对截割头截齿焊接定位方法的设计分析
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摘要：通过对截齿在截割头体上排列法则的研究，确定齿尖定位的参数，在实践中设计一种以此参数为依据进行齿座焊接的工艺装置，可更高效、更精准的定位焊接截齿座。
关键词：截齿座定位参数螺旋线
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
前言
截割头主要功能是破碎和分离煤岩，目前，截割头上的截齿座能否准确焊接定位已成为决定掘进机性能的主要因素之一。公知截割头截齿排列复杂，定位参数繁多，传统的定位方法只是靠人工量尺的方法，操作繁琐、误差较大、制作周期长，而且后续质检工序难以进行。相对于传统方法，现有一种自动化机械手安装定位设备，但设备采购价格昂贵，不适用于小批量生产。因此研制一种经济适用新型截割头截齿座安装定位仪是急需解决的新课题。
1 定位参数的确定
首相给出一个包络面的定义，为用于放置截齿齿尖的旋转曲面。用一个光滑的旋转曲面放置截齿有利于减少截齿在截割过程中的的载荷不均。包络面的母线反映了沿截割头轴线方向齿尖所在半径的变化规律，对包络面的设计实际就是对包络面母线的设计，截割头包络面一般分为主切削段和过渡段两部分。目前，纵轴式掘进机截割头形状为圆柱体、圆锥体和球冠体的组合，抛面体和球冠的组合，其主切削段包络面母线为直线段或者抛物线，过渡段包络面母线为圆弧段。通过对现有掘进机包络曲线研究和建立相应的曲线数学方程，得知一个完整截割头包络曲线是由几段不同曲线组成。即截割头分为圆柱面、圆锥面和球面。截齿齿尖在三段曲面上成三条螺旋线排布，因此截齿及齿座的安装定位设计是三维空间设计，除齿尖轴向距离Z、截割半径R和圆周角θ外，还包括齿座的三维空间姿态角度参数倒角β、转角α、切削角δ（45°）。常规的设计方法很难适用，需借助空间几何模型找出定位方法。（如图1）
图1 截割头模型
2 齿座焊接定位装置结构及特征
截齿座三维空间范围内定位关系复杂，在生产焊接组立过程中很难准确保证各个定位参数符合图纸要求。
针对以上六个参数设计一种焊接齿座工艺装置（如图2），主要由截割半径标尺、姿态角度定位系统、轴向距离标尺、圆周角标尺和底座五部分组成。其具体特征是：驱动电机通过螺栓固定于底座上，齿圈转盘安装在底座的轴承上，夹具固定在齿圈转盘上，截割头体放在齿圈转盘上并通过夹具将其夹紧，圆周角指针固定于底座上，用于指示圆周角度，轴向距离标尺用螺栓固定于底座上，截割半径标尺与轴向距离标尺之间采用涡轮蜗杆和齿轮齿条连接，可使截割半径标尺沿轴向距离标尺上下滑动，并带有自动锁定功能，倒角β定位系统与截割半径标尺之间采用齿轮齿条连接，倒角β定位系统可沿截割半径标尺横向滑动，切削角θ与转角α定位系统与倒角β定位系统之间通过销轴连接，齿座架与转角转动杆之间通过销钉连接，并通过螺栓限定其转动角度，转角转动杆安装在倒角定位杆上，转角转动杆可绕倒角定位杆轴心线旋转，并通过转角调节螺钉调节其旋转角度，倒角刻度盘焊接在吊杆上，用于指示倒角角度值，倒角定位杆与吊杆之间采用销轴连接，并通过倒角调节螺钉调节其转动角度。
1、截割半径标尺2、姿态角度定位系统3、轴向距离标尺4、圆周角θ标尺5、底座
图2 定位仪总图
3 截齿焊接定位的实现方法
截割头在工作过程中，不断地截割下煤岩，同时，不断地把截割下的煤岩运送出去。为了很好地排送切屑，截割头上一般装有螺旋叶片，沿着截齿布置。根据这一特征，考虑将齿尖布置在包络面的三条等升角螺旋线上。由于截割头包络面不是简单的圆柱面，其螺旋线和普通的螺旋线不同，这就需要定义合理的螺旋线方程，根据方程得出每个齿尖点的坐标位置，分为空间坐标位置和空间姿态角度位置，组立焊接时必须先将截齿与齿座组装在一起。
3.1 空间坐标位置（Z、R、θ）定位
即截齿齿尖点的空间位置坐标，包括轴向距离Z、截割半径R和圆周角θ，通过轴向距离标尺、截割半径标尺和圆周角标尺找准图只要的齿尖位置。
3.2 空间姿态角度位置（α、β、δ）定位
即包括转角、倒角和切削角三个参数，分别通过切削角δ与转角α定位系统和倒角β定位系统来实现（如图3、图4）
图3切削角δ与转角α定位系统图4 倒角β定位系统
4、结语
该装置在截割头实际生产制作过程发挥了极其有效的作用，解决了截齿复杂的空间定位问题，满足截割头截齿螺旋线布置设计要求，而且使用操作简便，大大提高了生产效率。若再配上自动控制方式，可更加提高其定位精准度和制作效率。
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