采煤机破碎护罩多基点耦合测绘方法研究

□ 刘泽平

1.矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室 太原 0300322.太重煤机有限公司 太原 030032

1 研究背景

在对机械设备厂商要求越来越高的时代,拥有经验丰富的测绘工人、成熟精巧的测绘方法、以及一套好的测绘工具,无疑可以最大限度缩短设备的设计周期,大幅降低废品率及投资成本,提升设备可靠性,从而获得市场机遇[1-4]。

精确的测绘设备对环境的要求很高,特别是能够测绘零部件的大型测绘设备,如大型三坐标测绘仪,往往被安装在恒温玻璃房和高标准修建的地基上,受重力、体积、使用要求等限制,无法进行任何移动,使很多大型零部件必须运输到放置专用测绘设备的场所才能进行测绘,运输时间、费用、手续等运转成本常常远高于新配件的价值[5-8]。

针对以上情况,笔者提出了一种利用便携式可移动小型精密测绘工具,基于多基点耦合方式精密测绘大型部件的方法,可以节省测绘的时间及投入的成本,达到快速准确测绘大部件的要求[9-11]。

2 测绘实例

榆林神东郭家湾煤矿工作面煤块片帮严重,最大煤块尺寸为2 000mm×2 000mm×1 000 mm。所使用的7LS6C采煤机破碎煤块工作强度大,原配破碎护罩早已破损报废。要仿造破碎护罩,只能测绘报废的旧件。破碎护罩的零部件变形、缺失严重,现场无法测绘,只得运回厂内。

破碎护罩除安装板外其余零件变形严重,且形状不规则。所安装的破碎壳体头尾连接孔位置固定,孔位误差一旦积累,将会使测绘制作的破碎护罩无法正常安装,临时修整会使连接孔为豁口,成为废品,常规测绘无法满足设计要求。待测破碎护罩实物情况如图1所示。

▲图1 待测破碎护罩实物情况

破碎护罩为左右互换型,通过同一套零件变换组合后可满足左右破碎共同使用,因此要求测绘精准,连接位置可靠,这样才能正确安装。对此,需对破碎壳体外形进行测绘,进而进行合套作图,但是移动式三坐标测绘仪器回旋范围有限,无法一次性测绘破碎壳体外形数据。

破碎护罩中的弧形挡煤板与破碎壳体连接处为螺栓螺纹固定,弧形挡煤板有十个螺孔,壳体有六个通孔,剩余四个孔在左右件互换时通用。经车间验视,无法进行合套加工,因此要求测绘精准,一旦有误差,螺孔无法扩修,新件将变为报废件。实际工作中由于弧形挡煤板变形,多组利用三坐标测绘仪器测绘得到的孔系中心圆直径数据中,最大误差近6 mm,几乎为无效数据。

3 测绘步骤

对变形的弧形挡煤板进行手工初测,在测绘过程中力求测绘准确,得出原始尺寸,作图备用。

对破碎壳体进行外形位置测量。由于移动式三坐标测绘仪器回旋范围不够,采取双基准法,破碎壳体头部电机孔座和尾部铰接孔各定一次基准,分别对壳体中部的截割电机扭矩轴拉拔孔进行精确测绘,并以其为耦合点,结合顶部平面位置,将两个基准准确定位,进而得到破碎壳体外形的走向,为初测图修正时提供基准。

测绘得到的破碎壳体外形图如图2所示。

▲图2 破碎壳体外形测绘图

弧形挡煤板与破碎壳体连接螺纹孔位置测绘不准确,最大为868.17 mm,最小为862.68 mm,相差6 mm。通过对弧形挡煤板其余边角距离尺寸的多次测算,并进行修正,最终确定实际尺寸为862 mm，而非常规认为的经圆整的中间尺寸865 mm。

4 测绘方法总结

采煤机破碎护罩多基点耦合测绘方法总结如下:

(1) 在被测零件适当位置选取两个基点,两个基点距离必须小于测绘仪器的2倍测量半径,约为测量半径的1.5倍,且两个基点之间必须至少有一个多尺寸的特征,尺寸有一定的精确度,作为一个耦合点;

(2) 以各自基点进行被测零件的尺寸测绘,在耦合点处测绘尺寸尽量多,用作作图时的耦合比对;

(3) 基于各个基点的完整所测尺寸,应用CAXA电子图板软件进行作图;

(4) 将两个基点所作的图在耦合点处重合、约束,汇成一个大件尺寸;

(5) 用CAXA软件测量大尺寸,并圆整[5-6];

(6) 在实体零部件上进行尺寸核对、调整;

(7) 应用同样的方法将各基点尺寸融合到一张图上,再进行核对、调整;

(8) 绘制出完整的被测零件图。

5 效果

测绘得到的破碎壳体三维图如图3所示。

▲图3 破碎壳体三维图

最终完成破碎护罩成套图纸,按图纸生产后正确安装,如图4所示。

▲图4 破碎护罩安装实物

这一测绘方法可实现移动式测量工具现场作业,节省大型测绘设备转场运输的费用,节约时间。

本次测绘中,弧形挡煤板与破碎壳体连接孔位置准确无误,各零部件安装配合几近完美,无一块板件孔位置有偏差,整体安装效果平顺,说明测绘结果非常精确,达到预期目标。

本次测绘中,破碎护罩中缺失部分按破碎工作姿态和破碎壳体外形位置修补得当,客户反馈整体外形无限接近原厂产品。

按测绘图纸生产的破碎护罩经现场使用约三个月,无损坏,客户无任何不良反映。

6 结束语

使用小型精密测量工具在现场测绘,积累了在手工测绘不准的情况下通过测绘和作图配合方式进行数据修整的经验。笔者提出的采煤机破碎护罩多基点耦合测绘方法在非标准化设计、单件大件小批量设备生产模式中,具有灵活机动、周期短、成本低等优势,具有推广价值。