專利名稱：金屬鉸接頂梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦支護(hù)用的金屬鉸接頂梁的改進(jìn)。
當(dāng)前普遍應(yīng)用于煤礦支護(hù)的金屬鉸接頂梁包括梁體、接頭和耳子，梁體由兩個(gè)∏形鋼焊接成箱形梁，接頭和耳子為模鉚件，焊接在梁體兩端，使用時(shí)一個(gè)頂梁的接頭插在另一頂梁的兩個(gè)耳子中間，銷軸裝入鉸接孔鉸接起來(lái)，再用楔子把接頭和耳子的卡腳撐緊及調(diào)整角度，構(gòu)成連續(xù)的頂梁。其優(yōu)點(diǎn)是可以大量節(jié)約木材，回收利用率比木材高得多。其不足之處是這種金屬鉸接頂梁生產(chǎn)工藝復(fù)雜，又因異型鋼規(guī)格多、數(shù)量小、軋制工藝難度大，所以鍛焊結(jié)構(gòu)的金屬鉸接頂梁成本高。
本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用EPC新工藝新技術(shù)的成本低、工藝簡(jiǎn)單的金屬鉸接頂梁。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的金屬鉸接頂梁包括梁體、梁體一端的接頭和另一端的耳子，在接頭和耳子上有鉸接孔，梁體、接頭和兩個(gè)耳子是采用消失模鑄造工藝鑄成的一個(gè)整體鑄鋼件，在接頭上與梁體銜接附近有一個(gè)豎直的缺口，該缺口上下貫通并與梁體的腹板和翼緣圍成的空間相通，在下翼緣的兩側(cè)每隔一定距離對(duì)稱的設(shè)有與翼緣鑄為一體的花邊卡，接尖的厚度與兩個(gè)耳子的內(nèi)側(cè)距離呈動(dòng)配合，接頭和耳子的鉸接孔具有相同的圓錐度，但處于不同的錐段上，即可以與同一錐形銷軸相配合。
梁體與接頭中銜接的形式為在梁體端部一定距離內(nèi)兩個(gè)腹板內(nèi)側(cè)逐漸向內(nèi)變厚，超出梁體(即進(jìn)入接頭)后保持一段平行，然后與同一個(gè)曲面銜接，即形成接頭上的U形缺口，兩個(gè)腹板的外側(cè)在超出梁(即進(jìn)入接頭)后保持一段平直或微向內(nèi)傾斜，超出U形缺口的底部之后對(duì)稱的有一削臺(tái)向內(nèi)傾斜，然后呈平行的兩個(gè)表面，平行表面的距離即接頭的厚度，梁體與耳子的銜接形式為兩個(gè)腹板外側(cè)在梁體端部一定距離內(nèi)農(nóng)漸向內(nèi)變厚，超出梁體后保持平行，兩腹板內(nèi)側(cè)在超出梁體后即向外形成一個(gè)折臺(tái)，然后保護(hù)平行，該平行距離與接頭的厚度呈松動(dòng)配合，在梁體設(shè)有多個(gè)工藝孔。
梁體上的工藝孔位于腹板中線上，是鑄造形成的，為了減輕重量及防止鑄造縮孔，在接頭上與梁體銜接附近有一個(gè)與鉸接孔平行的且與周圍外廓線走向接近的減重孔。
梁體的橫截面的尺寸梁高H1為50－100mm，上下翼緣的內(nèi)側(cè)距離H2為40至90mm，同時(shí)滿足H1＞H2；花邊卡外緣構(gòu)成的寬度B1為80至112mm，上下翼緣寬度B2為80至90mm，兩個(gè)腹板內(nèi)側(cè)距離B3為30至50mm，腹板厚度B4為5至12mm，同時(shí)滿足B1＞B2＞B3＞B4；截面積為15至35cm2，X軸慣性矩JX為70至350cm4，Y軸慣性矩JY為100至200cm4，X軸截面系數(shù)WX為25至80cm3，Y軸截面系數(shù)WY為25至60cm3。
采用消失模鑄造金屬鉸接頂梁的工藝過(guò)程中；要制作頂梁的聚苯乙烯泡沫塑料模樣，該模樣可以由五件粘接而成，即由兩個(gè)∏形的半梁體、兩個(gè)耳子和一個(gè)接頭組合而成，為此需三種金屬模具；也可以由縱斷面分割的兩個(gè)二分之一頂梁組合成頂梁模樣，為此需兩種金屬模具，這兩個(gè)模的模腔的頂腳方向相反，其它形狀相同，并將兩模腔作在同一模體上，作為一個(gè)金屬模具對(duì)待。下面介紹上述四種金屬模具。
用于加工頂梁的梁體的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的金屬模，包括梁體上模和梁體下模，梁體上模為凸模，即為下方有凸臺(tái)(或稱芯子)的板狀，凸臺(tái)的形狀為梁體的兩上腹板和兩個(gè)翼緣圍成的空間被縱截面截開(kāi)的一半的形狀，梁體下模為凹模，當(dāng)其與梁體上模組裝后構(gòu)成的模腔正好是縱斷的半個(gè)梁體的形狀，其尺寸留有加工余量，在梁體上模上方設(shè)有加料口，其下部通模腔，其上部為可以與錐形塞配合的圓錐形，上下模的周轉(zhuǎn)設(shè)有一系列貫通模腔和模外的細(xì)小排氣孔。
用于加工頂梁的接頭的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的金屬模。包括接頭上模和接頭下模，接頭上模為凸模，其凸臺(tái)的平面形狀為接頭鉸接部分的形狀，其高度為接頭鉸接部分和與梁體銜接部分在厚度分向的差，接頭上模上有加料口，其下部通模腔，其上部為可以與錐形塞配合的圓錐形，接頭下模為凹模，其凹陷形狀是接頭的形狀，尺寸留有加工余量，上下模周圍設(shè)有一系列貫通模腔和模外的細(xì)小排氣孔。
用于加工頂梁的耳子的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的金屬模，其特征在于金屬模包括耳子上模和耳子下模，耳了上模呈板狀，上面有加料口，加料口上部為可以與錐形塞配合的圓錐形，下部通模腔，耳子下模為凹模，凹陷部分的形狀正好是一個(gè)耳子的形狀，其尺寸留有加工余量，在上下模周圍有一系列貫通模腔和模外的細(xì)小排氣孔。
用于加工頂梁的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的金屬模，包括頂梁上模和頂梁下模，頂梁上模為凸模，凸臺(tái)的形狀為梁的腹板和翼緣所圍空間及接頭上的U形缺口、兩耳子之間的空間形狀被縱截面所截的一半，頂梁下模為凹橫，當(dāng)上下模組裝后形成的模腔的形狀正好是梁體被縱截面所截的一半，尺寸留有加工余量，頂梁上模上方有加料口，加料口上方為可以與錐形塞配合的圓錐形，下部通模腔，在上下模周圍設(shè)有一系列貫通模腔和模外的細(xì)小排氣孔。
為了對(duì)金屬模內(nèi)加熱發(fā)泡和冷卻，上述四種金屬橫的上下模設(shè)有包圍模腔的空腔，空腔可以是上下連通的一個(gè)空腔，在上下模接合面有多個(gè)連通的通道，在上模加料口周圍空腔中斷，在上模有介質(zhì)入口，下模側(cè)面下部有介質(zhì)出口，介質(zhì)入口和出口把空腔連通到模外，介質(zhì)出口設(shè)在空腔最低處，在有空腔處排氣管不必通到模外，只貫通模腔和空腔即可，也可以在上模和下模分別設(shè)獨(dú)立的包圍模腔的空腔，上下模各設(shè)一個(gè)介質(zhì)入口和介質(zhì)出口，把空腔通到模外，介質(zhì)出口分別設(shè)在空腔的最低處。
消失模鑄造頂梁的工藝過(guò)程為泡沫塑料(EPS)吹入模腔、塞住加料孔，蒸汽通入空腔、加熱發(fā)泡；停止加熱、通冷水冷卻，停止冷卻、開(kāi)模取出泡沫模樣，模樣組裝粘接成頂梁整體模樣，模樣外部涂料、干燥，模樣放入沙箱、裝沙、振動(dòng)、抽真空，澆鑄鑄鋼，開(kāi)箱、清沙，熱處理，加工鉸接孔。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)由于采用消失模鑄造的整體鑄鋼件代替采用異型鋼材及模鍛件的焊接結(jié)構(gòu)，成本降低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝單一。
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。


圖1為頂梁主視示意圖圖2為頂梁俯視示意圖圖3為梁體AA剖面圖4為梁體金屬模示意圖圖5為接頭金屬模示意圖圖6為接頭金屬模BB剖面圖7為耳子金屬模示意圖圖8為耳子金屬模CC剖面圖9為頂梁金屬模示意圖
圖10為頂梁金屬模DD剖面實(shí)施例1(見(jiàn)
圖1、圖2、圖3)，鉸接頂梁，中間是斷面為箱形的梁體1，一端有接頭2，另一端有兩個(gè)耳子3，正視圖上接頭和耳子有對(duì)稱的形狀，外端為半圓形，圓心有鉸接孔6，下部為平直的，上部為曲線形凸起即卡腳17，卡腳向端部側(cè)有曲線形(例如為圓弧)凹陷，接頭和耳子與梁的腹板平行，接頭位于梁的中心線上，兩個(gè)耳子位于外部即相當(dāng)于腹板的位置，接頭的厚度與兩耳子內(nèi)側(cè)距離呈松動(dòng)配合，當(dāng)一個(gè)頂梁的接頭裝入另一頂梁的耳子中間，用銷軸穿入鉸接孔，再用楔子插入接頭和耳子的卡腳的凹陷之間撐豎并調(diào)整角度，依此類推便形成連續(xù)的金屬鉸接頂梁。其梁體下翼緣外側(cè)間隔的對(duì)稱設(shè)置向外凸起即花連卡5，其長(zhǎng)度和間距與支柱頂端頂腳互相卡緊，避免使用過(guò)程中頂梁與支柱之間產(chǎn)生滑移。該頂梁的梁體、接頭、耳子、下翼緣外側(cè)的花邊卡是采用消失模鑄造成的一個(gè)整體鑄鋼件，其腹板中線上設(shè)有一系列小工藝孔，其形狀可以為圓形、橢圓形，該工藝孔的作用是保證梁體箱形內(nèi)的沙型向外透氣，在接頭上靠近梁體處有一豎直的U形缺口4，它是接頭向兩個(gè)腹板銜接過(guò)渡形成的，其作用一是鑄造后作為清理梁體箱形內(nèi)的型沙的通道，二是適當(dāng)減輕梁的重量，節(jié)省鋼材，為了使清沙通道足夠大，還可以在梁體端部的上下翼板上擴(kuò)大其缺口。該頂梁除鉸接孔需要再進(jìn)行機(jī)加工外，其余全部由鑄造一次成形。為了減輕重量及避免鑄造時(shí)產(chǎn)生縮孔，在接頭卡腳處設(shè)有減重孔19，減重孔是水平方向的曲線形孔，其曲線與該處外廓線走向相近似，保持孔外鑄件厚度差小。
梁體的斷面(見(jiàn)圖3)，H1＝90mm，H2＝74mm，B1＝100mm，B2＝83mm，B3＝47mm，B4＝7.5mm，珙面積≥25.37cm2，慣性矩JX≥308.97cm4，JY≥193.07cm4，截面系數(shù)WX≥68.66cm3，WY≥46.54cm3。梁長(zhǎng)(鉸接孔中心距)可以為600.00mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm。
實(shí)施例2(見(jiàn)圖3)，金屬鉸接頂梁，其梁體的斷面，H1＝70mm，H2＝54mm，B1＝100mm，B2＝83mm，B3＝47mm，B4＝65mm，截面積≥20.75cm2，慣性矩JX≥155.90cm4，JY≥153.08cm4，截面系數(shù)WX≥44.54cm3，WY≥36.89cm3，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3(見(jiàn)圖3)金屬鉸接頂梁，其梁體橫截面為H1＝55mm，H2＝41mm，B1＝100mm，B2＝83mm，B3＝47mm，B4＝5.5mm，截面積≥17.16cm2，慣性矩JX≥79.74cm4，JY≥120.70cm4，截面系數(shù)WX≥29cm3，WY≥29.08cm3，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例4(見(jiàn)圖3)，金屬鉸接頂梁，其梁體橫截面H1＝95.5mm，H2＝82mm，B1＝102mm，B2＝83mm，B3＝34mm，B4＝6mm，截面積≥22.62cm2，慣性矩JX≥300cm4，JY≥107cm4，截面系數(shù)WX≥63cm3，WY≥27cm3，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例1、2、3、4的頂梁長(zhǎng)度(鉸接孔中心距)可以為600mm，800mm，1000mm，1200mm，1400mm，1600mm。其材料可以是各種炭素鋼、合金鋼、合金鑄鐵等。
實(shí)施例5(見(jiàn)圖4至圖8)，用于加工頂梁的梁體、接頭和耳子的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的金屬模。采用消失模鑄造要先用作出聚苯乙烯泡沫塑料的模樣，模樣例如可以是由五件粘接組成，即被豎直截面縱分的半個(gè)梁體兩個(gè)、接頭一個(gè)和耳子兩個(gè)，梁體在橫斷面及長(zhǎng)度方向都是對(duì)稱的，同一個(gè)金屬模，兩個(gè)耳子形狀一樣，用一個(gè)金屬模，接頭用一金屬模，作出的模樣在與梁體接合處稍作加工即可粘接成頂梁的模樣。
梁體的金屬模(見(jiàn)圖4，圖5)，包括梁體上模7和梁體下模8，梁體上模為凸模，即下方有凸臺(tái)9的板，凸臺(tái)的形狀為梁體的兩個(gè)翼緣和兩個(gè)腹板圍成的空腔被豎直縱截面截開(kāi)的二分之一的形狀，凸面形狀即腹板表面形狀。梁體下模為凹模，凹陷底部的形狀為梁體的腹板外側(cè)及上下翼緣外端的形狀，在相當(dāng)于下翼緣花邊卡的位置有一系列間斷的與花邊卡形狀一樣的凹陷，在凹面的中心線(即相當(dāng)于腹板的中線)上有一系列等間隔的小圓柱形凸起，其直徑工藝孔直徑，上下模組裝后的模腔10的形狀正好是縱分的半個(gè)梁體的形狀，但留有加工余量。
接頭的金屬模(見(jiàn)圖6，圖7)包括接頭上模12和接頭下模13，接頭上模為凸模，其凸臺(tái)9的平面形狀為接頭側(cè)面的形狀，其凸出高度對(duì)應(yīng)著接頭各處寬度方向的尺寸差。接頭下模為凹模，其凹陷的形狀為接頭的形狀，其深度對(duì)應(yīng)著接頭厚度方向的尺寸，在相當(dāng)鉸接孔的位置有圓形芯柱，留有加工余量(收縮余量，拔模斜度和機(jī)加工余量)，在減重孔的位置設(shè)有斷面與減重孔相同的凸臺(tái)，凸臺(tái)高度為接頭的厚度，上下模組裝后的模腔10為接頭的形狀，尺寸留有加工余量。
耳子的金屬模(見(jiàn)圖8，圖9)包括耳子上模18和耳子下模14，耳子上模為板狀，耳子下模為凹模，其凹陷平面形狀為耳子的側(cè)面形狀，在鉸接孔的位置有凸圓臺(tái)，上下模組裝后的模腔10即為耳子的形狀，尺寸留有加工余量。
上述梁體、接頭和耳子三種金屬模的上模上方均設(shè)有加料口11，加料口下部通模腔，上部呈圓錐形，可以與錐形塞配合堵信橫腔。上模和下模各有一個(gè)包圍模腔的空腔17，各有一個(gè)介質(zhì)入口15和一個(gè)介質(zhì)出口16把空腔通到模外，介質(zhì)出口設(shè)在空腔最低的位置，介質(zhì)入口和介質(zhì)出口都有可與管道連接的結(jié)構(gòu)，在上模的加料口的周圍空腔是中斷的。在上模和下模周圍設(shè)有一系列細(xì)小的排氣孔，排氣孔貫通模腔和空腔。
上述三種金屬模，可以是一個(gè)個(gè)的單模；即一個(gè)金屬模只有一個(gè)模腔；也可以組合多個(gè)模在一體，即一個(gè)金屬模體上有多種多個(gè)模腔；最佳組合是兩個(gè)梁體、兩個(gè)耳子和一個(gè)接頭的模的組合或其倍數(shù)的組合。
實(shí)施例6(見(jiàn)
圖10)加工頂梁的聚苯乙烯泡沫塑料模樣的金屬模，泡沫塑料模樣由豎直的縱截面所分的兩個(gè)二分之一頂梁粘接組成，由兩個(gè)頂梁金屬模來(lái)完成模樣加工，把兩個(gè)模組合在一個(gè)模體上，正好是對(duì)稱的模腔，頂梁上模20為凸模，每個(gè)凸臺(tái)的形狀為梁的腹板和翼緣所圍成的空間，兩個(gè)耳子之間的空間和U形缺口的空間的總體被豎直縱截分開(kāi)有一半的形狀，頂梁下模21為凹模，凹面形狀為頂梁縱截面的形狀，對(duì)應(yīng)于接頭和梁體、耳子與梁體銜接過(guò)渡處的凸臺(tái)高度和凹陷深度適當(dāng)配合，從而構(gòu)成截面漸變的過(guò)渡。在凹陷底面相應(yīng)于鉸接孔的位置，減重孔的位置和工藝孔的位置分別設(shè)斷面與對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)，凸臺(tái)高度等于該處模腔的厚度，以便鑄成通孔。至于上模設(shè)加料口、模腔周圍設(shè)空腔及排氣孔等均實(shí)施例5相同。
實(shí)施例7，加工頂梁泡沫塑料模樣的金屬模，其上下模的空腔17為連通一體的一個(gè)空腔，在上下模接合面有多個(gè)通道把上下模的空腔連通，空腔在上模有一個(gè)介質(zhì)入口15，下?？涨蛔畹吞幱幸粋€(gè)介質(zhì)出口16，其余同實(shí)施例5或?qū)嵤├?。
實(shí)施例8，加工頂梁的泡沫塑料模樣的金屬模，不設(shè)空腔，用設(shè)有模腔周圍的孔道所代替，管道可以沿模腔走向，可以組成網(wǎng)狀，其余同實(shí)施例5或?qū)嵤├?。
實(shí)施例9，加工頂梁的泡沫塑料模樣的金屬模、模腔外不設(shè)空腔，也不設(shè)孔道，其余同實(shí)施例5或?qū)嵤├?。
制作上述金屬的材料可以為鋁合金，其制作可以采用消失模鑄造。
權(quán)利要求1.一種金屬鉸接頂梁，包括梁體1、梁體一端的接頭2和另一端的兩個(gè)耳子3，在接頭和耳子中部有鉸接孔6，接頭和耳子具有向外的卡腳22，其特征在于所說(shuō)的梁體、接頭和耳子是采用消失模鑄造的一個(gè)整體鑄鋼件，在接頭上與梁體銜接附近有一個(gè)豎直的缺口4，該缺口上下貫通并與梁體的腹板和翼緣圍成的空間相通，在梁體的下翼緣的兩側(cè)每隔一定距離對(duì)稱的設(shè)有與翼緣鑄為一體的花邊卡5，接頭的厚度與兩個(gè)耳子的內(nèi)側(cè)距離呈動(dòng)配合，接頭和耳子的鉸接孔具有相同的圓錐度，但處于不同的相銜接的錐段上，即可以與同一圓錐形銷軸相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂梁，其特征在于 梁體與接頭銜接的形式為在梁體端部一定距離內(nèi)兩個(gè)腹板內(nèi)側(cè)逐漸向內(nèi)變厚，超出梁體即進(jìn)入接頭后保持一段平行，然后與同一個(gè)曲面兩銜接，即形成接頭上的U形缺口4，兩個(gè)腹板的外側(cè)在超出梁體即進(jìn)入接頭后保持一段平直或微向內(nèi)傾斜，超出U形缺口的底部之后對(duì)稱的有一削臺(tái)向內(nèi)傾斜，然后呈平行的兩個(gè)表面，平行表面的距離即接頭的厚度，梁體與耳子的銜接形式為腹板外側(cè)在梁體端部一定距離內(nèi)逐漸向外變厚，離開(kāi)端即進(jìn)入耳子后保持平直即與腹項(xiàng)平行，腹板內(nèi)側(cè)離開(kāi)梁體端即進(jìn)入耳子后即向外形成一個(gè)折臺(tái)，然后保持平行面，即保持兩個(gè)耳子內(nèi)側(cè)的平行距離，在梁體上設(shè)有多個(gè)工藝孔23。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頂梁，其特征在于 梁體上的工藝孔為鑄造形成的位于腹板的中線的多個(gè)小孔，在接頭上與梁體銜接附近有一個(gè)與鉸接孔平行的且與周圍外廓線走向接近的減重孔19。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的頂梁，其特征在于 頂梁的梁體的橫截面的尺寸為梁高H1為50至100mm，上下翼緣內(nèi)側(cè)距離H2為40至90mm，同時(shí)滿足H1＞H2；花邊卡外緣構(gòu)成的寬度B1為80至112mm，上下翼緣寬度B2為80至90mm，兩個(gè)腹板內(nèi)側(cè)距離B3為30至50mm，腹板厚度B4為5至12mm，同時(shí)滿足B1＞B2＞B3＞B4；截面積為15至35cm2，X軸慣性矩JX為70至350cm4，Y軸慣性矩JY為100至200cm4，X軸截面系數(shù)WX為25至80cm3，Y軸截面系數(shù)WY為25至60cm3。
專利摘要本實(shí)用新型涉及煤礦支護(hù)用金屬鉸接梁的改進(jìn)，采用消失模鑄造的整體鑄鋼件取代由異種型鋼和模鍛件組裝焊接的結(jié)構(gòu)，其聚苯乙烯泡沫塑料模樣有兩件粘合和五件粘合兩種方式，并提供四種加工泡沫塑料模樣的金屬模，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝單一的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21D17/00GK2179910SQ93216528
公開(kāi)日1994年10月19日 申請(qǐng)日期1993年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月19日
發(fā)明者劉文興, 王晶凱, 王作光 申請(qǐng)人:劉文興, 王作光, 王晶凱