ挖斗安装销孔与挖斗油缸支撑孔与挖斗油缸安装销孔的 平行度 ； Ⅳ破碎锤油缸安装销孔与弯板总成的安装销孔的平行度。 以工艺安装搭面为基准； 一次装夹， 来保证小臂安装连接销 孑 L 与小臂油缸支撑孔的平行度、 挖斗油缸安装销孔与挖斗油缸 支撑孑 L 的平行度、 挖斗安装销孑 L 与挖斗油缸支撑孔与挖斗油缸安 装销孔的平行度、 破碎锤油缸安装销亍 L 与弯板总成的安装销孔的 平行度， 加工完成后， 去除工艺搭子并修光焊接处。 4结论 挖装机构的工艺方法只要把握好以下几点工艺措施 ，其使 用性能和质量就能得到保证。 1 各运动组焊件， 焊缝不得出现夹渣、 气孔、 咬边、 烧穿、 未 填满等缺陷， 应光滑平整； 焊缝均采用角焊， 焊高均为 8 - 1 0 m m。 2 为了保证各运动组焊件的加工质量， 机械加工时重点工 序措施要控制好， 粗、 精加工要分开， 各组孑 L 的相互位置精度要保 证 ， 一次装夹后 ， 各组孑 L 要一次性加_丁完成。 3 针对挖装机构加工过程中， 其形状精度、 内孔与端面的 位置精度及相关尺寸精度很难保证， 此时需要焊接工艺搭子来辅 助定位和夹紧， 注意当各组件加工完成后要铣掉并修光。 参考文献 [ 1 ] 苏宇龙， 黄松和， 江小亮． 挖装机工作装置瞬态动力学仿真与分析[ J _ ． 机械设计与制造， 2 0 1 3 2 1 4 4 1 4 6 ． S u Y u - h n g ， Hu a n g S o n g h e ， J i a n g X i a o - l i a n g ．Di g i n s t a l l e d w o r k d e v i c e o f t he t r a n s i e n t d y n a mi c s s i mu l a t i o n a n d a n a l y s i s o f t he me c h a n i c a l d e s i g n a n d ma n u f a c t u r i n g l J J ． Ma c h i n e r y D e s i g n a n d Ma n u f a c t u r e ， 2 01 3 2 1 4 4 1 4 6 ． [ 2 ] 栗园园， 程文明， 刘标． 基于 A n s y s 和 P m ， F的隧道挖装机 作装置机 构分析 [ J ] ．起重运输机械 ， 2 0 1 1 3 4 4 4 7 ． L i Y u a n y u a n ， C h e n g We n ru i n g ， L i u B i a o ．T u n n e l d i g g i n g m a c h i n e w o r k i n g d e v i c e i n s t i t u t i o n a n a l y s i s b a s e d o n P r o ／ E a n d A n s y s J J ．I i f r i n g T r a n s p o r t a t i o nMa c h i n e ry， 2 0 1 1 3 4 4 - 4 7 ． [ 3 ] 胡年孙． 隧道挖装机的设计研究E D ] 戚都 西南交通大学， 2 0 1 1 6 1 6 2 ． H a Ni a n s u n ． T u n n e l d i g g i n g m a c h i n e d e s i g n r e s e a r c h [ D] ． C h e e n g d u S o u t h we s t ] i a o t o n gUn i v e r s i t y． 2 01 1 61 6 2 ． [ 4 ] 王晓明．矿用机械式挖掘机技术概论[ J j l 研究与探讨， 2 0 1 0 1 2 7 0 7 2 ． Wa n g Xi a o mi n g ．I n t r o d u c t i o n t o me c h a n i c a l e x c a v a t o r for mi n e t e c h n o l o g y [ J ] ．Re s e a r c h a n ti D i s c u s s ， 2 O L O 1 2 7 0 - 7 2 ． [ 5 ] 刘进志， 高文中， 任杰． WZ 3 0 0 型挖装机电气系统的设计与研究[ J lJ _煤 矿机械 ， 2 0 1 2 1 5 - 6 ． L i u J i n z h i ， Ga o We n z h o n g， Re n J i e ．De s i g n a n d r e s e a r c h o f WZ 3 0 0 d i g g i n g m a c h i n e e l e c t r i c a l s y s t e m[ J ．C o a l M i n e M a c h i n e r y ， 2 0 1 2 1 5 6 ． [ 6 ] 康宝生， 陈馈．K L 一 2 0 E S 隧道挖装机的技术改造[ J 】 _ 建筑机械化， 2 0 0 5 1 2 5 5 5 9 ． K a n g B a o - s h e n g ， C h e n K u i ． T e c h n i c a l r e n o v a t i o n o f K L一2 0 e s t u n n e l d i g g i n g ma c h i n e [ J ] ． C o n s t r u c t i o n Me c h a n i z a t i o n ． 2 0 0 5 1 2 5 5 5 9 ． [ 7 ] 周哲波． 大排量乳化液泵曲轴的研制工艺研究 [ J ] 机械设计与制造， 2 0 1 2 7 1 4 5 1 4 7 ． Z h o u Zh e -b o ． L a r g e d i s p l a c e me n t o f e mu l s i o n p u mp c r a n k s h a f t t e c h n o l o g y r e s e a r c h[ J 1 ． Me c h a n i c a l D e s i g n a n d Ma n u f a c t u ri n g ， 2 0 1 2 7 1 4 5 1 4 7 ． [ 8 ] 栾新立．WZ J 履带式隧道挖装机的研究与开发[ J J _ 中国机械_T程学报， 2 0 1 1 4 4 2 6 - - 4 3 0 ． L u a n X i n L i ． R e s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f WZ J c a t e r p i l l a r t u n n e l i n g ma c h i n e [ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ． 2 0 1 1 4 4 2 6 4 3 0 ． 上接 第 1 2 0页 参考文献 [ 1 ] 徐浩， 芮执元 ， 王富强． 基于有限元的大型摩擦焊机主轴箱优化设计 [ J J _机械设计与制造， 2 0 1 3 3 1 1 4 1 1 6 ． X u H a o ，R u i Z h i - y u a n ， W a n g F u - q i a n g ． B o x o p t i m i z a t i o n d e s i g n f o r l a r g e f r i c t i o n w e l d e r s p i n d l e b a s e d o n t h e fi n i t e e l e me n t [ J j ． Me c h a n i c a l d e s i g n a n dMa n u f a c t u r i n g ， 2 0 1 3 3 1 1 4 一l 1 6 ． 【 2 J B e n d s e M P ， S i g m u n d O ． Ma t e r i a l i n t e r p o l a t i o n s c h e me s i n t o p o l o g y o p t i m i z a t io n [ J J ．A r c h A p p l M e c h ， 1 9 9 9 6 9 6 3 5 6 5 4 ． [ 3 ] 李凌飞． 基于变密度法的结构拓扑优化研究[ D] ．长春 吉林大学 ， 2 0 0 7 ． Li Li n g- f e i ． T h e r e s e a r c h o f s t r u c t u r e t o p o l o g y o p t i mi z a t i o n b a s e d o n v a ri a b l e d e n s i t y me t h o d l Dj ．C ， ． ．h a n g c h un J i l i nUn i v e r s i t y 2 0 0 7 [ 4 ] 孙靖民， 梁迎春_ 卡 几 械优化设计[ M] ．北京 机械工业出版社， 2 0 1 2 ． S u n J i n g rai n ， L i a n g Y i n g c h u n ． Me c h a n i c a l O p t i mi z a t i o n De s i g n l M J ． B e i j i n g C h i n a Ma c h i n e P r e s s ， 2 0 1 2 ． [ 5 ] 秦德先， 刘春学． 矿产资源经济学[ M] E 京科学出版社， 2 0 0 2 1 3 4 1 3 9 ． Q i n D e- x i a n ， L i u C h u n- x u e ．E c o n o mi c s o f Mi n e r a l R e s o u r c e s[ M] B e ij i n g S c i e n c e P r e s s ， 2 0 0 2 1 3 4 - 1 3 9 ． [ 6 ] 夏绍玮， 杨家本， 杨振斌． 系统工程概论[ M] ．北京 清华大学出版社 1 9 9 5 l 1 【 _1 1 9 ． [ 7 ] [ 8 ] X i a S h a o w e i ， Y a n g J i a - b e n ， Y a n g Z h e n b i n ． n t r o d u e t i o n t o S y s t e m E n g i n e e r i n g [ M] ．B e ij i n g T s i n g h u a U n i v e r s i t y P r e s s ， 1 9 9 5 1 1 0 1 1 9 赵腾伦．A B A Q U S 6 ． 6 在机械工程中的应用[ M] ． 北京 中国水利水电出 版社 ， 2 0 0 7 ． Z h a o T e n g l o n g ． A B A Q U S 6 ． 6 A p p l i c a t i o n i n Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g [ M] ． B e i j i n g C h i n a Wa t e r P o w e r P r e s s ， 2 0 0 7 ． 李东旭．大型挠性结构分散化振动控制[ M] ． 长沙 国防科技大学出版 社， 2 0 0 2 7 - 8 ． L i D o n g- x u n ． D i v e r s i f i c a t i o n o f Lar g e F l e x i b l e S t r u c t u r e V i b r a t i o n C o n t r o l [ M] ． C h a n g s h a N a t i o n a l u n i v e r s i t y o f d e f e n s e t e c h n o l o g y p r e s s ， 2 0 0 2 7 - 8 ．