地下铲运机成套化工装的设计和应用.pdf

2023.05 建设机械技术与管理 1051 前 言地下铲运机主要适用于无爆炸性环境矿山巷道及其它小型隧道物料的铲装、运输和卸载作业，特别适应于运输距离短、排放要求高、作业现场狭窄、低矮以及泥泞的工作环境。某型号地下铲运机整机控制方式采用液压先导控制，铰接式车架，工作机构采用正转六连杆工作装置，正压驾驶室，气悬浮座椅，整车控制智能、转向精准，驾乘舒适。1.1 总体结构系列地下铲运机整机结构相似，均主要由动力系统、传动系统、液压系统、电气系统、车架总成、工作装置、驾驶室总成、覆盖件总成、集中润滑系统、标识、随机工具及装配附件组成。接销轴、轴承等零件连接组成，后车架内部需安装发动机、变速箱、传动轴等核心零部件及液压系统阀块、泵、软管等；前车架内需安装举升、翻斗油缸、动臂等工作装置。铰接处通过连杆控制车架的左右转向。最大整机重量高达 60 吨，因此，通过以上分析，装配过程中对车架整体的放置稳定性及支撑工装的强度要求较高。地下铲运机成套化工装的设计和应用Design and Application of Complete Chemical Equipment for Underground Scraper李清宇（徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏 徐州 221000）摘要：针对某地下铲运机产品装配过程中存在的装配质量、安全性以及工作效率等问题，设计制作成套工装是非常有必要的。本文针对配备成套化工装进行产品试制，结果表明，工装的投入使用，大大提升了产品质量和工作效率，为公司节约了装配成本，降低了工作强度。关键词：地下铲运机；工装；成套化；通用性；安全性中图分类号：TH162 文献标识码：A 图 1地下铲运机总体布局1.2 总体尺寸以 XUL307 地下铲运机为例，整机运输外形尺寸为8926mm2320mm2286mm（长 宽 高），整机重量为 18.2t。2 整机主要部件介绍2.1 车架总成车架总成主要由前车架总成、后车架总成通过上/下铰图 2 车架总成2.2 工作装置工作装置主要由铲斗、动臂、摇臂、拉杆、翻斗油缸、举升油缸等零部件装配组成。机构总重达 13 吨，各部件之间通过轴套、销轴进行联接，公差配合小，间隙要求严格。尤其在翻斗油缸装配过程中，需要适当调整动臂的上下高度，才能更精准的装配密封圈、销轴等零部件，此时需要支撑工装将动臂抬升到一定的高度。因此，制作安全、稳定、可调图 3 工作装置106建设机械技术与管理 2023.05 节的支撑工装尤为重要。2.3 油箱总成地下铲运机液压油箱、燃油箱外形通常是不规则的异形结构，放置不稳定，且油箱上部、下部及内、外侧均有很多零部件需要安装，如何保证油箱放置稳固，且在装配过程中不需要来回翻转油箱是关键问题。因此，需要制作专用的油箱放置及装配工装，以提高油箱放置稳定性及装配可操作性。2.4 发动机-变矩器总成地下铲运机的动力、传动系统关键结构件均由发动机、变矩器组成，在整机装配之前需要将发动机与变矩器进行对接组装，然而系列地下铲运机的发动机支座高度均不同，因此需要考虑制作通用性强、稳定性高且高度适宜的工装，才能满足发-变组装过程的顺利进行。脚轻”的现象，且最大的驾驶室重量达 1.6 吨。因此需要制作安全稳固的工装用于驾驶室放置及驾驶室内部零部件的安装。因地下铲运机的特殊使用工况，对驾驶员的保护性措施要非常完善，因此驾驶室的 ROPS&FOPS 性能极为重要。ROPS&FOPS 时需对驾驶室进行侧向、垂向和纵向加载，该试验对驾驶室的冲击性较大，属于破坏性实验，以往的试验装置是使用铲运机自身的后车架，车架结构复杂生产周期长，试验过程会导致车架本身发生变形，造成资源浪费，因此需要一种可靠的驾驶室固定装置代替车架整体。3 成套工装设计思路为解决上述问题，提高装配效率，降低工人劳动强度，保障作业过程的安全性为出发点，设计制作了成套化、通用性强、安全性高的系列地下铲运机装配及试验工装。3.1 整机装配支撑工装通过对整机重量、载荷、外形结构及尺寸进行分析，设计不同尺寸的工装马腿分别放置在整机重点集中点。要求：支撑面必须是平面，且不影响整机零部件的装配；轮胎安装后离地高度适宜，不能过高也不能太低，过高整机不稳定，过低会影响车架内部零部件装配，因此马腿高度要结合整机尺寸进行测算、设计。图 4 发动机-变矩器2.5 驱动桥-摆动架总成地下铲运机的后驱动桥在装配之前需要和摆动架进行组装，然后再安装到整机后车架下方，系列铲运机所用车桥的规格尺寸不同，同时考虑到驱动桥的特殊结构形式，制作了通用性强、稳定性高的工装用于驱动桥的放置及驱动桥-摆动架组装。图 5 驱动桥-摆动架2.6 驾驶室总成系列地下铲运机的驾驶室结构相似，均由驾驶室主结构、驾驶室门、底座构成，然而驾驶室结构形式存在“头重图 6 装配支撑工装3.2 大臂支撑工装为消除安全隐患，提高翻斗油缸在装配过程中的便捷性、稳定性、安全性，制作高度可调节的重载支撑工装，能同时满足系列地下铲运机的装配需要，支撑高度范围1400mm 1860mm。图 7 大臂支撑工装2023.05 建设机械技术与管理 1073.3 油箱装配工装通过对油箱异形结构分析，制作安全、稳定、轻量化的油箱放置及装配工装满足系列铲运机油箱的需求。图 8 油箱装配工装3.4 发动机-变矩器装配工装为满足系列铲运机不同型号发动机四组支座前后距离、高度距离不同的情况，制作了高度可调，且带有锁紧机构的支腿工装，安全性高，通用性强，使用方便。图 9 发动机-变矩器工装3.5 驱动桥-摆动架装配工装考虑到驱动桥两端为圆柱形，平面放置易滚动的情况，同时兼顾驱动桥-摆动架装配的可操作、便捷性，制作如下所示专用工装，提高了驱动桥放置的稳定性，同时左右两组工装间距可调节，能够满足系列铲运机的需要。图 10 驱动桥-摆动架工装3.6 驾驶室装配、试验工装设计制作如下所示驾驶室放置工装，工装的上面板上钻有安装孔配合螺栓、螺母用于驾驶室的固定，工装底座的外形尺寸大于驾驶室长、宽，使得放置更加安全、牢固。图 11 驾驶室工装为满足驾驶室 ROPS&FOPS 试验的需求，准确验证驾驶室的安全、可靠性，保障驾驶员安全作业。设计制作了如下图所示防翻滚、防落物冲击试验台，不仅满足试验需求，而且结构简单，可靠性强，有效解决了原试验方式造成的资源浪费问题。图 12 驾驶室试验工装4 成套化工装的使用效果和产生的经济效益成套化工装的投入使用，不仅满足不同工序装配需求，简化装配方法，而且大大提升装配效率，保障作业安全。所有工装设计方案确定后，本公司自制完成工装制作，又进一步降低了采购成本。人工成本：成套化工装使用前，每台大吨位铲运机平均装配工时 14 天，成套化工装投入使用后每台车平均装配工时减少至 10 天，按目前本公司大吨位铲运机年产量80 台，人工成本 40 元/小时计算，年降本 80（14-10）8404=40.8 万元；小吨位铲运机平均装配工时由原来的 10 天减少到现在的 7 天，按目前本公司小吨位铲运机年产量 60 台，人工成本 40 元/小时计算，年降本 60（14-10）8404=30.7 万元。采购成本：工装重量合计 2.3t，采购工装单价 12 元/（下转第 110 页）110建设机械技术与管理 2023.05 工件组对精度较差等问题进行了解决，焊缝成型效果和焊接稳定性较好，降低了劳动强度，提高了生产效率。3.2 前机架的焊接针对平地机前机架的工艺特点，总组对后焊缝主要为两端周圈焊缝，因此设计头尾式焊接变位机进行前机架的焊接和修磨。变位机承重 3T，头尾架式可翻转结构，主要包图 5 焊接烟尘收集装置括主回转架、头尾架回转支撑、头尾架夹具、尾座滑台（可在夹具平台上设计滑移）、头尾架同步升降、安全刹车、防掉等装置组成，工件装卸方便、快捷，采用机械夹紧方式。头架和尾架均带有升降装置，保证头尾架同步升降且可在任意位置停止，并能实现无级变速，任意高度实现翻转功能，整机设计有撞机保护，避免工件翻转时与地面干涉，升降机构设计锁止及电器双重安全保护功能；头架采用伺服电机+减速机+回转支撑翻转方式，尾架回转支撑翻转做为从动端，应能实现无级变速且两端旋转中心高度一致，避免造成工件扭曲，可在翻转过程中任意位置停止，需要对翻转机构配备机械锁止及电器防护双重安全防护功能，且可以实现 360 旋转；工件翻转采用固定控制面板+遥控器，均设置变位机的翻转、升降、制动、紧急开关等按钮，可实现任意位置、任意角度翻转，夹具部分定位准确，夹紧可靠，避开焊接部位，有足够的空间方便焊接和修磨。4 结 论通过不断优化大马力平地机机架制造工艺，实现了大马力平地机机架组焊质量的稳定性，满足产品的设计要求和使用性能的需求，更好地保证了整机的性能，并且通过推进机器人自动化焊接，提高了生产效率，降低了劳动强度，改善了工人的劳动环境，焊接变形规律一致性较好，为产品生产工艺的不断改善奠定了基础，从而不断推进产品质量不断地满足国际化的各种需求，让中国制造不断地走向世界。收稿日期：2023-06-05作者简介：李贺德，硕士，高级工程师，主要从事焊接工艺、非标工装、焊接装备及其自动化方面的研究。图 6 前机架焊接变位机设计方案kg，采购成品工装价格 2.3121000=2.8 万元；自制工装单价 7 元/kg,自制工装价格 2.371000=1.6 万元，目前生产节拍，一次排产 5 台地下铲运机，需同时制作 5 套工装，共节约制作成本（2.8 1.6）5=6 万元。5 总 结成套化工装的使用降低了整机装配过程中工人劳动强度和工作难度，提高了生产效率，降低了人工成本和采购成本，且工装通用化程度较高，能用于目前所有机型的地下铲运机。成套化工装的设计理念和设计方案为公司其他产品工装设计提供了有效参考。参考文献1 成大先.机械设计手册（第六版）M.北京：化学工业出版社发行，2016.2 陈宏钧.实用机械加工工艺手册（第 4 版）M.北京：机械工业出版社发行，2016.3 J/BT 5500-2015 地下铲运机 S.4 J/BT5945-2018 工程机械装配通用技术条件 S.5 Q/XGJC 22033-2015 工艺装备设计程序 S.收稿日期：2023-06-15作者简介：李清宇，学士，工程师，主要从事工程机械工艺技术研究。上接第 107 页