采煤机螺旋滚筒自动焊接系统设计_齐帅
连续采煤机滚筒设计专家系统研究
1.2连续采煤机滚筒设计专家系统的开发意义
1）连续采煤机滚筒设计专家系统可以延伸滚筒设计专家的能力。因为本统 从分利用计算机的高速度、大容量的优势，从而高效率、准确无误、迅速且不知 不疲倦的工作；本专家系统设计滚筒时可以不受环境影响，不受时间、空间限 制，从而可以高质量、高效率的完成滚筒设计，同时带来巨大的经济效益和社会 效益。 2）连续采煤机滚筒设计专家系统能汇集滚筒设计领域多个专家的知识和经 验。每个滚筒设计专家在设计滚筒时可能有不同的意见。建立专家系统有助于分 析和评价专家知识的优劣，从而克服个别专家的局限性，互相合作解决问题，提 高滚筒设计领域的发展水平。 3）连续采煤机滚筒设计专家系统作为一种实用的工具，提供了对滚筒设计 专家宝贵知识的保存、传播、使用、和评价的一种有效手段。滚筒设计专家本来 很少，随着专家年龄增高和死亡，他们的知识能否得到继承，直接关系到滚筒设 计领域工作效率或领域发展水平。因而，保存和传播专家的知识，无疑是一项有 重要意义的工作。
3.1.2对OOESCMDD提出的功能要求
借鉴一般设计型专家系统实现的功能基础上，对OOESCMDD提出如下要实现的 功能：
1）设计原型选择功能：根据用户输入的设计要求，从连续采煤机滚筒参数 库选择出与用户输入要求最相符合的滚筒对象，作为滚筒设计原型。 2）滚筒设计功能：在用户输入或者设计原型选择后，对滚筒具体参数进行 设计，直到滚筒设计完成。 3）结果查询与分析功能：在滚筒设计或者结果修改后，实现对设计结果具 体参数查询和相关图形显示；实现与滚筒性能有关的各种指标查询和图形的显示。 4）结果修改功能：如果用户对设计完成的滚筒某些具体参数或者某些评价 指标不满，可以应用该功能设置具体参数或优化指标，使系统重新对滚筒进行设 计。 5）滚筒设计相关知识查询功能：用户可以利用该功能对与滚筒设计有关的 知识进行查询和系统的相关知识进行查询，帮助用户掌握相关知识。 6）知识库的管理功能：用户使用该功能可以方便的查询知识库中的知识和 了解知识库的结构；知识工程师或专家应用该功能可以高效的进行知识库的扩充 和维护，以能更有效地提高系统的问题求解能力及准确性。 7）人机接口功能：系统提供一种人机接口，既便于用户使用，同时又能分 析、理解用户的各种请求。
采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计
采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计张守柱;陶嵘【摘要】针对滚筒的叶片设计、齿座与截齿的结构形式、截齿的排列等问题进行了技术探讨,根据多年实践分析得出结论:滚筒体上主叶片与装载叶片均应向装载面方向倾斜;推荐与滚筒径向成45°的截齿安装方式及圆柱形齿柄结构;为最大限度地降低能耗和粉尘,提高块煤率,应从改变截割机理着手,根据不同的煤质合理地选择破煤方式不同的截齿;最佳的截齿排列方式为截齿在滚筒圆周上均匀分布.分析结果可为采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计提供参考.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】3页(P5-7)【关键词】主叶片;装载叶片;新型齿座;截齿排列【作者】张守柱;陶嵘【作者单位】天地科技股份有限公司上海分公司,上海200030;天地科技股份有限公司上海分公司,上海200030【正文语种】中文【中图分类】TD421.6+10 引言煤矿采煤机的锥型截齿滚筒的主要特点是锥型齿有其固有的技术特性与优点，但挤压张力的破碎机理又为其带来固有的缺点：密实核连续地形成与爆破，使粉尘大的问题无法解决；同时每把截齿都会形成一个连续的破碎带,故无法大幅度提高块煤率。
煤岩的抗压强度远大于抗剪切及抗拉强度。
如何以最少的能耗获取更多的能源,这是值得思考的问题。
螺旋式滚筒是采煤机区别于其他矿用机械设备的一种特殊的专用工作机构，由滚筒体、齿座及截齿组成。
滚筒体由筒毂、联接盘、螺旋式叶片及截齿组件组焊而成。
本文针对采煤机滚筒的叶片、齿座、截齿排列等问题进行设计探讨。
1 螺旋式叶片设计为提高装载能力，螺旋叶片可分固定齿座的主叶片和装载叶片。
1) 主叶片设计。
经多年现场经验证明，主叶片应向其装载面方向前倾5°～8°组焊较好,一是有助于抵御截齿截割阻力所产生的力矩，二是可抑制因滚筒旋转产生的离心力而将剥落的煤岩抛向滚筒后方的机道。
2) 装载叶片设计。
装载叶片应与倾斜的主叶片再前倾8°～10°,其外径应大于主叶片，二者的外缘应呈封闭的坡形结构，以避免滚筒外缘形成破碎带。
采煤机螺旋滚筒结构优化设计
摘要螺旋滚筒式采煤机是迄今为止综采面最重要的工作机器,滚筒作为滚筒式采煤机的关键机构和工作设备,其工作性能和生产效率决定采煤机功能。
因此，建立了螺旋滚筒模型和刀齿模型，而且对螺旋滚筒载荷的分析，还有对螺旋滚筒参数优化设计具有十分重要的意义。
本论文采用理论分析、研究的方法，对滚筒式采煤机截割性能和截割动、力学性质进行了分析研究。
本论文以采煤机截煤理论为依据，建立煤岩特性数学模型、螺旋滚筒模型、镐型截齿模型以及截割载荷模型，研究了煤的性质、镐型截齿参数、螺旋滚筒结构参数和运动参数对螺旋滚筒扭矩、比能耗、块煤率的影响，进一步得到了相关参数间的表达式和规律；以理论数据为依据，以MATLAB为工具，对截割载荷进行了分析，得到了截齿载荷变化的波形和随煤岩性质不同的变化趋势；同时，描述了切割破碎煤负载变化滚筒的过程中，破碎煤模型和动态力学模型滚筒建立切割煤岩的基础上得到采煤机的约束。
本论文对单齿载荷模型和单齿破煤负荷分布的分析，在此基础上的理论，采用随机理论，建立了单齿随机载荷的典范。
在直角坐标系下,对滚筒采煤机滚筒受力进行理论分析,进而建立了随机三向力系和随机三向力矩系的模型,以MATLAB软件做为研究平台,编写了每个随机载荷的理论模拟程序。
在螺旋滚筒基本尺寸给定和特定煤层形式情况下,以滚筒的截齿和螺旋叶片布置形式为设计变量,以降低载的荷波动为目的,并利用MATLAB进行优化计算。
关键词：滚筒式采煤机；截割理论；采煤机滚筒；滚筒截割性能；载荷;AbstractAt present,shearer is the uppermost work equipment in fully-mechanized coal working face ,the screw drum is shearer`s pivotal part and working framework,Its capability stand or fall decide shearer`s work performance and production efficiency.so it is significant to establish pick screw drum`s load model,simulate screw drum`s load, and optimize design for parameters of the screw drum.With regard to this, the theoretical analysis, simulation and experiment are combined to investigate the cutting performance shearer drum and dynamic characteristic of the cutting system in this thsis . According to the shearer cutting theory, Mathematical Model for the coal characteristic , the drum, the pick and the cutting load are built. The influence of the coal characteristic, pick structure parameters and drum structure parameters on the drum cutting torque, cutting specific consumption and lump coal percentage are investigated, and the relationship expression and variation laws are acquired.According to the experiment date and talking the wavelet theory as guidance . Regard MATLAB software as the platform , the detail wave of the load change and the change trend of load along with the coal characteristic change are obtained. And the influence laws of the coal-rock interface form on the cutting system frequency are acquired , too.the load variation is described . Based on the built constitutive model of catastrophe and dynamic model , the cusp catastrophic model of the drum cutting coal is established,and the rigidity and energy conditions are acquired for the shearer cutting availably. On the foundation of the theory which is about the single pick`s average load, analyzed loads`s probability distribution and relevance when a single pick cuts various coal rock, on this basis, utilizing the stochastic process theory, set up the mathematical model about the single pick`s stochastic loads. Under the coordinate of Descartes, analyzed the loads of continuous mine`s cutting drum, and set up the mathematical model about drum`s stochastic strength and moment which include three direction. Regard MATLAB software as the platform, write each stochastic loads`s simulationprogramme. Analyzed the spectrum of simulated load in frequency field, time field and amplitude field ,studied load`s desity of probability distribution, since(or mutual) relevance, since(or mutual) desity of the power spectrum. And analyzed each parameter`s influence to base wave frequency and other main frequency of loads. Set up the fuzzy optimize models which regard reducing the loads fluctuation as the goal function, and regard assigned form of pick and blade , rotational speed of cutting drum, swing speed of rocker arm as designed variable, and optimized the parameters using corresponding optimize function in MTALBA`s optimization toolbox.Keywords: shearer; cutting theory; shearer drum; drum cutting performance目录1绪论 (1)1.1滚筒式采煤机概述 (1)1.2国内外采煤机研究现状 (2)1.3本课题的研究目的和意义 (3)1.4本课题的研究内容和方法 (4)2滚筒式采煤机截煤理论 (5)2.1 煤的特性 (5)2.1.1 煤的结构特性 (5)2.1.2 煤的物理机械性质 (6)2.2 截齿破煤理论分析 (10)2.2.1 截齿破煤过程 (10)2.2.2 截齿截煤截割力模型的建立 (11)2.3 滚筒截煤理论分析 (13)2.3.1 滚筒受力分析 (14)2.3.2滚筒运动学分析 (16)3采煤机螺旋滚筒结构设计与参数分析 (18)3.1采煤机螺旋滚筒参数的计算 (18)3.2 截齿结构设计及参数确定 (23)3.2.1 齿尖夹角及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (24)3.2.2齿身锥角及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (25)3.3螺旋滚筒结构设计及参数确定 (26)3.3.1截深的选定及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (27)3.3.2截齿排列的设计及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (27)3.3.3截线距的确定及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (29)3.3.4螺旋升角的确定及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (31)3.4端盘结构设计及其参数确定 (31)3.5螺旋滚筒运动参数确定 (32)3.5.1运动参数对螺旋滚筒截割性能影响的理论分析 (33)3.5.2运动参数对螺旋滚筒截割性能影响的结论 (34)4 MATLAB优化方法和优化程序设计 (35)4.1MATLAB中的M文件 (36)4.1.1 M文件的组成 (36)4.1.2 M文件编辑器 (36)4.1.3 M文件的编写 (37)4.2 优化程序设计 (39)参考文献 (41)致谢 (42)1绪论1.1滚筒式采煤机概述机械化采矿工程年中的重要设备是螺旋滚筒式采煤机，螺旋滚筒式采煤机是典型的机电和液压系统，直接决定着采煤的效率，有大质量(20~200T) 、大功率(300~2400kW)和高产量(100~1000万吨/年)等的特点，在机械化采矿设备中，使用量占到 90%以上。
基于NSGA-Ⅲ算法的采煤机滚筒优化设计及系统开发
基于NSGA-Ⅲ算法的采煤机滚筒优化设计及系统开发毛君;王鑫;陈洪月;张坤;白杨溪【摘要】为了提高采煤机滚筒的工作性能和设计效率,综合考虑采煤机滚筒尺寸约束关系及性能指标,提出了以装煤效率、截割比能耗和载荷波动为优化目标,叶片厚度、叶片螺旋升角、叶片头数、同一截线上的齿数和截齿安装角为优化变量的采煤机滚筒优化模型.采用NSGA-Ⅲ算法对提出的有约束多目标采煤机滚筒优化模型进行寻优,利用MATLAB开发了采煤机滚筒优化设计系统,以某公司截割实验的煤岩参数、工况条件为输入,通过采煤机滚筒优化设计系统得到滚筒最佳设计方案,该滚筒相对于MG500/1130WD采煤机滚筒,装煤能力提高了12.7％、截割比能耗降低了8.0％、载荷波动系数减小了20％.结合CAD技术以及初始图形交换规范(IGES)形成了完整的采煤机滚筒三维虚拟模型.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2018(029)019【总页数】8页(P2335-2342)【关键词】螺旋滚筒;多目标优化;NSGA-Ⅲ算法;初始图形交换规范【作者】毛君;王鑫;陈洪月;张坤;白杨溪【作者单位】辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新,123000;辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新,123000;辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新,123000;中国煤炭工业协会高端综采成套装备动力学测试与大数据分析中心,阜新,123000;辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新,123000;辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新,123000【正文语种】中文【中图分类】TD4210 引言采煤机是综采工作面关键设备，螺旋滚筒又是采煤机截割煤岩的主要执行机构，因此滚筒的合理化设计显得尤为重要，它直接关系到采煤机的开采效率、截割性能和可靠性。
由于滚筒结构的设计参数多，计算复杂，采用传统的方法难以寻找最优的设计方案，因此通过优化理论与CAD技术相结合的方法对采煤机滚筒进行辅助设计，既能缩短设计周期、降低开发成本，又能显著提高滚筒的工作性能。
采煤机螺旋滚筒自动焊接系统设计
机床与液压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ Ｔ ００Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
０ｃ ｔ ． ２ ０ｌ ３ Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． ２ ０
第４ ｌ 卷 第２ ０期
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １—３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． ２ ０ ． ０ ３ ８
近几年 ，国民经 济的快 速发展导致煤 炭的需 求量
对于 自动焊接机 ，要求焊接轮毂焊缝 时焊接机距 离变位机最小距离为 ３ ０ ｍ ｎ；要求有速度显示 ，便于 操作人员及时掌握和控制焊接信息参数 ；要求焊接机
越来越大 ，从而对煤机装备行业 的发展提 出了更高 的 要求 。我 国煤机装备行业在基础加工 、制造领域 的技 术相对落后 ，严重制 约了该行业 的发展 ，其 中采煤机 螺旋滚 筒的生产水平 还未实现机械 自动化 ，特别是螺 旋滚筒的焊接工艺还完全处于手工作业阶段 。手工 作业存 在危险性高 、生产效率低等缺点 。为解决这一 问题 ，针对某公司采煤机螺旋滚筒焊接技术 ，设计 了 种采煤机螺旋滚筒 自动焊接 系统 。该 自动焊接 系统 可以快 速 、准确地实现螺旋 滚筒 的定位 和 自动焊 接。 对改善采煤机螺旋滚筒 的焊接技术 、提高其生产效率 起着重要 的作用 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗ ｏ ｒ ｋ ｏ ｆ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ｒ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｒ ｕ ｍ ，ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍａ — ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ｂ ｙ ｔ ｏ ｕ ｃ ｈ ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ Ｌ Ｃ ｔ ｏ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ．Ｄｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｐ ｌ ａ ｙ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｉ ｎ ｆ ａ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ｌ ａ ｄ ｕ ｍ ｒ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ｒ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｕ ｍ ；Ｐ ｒ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ；Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｃ ｈｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
采煤机螺旋滚筒辅助设计软件开发及综合性能分析
采煤机螺旋滚筒辅助设计软件开发及综合性能分析
张美晨;赵丽娟;张凯;王斌;杨子越
【期刊名称】《煤矿机械》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】为解决采煤机螺旋滚筒截割性能与装煤性能欠佳等实际问题,基于MATLAB GUI与Excel软件开发采煤机螺旋滚筒辅助设计及性能分析系统。
该系统利用MATLAB GUI平台实现滚筒辅助设计及性能分析,输入的参数以及计算后的数据可实现GUI与Excel双向保存,为设计数据的二次利用与开发提供了便利的条件。
以大采高采煤机为例,分析采煤机的综合性能,通过最优设计参数生成大采高采煤机螺旋滚筒最佳模型,螺旋滚筒在整个试验过程中安全可靠,为采煤机的高效设计提供了有效途径。
【总页数】5页(P174-178)
【作者】张美晨;赵丽娟;张凯;王斌;杨子越
【作者单位】常熟理工学院机械工程学院;辽宁工程技术大学机械工程学院;辽宁省大型工矿装备重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TD421.6
【相关文献】
1.采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件的开发与应用
2.双滚筒采煤机结构对螺旋滚筒装煤效果的影响研究
3.含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒工作性能分析与预测
4.采煤机滚筒辅助设计软件的开发与应用
5.采煤机滚筒计算机辅助设计系统
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用正交实验法优化采煤机螺旋滚筒
3.2：截割比能耗优化：比能耗的大小，标志着生产率的高低。
因此在此次优化设计时比能耗是最重要的考察指标。
采煤机截割部消耗整机功率的80%-90%，比能耗主要是指截割部的，而且还应包括装载比能耗，但是由于装载的比能耗很小，而且当v变化时能耗值变化不大，因此忽略了装载时的能耗。
滚筒截割所消耗的比耗能wH为：H w=P60BHV(kw∙h∕m3)式中：P-功率(KW) ;B-截割深度；(m)H-采高(m) V-采煤机牵引速度(m∕min)（1）滚筒的直径(D)a）螺旋滚筒直径（D c）D c =αH ma x式中：α——螺旋滚筒装煤效率；对小直径滚筒，α=0.59～0.63；对大直径滚筒，α=0.56～0.59。
H max——采高，计算时取最大采高，取3.3m。
则：D c =0.56×3.3=1.84m由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即D c＞1/2×H max。
目前采煤机滚筒直径已经系列化，分别为0.6m、0.65m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.25m、1.4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.3m、2.6m。
计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。
根据上述计算参数，并结合采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为1.80m。
（2）滚筒的截深(B)截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套。
为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m 。
截深过小，采煤机生产率受到影响，但加大截深，会使支架的步距加大，顶梁长度和千斤顶行程也要加大；同时也使采煤机电机功率及运输机的输送能力加大。
为了顶板管理和劳动组织的方便，截深应略小于液压支架推移千斤顶的行程，这样便于调整支架。
因此，要综合权衡利弊，选用合理截深。
目前采煤机的截深有：0.5，0.6，0.7，0.75，0.8，0.9及1.0m 等几种。
采煤机螺旋滚筒的研究与设计
采煤机螺旋滚筒的研究与设计
王连生;王海超
【期刊名称】《中国煤炭》
【年(卷),期】2022(48)S01
【摘要】针对国外进口采煤机螺旋滚筒存在的供货周期长、滚筒使用寿命短、维
修成本较高等问题,提出了利用现有设备、工艺工序和样件开展螺旋滚筒的研制,分
析了采煤机螺旋滚筒的研制现状和自制螺旋滚筒的必要性,详细阐述了包括螺旋滚
筒设计要求、运动参数、滚筒直径、滚筒宽度、螺旋升角等构造设计,并从滚筒结构、耐磨性、井下使用寿命、齿座角度分布、原材料等方面分析和优化了螺旋滚筒。
为螺旋滚筒设计和加工制造积累相关技术和经验,从而实现采煤机螺旋滚筒自制能力,既能及时补充新滚筒需求计划,又能节约新滚筒采购费用。
【总页数】4页(P375-378)
【作者】王连生;王海超
【作者单位】国能神东煤炭集团有限责任公司哈拉沟煤矿
【正文语种】中文
【中图分类】TD403
【相关文献】
1.薄煤层采煤机强力螺旋滚筒设计研究
2.双滚筒采煤机结构对螺旋滚筒装煤效果的影响研究
3.矿井采煤机螺旋滚筒截齿关键参数优化设计研究
4.采煤机4.3m超大
直径螺旋滚筒设计与研究5.MG400/951-WD型采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计
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2013年10月第41卷第20期机床与液压MACHINE TOOL ＆HYDＲAULICS Oct.2013Vol.41No.20DOI ：10．3969/j.issn.1001－3881.2013.20.038收稿日期：2012－09－09作者简介：齐帅（1989—），男，硕士研究生，主要从事防爆柴油机及采煤机的研究。
E －mail ：qishuai_2007@ 。
采煤机螺旋滚筒自动焊接系统设计齐帅1，吕士峰2，张燕2，程岩1，卓少凡1(1.中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116;2.枣庄科技职业学院机械工程系，山东枣庄277000)摘要：为改善焊接技术及提高生产效率，针对采煤机螺旋滚筒实际焊接需求，采用触摸屏和可编程控制器（PLC ）将定位装置和自动焊接机相结合，设计了一种自动焊接系统，给出了机械和控制系统的详细设计方案。
该焊接系统能实现螺旋滚筒的快速、准确定位和自动焊接。
关键词：采煤机螺旋滚筒；定位装置；自动焊接机；PLC 控制系统中图分类号：TH13；TG43文献标识码：B 文章编号：1001－3881（2013）20－115－3Design of Automatic Welding System for Shearer Helical DrumQI Shuai 1，LV Shifeng 2，ZHANG Yan 1，CHENG Yan 1，ZHUO Shaofan 1（1.College of Mechanical and Electrical Engineering ，China University ofMining and Technology ，Xuzhou Jiangsu 221116，China ；2.Zaozhuang Vocational College of Science and Technology ，Zaozhuang Shandong 277000，China ）Abstract ：Based on the practical demand for welding work of shearer helical drum ，positioning device and automatic welding ma-chine were connected coordinately by touch screen and PLC to design an automatic welding system for the purpose of improving the welding technology and enhancing production efficiency．Detailed design schemes of mechanical and control systems were presented．The welding system plays an important role in fast and accurate positioning of helical drum and automatic welding．Keywords ：Shearer helical drum ；Positioning device ；Automatic welding machine ；PLC近几年，国民经济的快速发展导致煤炭的需求量越来越大，从而对煤机装备行业的发展提出了更高的要求。
我国煤机装备行业在基础加工、制造领域的技术相对落后，严重制约了该行业的发展，其中采煤机螺旋滚筒的生产水平还未实现机械自动化，特别是螺旋滚筒的焊接工艺还完全处于手工作业阶段［1］。
手工作业存在危险性高、生产效率低等缺点。
为解决这一问题，针对某公司采煤机螺旋滚筒焊接技术，设计了一种采煤机螺旋滚筒自动焊接系统。
该自动焊接系统可以快速、准确地实现螺旋滚筒的定位和自动焊接。
对改善采煤机螺旋滚筒的焊接技术、提高其生产效率起着重要的作用。
1设计要求采煤机螺旋滚筒自动焊接系统由定位装置和自动焊接机两个部分组成。
其中，对于定位装置，要求螺旋滚筒与变位机底盘的偏心距不超过5mm ，必须保证螺旋滚筒与变位机底盘较高的同心度，实现准确定位；要求螺旋滚筒的定位时间不超过2min ，实现快速定位；要求能用于筒圈直径为800 1900mm 、筒圈臂厚40或30mm 的螺旋滚筒的定位。
对于自动焊接机，要求焊接轮毂焊缝时焊接机距离变位机最小距离为30mm ；要求有速度显示，便于操作人员及时掌握和控制焊接信息参数；要求焊接机在焊接过程中振动小，焊枪基本上不抖动；要求可以自由移动，便于搬运；焊接效率高，焊缝质量要好［2］。
2总体方案设计采煤机螺旋滚筒自动焊接系统整体结构设计如图1所示，系统由自动焊接机1（由上臂2、焊枪3及机架8等组成）、螺旋滚筒4、变位机6、定位装置（由螺旋传动部件5及螺杆基座7等组成）、触摸屏及电控系统等构成。
图1采煤机螺旋滚筒自动焊接系统自动焊接机和定位装置是独立的，其中，定位装置主要由螺旋传动部件、螺杆基座及变位机等组成，对滚筒进行快速精确定位；自动焊接机主要包括机架、上下臂、斜臂、焊枪、步进电机及PLC 控制系统等，滚筒定位后，自动焊接机对螺旋滚筒整个圆周焊缝进行自动焊接［3］。
3定位装置设计以机床卡盘的定位原理为出发点，使定位滑块在变位机底盘上均匀排列，通过一种同步机构实现滑块的同步运动，滑块做同步向心（离心）运动，从而自动定心并夹紧固定螺旋滚筒，使螺旋滚筒和变位机的底盘同心，最终实现快速、准确定位［4－5］。
如图2所示，该设计中定位装置为纯机械式机构，安装在变位机底盘上完成螺旋滚筒的定位，通过分析底盘的结构，选取4个螺杆相隔90ʎ均匀分布，螺杆与焊块相隔45ʎ，大锥齿轮安装在变位机底盘中心，螺杆驱动滑块运动，螺旋滚筒坐落在滑块上并在滑块的推挤作用下定位［6］。
图2定位装置根据设计要求，定位时间比较短，选用人力作为定位装置的动力源，避免了电动机作为动力源时频繁启停电机造成的使用效率和使用寿命的降低，以及电机经过减速后可能因产生很大的轴向力容易造成螺旋滚筒变形。
4自动焊接机设计采煤机螺旋滚筒定位完成后开始进行焊接，作者设计的自动焊接机由机械部分和电控部分构成。
自动焊接机能通过电控编程自动调节焊枪的位置，焊接过程中焊枪固定不动，始终对准焊缝中心，螺旋滚筒做回转运动，通过自动供丝机（根据焊缝要求调解供丝机的供丝速度）源源不断地供给焊丝以弥补焊丝的损耗，最终完成螺旋滚筒整个圆周焊缝的焊接。
4.1自动焊接机工作原理图3为自动焊接机整机示意图。
自动焊接机的下臂固定在机架上，折臂装在下臂内，电机驱动丝杠旋转，丝杠驱动螺母做线性运动，螺母推动折臂升降，下臂内表面装有滑块，折臂外表面装有相应的导轨，导轨沿着滑块移动，对折臂的升降起导向作用，防止折臂跑偏；同理，上臂装在折臂内，电机驱动丝杠旋转，丝杠驱动螺母做线性运动，螺母带动上臂伸缩，折臂内表面装有滑块，上臂外表面装有相应的导轨，导轨沿着滑块移动，对上臂的伸缩起导向作用，防止上臂跑偏；电机选用步进电机，步进电机可以连续运转和点动，通过PLC 编程控制其运动状态，操作简单，维护方便，有效地提高了圆形焊缝的质量和焊接效率，显著地降低了劳动强度，具有良好的经济效益。
图3自动焊接机整机示意图4.2焊接机电控系统设计自动焊接机采用PLC 控制系统，系统由滤波器、开关电源、步进电机驱动器、步进电机、手持按钮盒、定位机、PLC 、HMI （触摸屏）等组成。
PLC 接受来自手持按钮盒或HMI 的输入信号，通过内部程序处理，输出信号控制步进电机驱动器和定位机的运行，同时将系统运行情况反映在HMI 面板上。
现场调试时，系统运行的参数可在HMI 中进行修改［7］。
（1）PLC 选型在自动焊接机工作过程中，系统需要控制的开关量有电源的通断、手动/自动的切换、上下步进电机的正反转、前后步进电机的正反转、焊枪的点火开关以及定位机的旋转。
由以上分析可确定该系统有9个输入点、9个输出点。
通过对自动焊接机控制系统的·611·机床与液压第41卷输入、输出电路的综合分析，作者选择了Siemens 的STEP7-200CPU224PLC ，这种机型有14个输入、10个输出，符合控制系统的要求。
（2）PLC 控制系统程序设计自动焊接机控制系统有两种工作模式：手动和自动。
手动模式即为通过点动按钮盒上的按钮，控制焊枪的上下、前后移动，焊枪的点火以及工件的正反转，从而手动完成焊缝的焊接。
自动模式下，通过首次确定焊枪退回位置，即可让系统自动完成焊接［8］。
自动焊接机的系统流程图如图4所示。
图4自动焊接机的系统流程图5基于SolidWorks 建模与装配分析在传统的理论设计基础上，基于SolidWorks 建立定位装置和自动焊接机各零部件的三维模型并进行虚拟组装。
对整机装配体各零部件赋予材质，并根据实际工作时的运动特性施加配合关系，使各零部件运动相互关联，然后进行运动模拟，得到定位装置的运动参数，将其与设计参数对比，定位装置满足要求。
通过干涉检验和稳定性分析得知，焊接机在最大高度和最大幅度工况下的重心坐标在机架底板上的投影位于焊接机4个滚轮之内，焊接机稳定性良好。
6结论采用定位装置和自动焊接机相结合的自动焊接系统，基本实现了螺旋滚筒焊接工艺的机械化和自动化，完成了螺旋滚筒从纯手工焊接到机械自动化焊接的转型，不仅提高了螺旋滚筒的焊接质量和生产效率，而且降低了工人的工作强度和危险性。
无论从安全角度、经济角度、实用角度，还是从推动整个煤机装备行业的发展角度，都有着重要的意义。
参考文献：【1】煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会．MT /T 321-2004采煤机螺旋滚筒［S ］．北京：煤炭工业出版社，2004．【2】中国机械工程学会焊接学会．焊接手册：第1卷：焊接方法及设备［M ］．北京：机械工业出版社，1992．【3】徐灏．机械设计手册［M ］．北京：机械工业出版社，1992．【4】程志红．机械设计［M ］．南京：东南大学出版社，2006．【5】卢学玉，常德功．分体式三爪卡盘的设计［J ］．机械设计与制造，2005（1）：29－30．【6】魏长青，费燕琼，杨汝清，等．机器人装配中一种自动送料与定位装置的设计［J ］．组合机床与自动化加工技术，2000（3）：42－44．【7】吴东春，李金友．基于模糊控制的焊缝自动跟踪系统的设计［J ］．组合机床与自动化加工技术，2011（6）：73－76．【8】刘皓春，陈春丽．基于PLC 的自动焊接机升降控制系统设计［J ］．武汉理工大学学报，2007，29（12）：櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓毄毄毄毄133－135．浅析：优惠政策助机床再制造企业发展机床再制造符合我国发展循环经济、建设节约型社会的战略需要。