中部槽双面焊接翻转机构旋转部分分析

郭振寅

（山西焦煤汾西矿业集团设备修造厂， 山西 介休 032000）

引言

中部槽为刮板输送机中的大批量件，占整个刮板机的70%～80%。中部槽主要由中板、底板和中板两侧的挡板槽帮和铲板槽帮组成，中板既用于承载物料，又与刮板链直接接触，因此中板与挡板槽帮和铲板槽帮采用双面焊接。生产过程中焊接工序主要是槽帮与中板、槽帮与封底板的焊接，占焊接工作量的80%以上，需要多次翻转焊接[1]。因此，提高中部槽的焊接效率与焊缝质量可直接提高整台刮板机的生产效率与质量。

传统的中部槽焊接完一面后又进行翻转焊接，需要吊装、翻转和复位。翻转方式为人工、行车翻转，效率低下且存在安全隐患。中部槽双面焊接翻转机构实现对槽子全自动翻转、焊接，实现自动化。翻转机构旋转部分是整个机构的关键部分，是设计开发中的重点和难点[2]。

1 翻转部分的结构

1.1 翻转机工作原理

翻转机由运输平台、翻转机构、夹紧机构三部分组成。中部槽通过第一个运输平台进入翻转机构，到达内部平台上，液压夹紧机构加紧，翻转机构翻转180°；中部槽翻转完成，夹紧机构放松；中部槽继续前进到第二个运输平台上焊接；两边的两个运输平台外侧放置焊接工位。工作原理如图1所示，所有动力均由液压马达提供。

翻转机构作为翻转机的主要部分，担负着夹紧装置夹紧中部槽后的翻转工作。针对中部槽规格为1 750 mm×2 050 mm，比普通中部槽规格大。为提高传动稳定性，适应大规格中部槽翻转，旋转部分采用齿轮传动。

图1 翻转机工作原理示意图

1.2 旋转部分结构

整体旋转部分外围尺寸为Φ2 520 mm×2 515 mm的圆盘式框架结构，小齿轮带动大齿圈的传动形式，中部联接翻转平台放置中部槽。旋转部分由旋转架体和翻转平台组成，如图2所示。

图2 旋转部分示意图

1.3 旋转架体结构

旋转架体两端为两个40 mm圆形钢板，中间部分为整体槽钢联接。转盘I、II，为增加结构刚度，非圆环结构，而设计成中间留下1 072 mm×2 100 mm不规则六边形孔，上下有扇形观察窗。转盘I与转盘左右侧架用6-M30×110螺栓联接，转盘II与转盘左右侧架与齿圈采用10-M30×180与6-M30×200内六角螺栓联接。为加强框架结构强度，布置8个M30可以传递扭矩的铰接螺栓，保证框架扭曲不变形。螺母全部采用锁紧螺母。

转盘左右侧架结构，整体采用16a槽钢，中间与翻转平台连接处用槽钢焊接成箱体结构，两侧焊接20 mm钢板。根据强度要求，中间是根2.2 m槽钢，不可截断，两端加筋板提高整体强度。左右侧架中间用32-M42×240高强度螺栓与翻转平台联接。圆盘式框架结构的上下各有一根联接梁。

1.4 传动部分

翻转的传动部分采用小齿轮带动大齿圈旋转，小齿轮采用40Cr，大齿圈采用HT150。动力由液压马达输出。马达技术参数：型号为KGM1-200-B；理论排量为201 mL/r；额定扭矩为785 N·m。

2 翻转机旋转部分的控制方法

为了解决现有技术中因翻转机旋转机构急停急起方式对整个翻转机造成较大启动与停止冲击而导致使用翻转机寿命短的问题，计算绘制旋转运动曲线，以对翻转机旋转部分进行很好的控制。

2.1 运动曲线

旋转机构先匀加速，然后匀速，匀减速，有低速运行段，停止；最快线速度约π/13 rad/s，低速运行段约π/130 rad/s，匀加减速对称，开始运行到最后停止，旋转半圈，时间控制在16 s左右，运动曲线如图3所示。

图3 旋转部分运动曲线

2.2 旋转技术参数

本系统为马达驱动齿轮旋转，齿轮与齿圈啮合带动翻转机旋转。通过计算转动惯量以及绘制的旋转运动曲线可以计算翻转机旋转的各个技术参数。

翻转机旋转所需最大转矩如式（1）所示：

式中：J为转动惯量，取8 810 kg·m2；β为角加速度，取0.161 rad/s2。

代入数据计算得T=1 420 N·m。

翻转机构所需最大功率如式（2）所示：

代入数据计算得Pm=343 W。

齿轮与齿圈啮合传动系统，传动比为7.5，根据传动比只改变动力转矩与动力角速度，不改变动力的功率原理。

马达所需最大转矩Tm=190N·m，马达最大转速n=17.25r/min，最大流量式中：q0为理论排量，取201 mL/r。

3 结语

中部槽双面焊接翻转机构实现对中部槽全自动翻转、焊接的自动化，解决了传统人工、行车翻转存在的安全隐患，提高了中部槽的生产效率。为了解决现有技术中翻转机旋转机构急停急起方式对整个翻转机造成较大的启动与停止冲击而导致使用寿命短的问题，计算绘制旋转运动曲线，以更好地控制翻转机构，减小对翻转机构的冲击，同时提高翻转机的使用寿命。