MG400/930-WD采煤机滚筒齿座焊接平台的设计技术

刘晓春

（晋能控股装备制造集团华越机械有限公司，山西 阳泉 045000）

引言

采煤机作为煤矿井下工作面的重要设备，使用频繁。MG400/930交流电牵引采煤机是采用多电动机驱动、横向布置的新型电牵引采煤机，总装机功率为930 kW，供电电压为3 300 V，截割功率为2×400 kW，牵引功率为2×55 kW，采用机载交流变频调速、销轨式牵引，适用于2.0～4.9 m、煤层倾角≤16°、煤质中硬或硬的综采工作面。

滚筒是采煤机的工作机构，担负着截割煤壁、割落煤块、装填煤块的作用，主要由筒体、截齿、齿座和喷嘴等组成。筒体采用焊接结构，三头螺旋叶片组成，如图1-1所示。滚筒牵引速度快，所受冲击大，磨损频繁，故采用镐形截齿以及与之相配套的大齿座、齿套、弹性轴挡[1]。齿座应用了特殊材料和特殊加工工艺，强度高，截齿固定可靠。尽管如此，由于使用频繁，截齿和齿座很容易磨损导致截割效率降低。截齿损坏后容易更换，而齿座焊接在筒体上，更换只能通过上井焊接，费时费力。同时，每个齿座都有各自的角度，维修时工人需围绕工作平台逐一进行角度定位并点焊，极大地增加了作业难度和劳动强度。为此，本文设计了一种专用焊接平台，方便工人焊接作业，提高检修效率。

1 滚筒截齿分布

1.1 端盘截齿分布

端盘零位截齿的齿顶圆周长为6 280 mm；端盘上21个截齿平均分布，每7个一组，每个截齿与水平面夹角分别为（逆时针顺序）0°、18°、34°、37°、7°、25°、36°，如图1-2所示。

1.2 滚筒螺旋叶片截齿分布

3头螺旋叶片，每个叶片的截齿与水平面夹角分别为（逆时针顺序）0°、0°、0°、0°、0°、0°、-10°，如图1-3所示。

图1 滚筒结构示意图（单位：mm）

1.3 齿座角度分析

每个齿座与其对应的截齿同轴，要在筒体上定位齿座，可以借助截齿齿尖位置[2]。首先，端盘截齿的齿尖，均分布于以滚筒中心为轴线、半径R=1 000 mm的圆柱面上，只有垂直方向上与水平呈角度，所以工装设计可以从便于确定齿尖所在圆柱面的方向出发，做一个绕滚筒轴线旋转的铅锤尺。确定齿尖以后，角度尺确定截齿角度，从而完成配套齿座点焊作业。其次，螺旋叶片上分布的截齿、齿尖也在以上所述的圆柱面上，同样在垂直方向需要用角度尺确定截齿角度，从而将配套的齿座点焊于叶片齿座槽内。

2 齿座焊接平台的设计

2.1 外形结构设计

初步设计结构如下页图2所示，底座、中心杆、水平尺、铅锤尺固定不动，回转台带动滚筒旋转[3]。

2000/630-3F滚筒高度B=630 mm，其方健孔内侧端面与上表面距离H2=247 mm，带截齿滚筒最大直径D=2 000 mm。由图2可知，旋转台距地高度H=H1+B-H2，其中H1为滚筒离地高度，取450 mm，于是求得旋转台距离地面高度H=833 mm。

图2 焊接平台结构（单位：mm）

水平尺的高度H尺=H1+B+H3，其中H3取120 mm，计算得H尺=1 200 mm。

滚筒内孔直径为710 mm，方健孔尺寸为410 mm×410 mm。底座筋板呈梯形，对角两筋板长度不大于710 mm即可，故可取底座贴地圆板直径为800 mm。

2.2 关键标准件的选择

以滚筒和旋转台总重力荷载40kN为条件，选择轴承6328M/03，尺寸外径300mm、内径140mm、厚度62mm。

3 有限元分析

底座和旋转台是主要的受力部件，焊接平台在使用过程中，长时间受滚筒重力载荷，为保证其可靠性，对底座和旋转台分别进行有限元分析。

3.1 底座有限元分析

对底座贴地圆板施加约束，考虑到其主要受到来自轴承下面给予的压力，约为滚筒重力40 kN。材料采用Q235A，其屈服强度σs=235 MPa，考虑其安全系数为1.5，许用应力。查机械手册可知，抗拉强度σb=375～500 MPa。图3为其简化模型受力云图，最大应力为17.39 MPa、在筋板顶端，远小于材料许用应力，因此强度满足要求。

3.2 旋转台有限元分析

图3 底座应力（MPa）云图

由于焊接作业时，旋转台转动角度和速度非常小，故可忽略运动，将其视为静止，只需对其进行静力学分析。对旋转台与轴承搭接面施加约束，来自上方滚筒重力载荷，其自重小可忽略，故上表面施加载荷40 kN。其材料也采用Q235A，图4为其简化模型受力云图，最大应力为71.34 MPa、在轴承与其搭接的位置，远小于材料许用应力，因此强度满足要求。

4 结语

本次设计重点分析了截齿的分布情况，掌握了其主要规律，从而设计出一种适合MG400/930-WD滚筒焊接所需的平台，对主要部件受力分析，设计合理。焊接平台结构简单、制造成本低、取得显著应用成效。