□ 劉澤平

1.礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室 太原 0300322.太重煤機(jī)有限公司 太原 030032

1 研究背景

在對機(jī)械設(shè)備廠商要求越來越高的時代,擁有經(jīng)驗豐富的測繪工人、成熟精巧的測繪方法、以及一套好的測繪工具,無疑可以最大限度縮短設(shè)備的設(shè)計周期,大幅降低廢品率及投資成本,提升設(shè)備可靠性,從而獲得市場機(jī)遇[1-4]。

精確的測繪設(shè)備對環(huán)境的要求很高,特別是能夠測繪零部件的大型測繪設(shè)備,如大型三坐標(biāo)測繪儀,往往被安裝在恒溫玻璃房和高標(biāo)準(zhǔn)修建的地基上,受重力、體積、使用要求等限制,無法進(jìn)行任何移動,使很多大型零部件必須運輸?shù)椒胖脤Ｓ脺y繪設(shè)備的場所才能進(jìn)行測繪,運輸時間、費用、手續(xù)等運轉(zhuǎn)成本常常遠(yuǎn)高于新配件的價值[5-8]。

針對以上情況,筆者提出了一種利用便攜式可移動小型精密測繪工具,基于多基點耦合方式精密測繪大型部件的方法,可以節(jié)省測繪的時間及投入的成本,達(dá)到快速準(zhǔn)確測繪大部件的要求[9-11]。

2 測繪實例

榆林神東郭家灣煤礦工作面煤塊片幫嚴(yán)重,最大煤塊尺寸為2 000mm×2 000mm×1 000 mm。所使用的7LS6C采煤機(jī)破碎煤塊工作強(qiáng)度大,原配破碎護(hù)罩早已破損報廢。要仿造破碎護(hù)罩,只能測繪報廢的舊件。破碎護(hù)罩的零部件變形、缺失嚴(yán)重,現(xiàn)場無法測繪,只得運回廠內(nèi)。

破碎護(hù)罩除安裝板外其余零件變形嚴(yán)重,且形狀不規(guī)則。所安裝的破碎殼體頭尾連接孔位置固定,孔位誤差一旦積累,將會使測繪制作的破碎護(hù)罩無法正常安裝,臨時修整會使連接孔為豁口,成為廢品,常規(guī)測繪無法滿足設(shè)計要求。待測破碎護(hù)罩實物情況如圖1所示。

▲圖1 待測破碎護(hù)罩實物情況

破碎護(hù)罩為左右互換型,通過同一套零件變換組合后可滿足左右破碎共同使用,因此要求測繪精準(zhǔn),連接位置可靠,這樣才能正確安裝。對此,需對破碎殼體外形進(jìn)行測繪,進(jìn)而進(jìn)行合套作圖,但是移動式三坐標(biāo)測繪儀器回旋范圍有限,無法一次性測繪破碎殼體外形數(shù)據(jù)。

破碎護(hù)罩中的弧形擋煤板與破碎殼體連接處為螺栓螺紋固定,弧形擋煤板有十個螺孔,殼體有六個通孔,剩余四個孔在左右件互換時通用。經(jīng)車間驗視,無法進(jìn)行合套加工,因此要求測繪精準(zhǔn),一旦有誤差,螺孔無法擴(kuò)修,新件將變?yōu)閳髲U件。實際工作中由于弧形擋煤板變形,多組利用三坐標(biāo)測繪儀器測繪得到的孔系中心圓直徑數(shù)據(jù)中,最大誤差近6 mm,幾乎為無效數(shù)據(jù)。

3 測繪步驟

對變形的弧形擋煤板進(jìn)行手工初測,在測繪過程中力求測繪準(zhǔn)確,得出原始尺寸,作圖備用。

對破碎殼體進(jìn)行外形位置測量。由于移動式三坐標(biāo)測繪儀器回旋范圍不夠,采取雙基準(zhǔn)法,破碎殼體頭部電機(jī)孔座和尾部鉸接孔各定一次基準(zhǔn),分別對殼體中部的截割電機(jī)扭矩軸拉拔孔進(jìn)行精確測繪,并以其為耦合點,結(jié)合頂部平面位置,將兩個基準(zhǔn)準(zhǔn)確定位,進(jìn)而得到破碎殼體外形的走向,為初測圖修正時提供基準(zhǔn)。

測繪得到的破碎殼體外形圖如圖2所示。

▲圖2 破碎殼體外形測繪圖

弧形擋煤板與破碎殼體連接螺紋孔位置測繪不準(zhǔn)確,最大為868.17 mm,最小為862.68 mm,相差6 mm。通過對弧形擋煤板其余邊角距離尺寸的多次測算,并進(jìn)行修正,最終確定實際尺寸為862 mm，而非常規(guī)認(rèn)為的經(jīng)圓整的中間尺寸865 mm。

4 測繪方法總結(jié)

采煤機(jī)破碎護(hù)罩多基點耦合測繪方法總結(jié)如下:

(1) 在被測零件適當(dāng)位置選取兩個基點,兩個基點距離必須小于測繪儀器的2倍測量半徑,約為測量半徑的1.5倍,且兩個基點之間必須至少有一個多尺寸的特征,尺寸有一定的精確度,作為一個耦合點;

(2) 以各自基點進(jìn)行被測零件的尺寸測繪,在耦合點處測繪尺寸盡量多,用作作圖時的耦合比對;

(3) 基于各個基點的完整所測尺寸,應(yīng)用CAXA電子圖板軟件進(jìn)行作圖;

(4) 將兩個基點所作的圖在耦合點處重合、約束,匯成一個大件尺寸;

(5) 用CAXA軟件測量大尺寸,并圓整[5-6];

(6) 在實體零部件上進(jìn)行尺寸核對、調(diào)整;

(7) 應(yīng)用同樣的方法將各基點尺寸融合到一張圖上,再進(jìn)行核對、調(diào)整;

(8) 繪制出完整的被測零件圖。

5 效果

測繪得到的破碎殼體三維圖如圖3所示。

▲圖3 破碎殼體三維圖

最終完成破碎護(hù)罩成套圖紙,按圖紙生產(chǎn)后正確安裝,如圖4所示。

▲圖4 破碎護(hù)罩安裝實物

這一測繪方法可實現(xiàn)移動式測量工具現(xiàn)場作業(yè),節(jié)省大型測繪設(shè)備轉(zhuǎn)場運輸?shù)馁M用,節(jié)約時間。

本次測繪中,弧形擋煤板與破碎殼體連接孔位置準(zhǔn)確無誤,各零部件安裝配合幾近完美,無一塊板件孔位置有偏差,整體安裝效果平順,說明測繪結(jié)果非常精確,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

本次測繪中,破碎護(hù)罩中缺失部分按破碎工作姿態(tài)和破碎殼體外形位置修補(bǔ)得當(dāng),客戶反饋整體外形無限接近原廠產(chǎn)品。

按測繪圖紙生產(chǎn)的破碎護(hù)罩經(jīng)現(xiàn)場使用約三個月,無損壞,客戶無任何不良反映。

6 結(jié)束語

使用小型精密測量工具在現(xiàn)場測繪,積累了在手工測繪不準(zhǔn)的情況下通過測繪和作圖配合方式進(jìn)行數(shù)據(jù)修整的經(jīng)驗。筆者提出的采煤機(jī)破碎護(hù)罩多基點耦合測繪方法在非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、單件大件小批量設(shè)備生產(chǎn)模式中,具有靈活機(jī)動、周期短、成本低等優(yōu)勢,具有推廣價值。