旋挖钻机底盘结构件焊接工艺分析_李德明.pdf

762011(11)CONSTRUCTION MECHANIZATION旋挖钻机底盘结构件焊接工艺分析The technique of bonding structure of rotary drilling rig span李德明，张瑞，徐恩磊LI DE-ming, ZHANG Rui, XU En-lei（山推机械有限公司 桩工机械分公司，山东 济宁 272000）介绍了山推桩工产品的底盘结构，针对该专用底盘的焊接结构进行了工艺流程和焊接工艺性分析，并阐述了工程机械较先进的双工位焊接机器人在桩工产品中的应用以及率先实现的措施。旋挖钻机；底盘；焊接工艺；焊接机器人摘 要关键词旋挖钻机是一种配合回转斗、短螺旋钻头或其他不同钻具进行干、湿钻进，逐次取土，反复循环作业成孔为基本功能的机械，具有污染少、功能多等优点，广泛应用于大规模重点工程、市政及工民建工程建设基础施工。其结构主要由底盘、回转平台、变幅机构和工作装置等组成1。底盘是整机的基础，主要结构及原理见图1，左右纵梁（亦称台车架或履带架)通过液压马达减速机驱动链轮带动链轨节总成实现钻机的行走和转向，而链轮（驱动轮)、引导轮、托轮、支重轮、履带一起被称为工程机械的“四轮一带”，其在钻机结构中是极其重要的大型结构件。机器自重及工作载荷传递给履带并最终传至地面。我公司钻机底盘依托山推多年在履带式工程机械行业中的结构件优势，完全自主研制，通过对各机型产品的工况载荷分析，采取不同的设计结构。SER15和SER46采取大小腿互插搭接方式，SER22、SER26、SER30采取并行前后腿结构，大大改善了钻机下部结构部件的受力状态2。2焊接工艺分析从结构上，底盘结构件主要采用板式拼焊箱型结构作为钻机的支撑骨架，在整机中既要满足众多零部件的安装要求，又要保证钻机各种工况的需要，因此对底盘的精度要求较高。尤其是左右纵梁主要由大方盒、支腿和齿箱座3部分焊合而成，为焊缝类型多、长焊缝数量多、焊接位置多等三多问题的大型结构件，焊接极易出现温度场不均匀，导致焊接的膨胀和收缩的不均匀，从而使结构件内部出现焊接应力引起焊接变形，在实际制造过程中主要出现的变形有收缩变形、弯曲变形和扭曲变形。针对此情况，我公司制造技术人员发挥山推在底盘结构件上的优势，从制造工艺角度进行分析、调研，确定与焊接件的结构、焊缝布置、焊接工艺及应力分布等因素有关。具体从产品工艺方案和制造工艺保证两个方面来控制变形。图1底盘总成示意图1-链轮；2-托轮；3-支重轮；4-张紧装置；5-引导轮；6-纵梁；7-履带；8-底架1结构力学分析底盘是钻机中的主要受力部件，通过该件将Manufacturing & Detection 制造&检测DOI:10.13311/ki.conmec.2011.11.030 建筑机械化2011(11)772.1产品工艺方案1）合理的焊缝尺寸和坡口形式焊缝尺寸直接关系到底盘的焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸越大，焊接工作量越大，焊接变形也就越大。因此在保证承载能力的情况下，应从设计角度尽量选取合理焊缝尺寸和坡口形式，如左右纵梁的大箱式结构的两侧厚板焊接采用U形坡口形式。2）合理的焊缝数目根据焊接原理，在结构中力求焊缝数量合理，焊缝不宜过分集中，尽量避免2或3条焊缝垂直交叉。在保证质量情况下可采用较薄加肋板的焊接结构，以提高结构的稳定性和刚性，比如方箱内根据形状适当安排立筋板，也可以减少焊缝，提高加固的效果。3）合理的焊缝位置设计时，尽可能将焊缝对称于截面中性轴，这样能使焊缝引起的挠曲变形互相抵消；或者使焊缝接近断面中性轴，以减少焊缝引起的挠曲。2.2制造工艺保证1）合理的焊接工艺参数焊接变形受焊接电流和电压的影响较大，所以焊接工艺参数制定的合理与否是减少焊接应力和控制焊接变形的前提，对控制焊接变形起着重要的作用。如左右纵梁支腿与中机架支撑孔和大小支腿自行搭接设计间隙单边均为2.5mm，焊接工艺保证不足可能会导致无法自由伸缩，甚至会出现装配干涉的严重现象。因此焊接中必须注重工艺的布置和焊接参数的选用。具体包括以下几个方面：采用较小热输入的焊接方法，如多层焊和CO2气体保护焊，焊接时采用跳焊和分段焊法；选择合理的焊接顺序，首先必须进行打底工序，然后尽量采用先内后外、从中间到两端、先短后长的对称焊接方法，使工件受热均匀；针对不同的材质尤其是HQ高强板焊接时，采用焊前预热、焊后回火的方法消除焊接应力；根据不同的材质、板厚和焊接位置与焊缝类型，合理选用焊接工艺参数，尽可能将焊接电流控制在下限值，以减小热输入；根据焊接各工序设备的保证能力，制作必要的焊接工装和夹具进行保证。2）合理的焊接工艺流程结合公司推土机底盘焊接流程控制的成熟经验并通过新产品试制确定了较为合理的工艺流程，具体为：箱体组对点固、焊合校形组对齿箱座合件点固、焊合机械加工组对支腿总成焊合整体校形抛丸涂装机械加工涂装装配。 3）严格的过程质量检验目前山推执行的是KOMATSU先进的KES标准以及Q/STB12.606企业标准，并采用先进的探伤设备和三坐标测量设备对生产工序进行焊接质量的过程控制，确保产品的质量。3焊接系统应用考虑到纵梁采用箱形结构，外围的焊缝较长且相互平行，适用于高效的双工位机器人或双丝自动焊焊接。由于机器人焊接生产单元具有柔性化程度高、焊接质量稳定、生产效率高等诸多优点，在确保新产品试制质量、改善山推产品质量、提高生产效率、减轻工人劳动强度等方面具有显著意义，经多方研讨、论证最终确定采取目前制造行业最先进的双工位焊接机器人工作站3、4，如图2。双工位焊接机器人，顾名思义是采用2个工位、2个焊接机器手同时工作的设备，是并行工程的产物。焊接机器人是由机械手、控制柜、变位机、焊接设备、弧焊软件等组成的焊接生产单元。机械手是完成焊接动作的主体，一般指6轴机器人本体，如图3，它是由伺服电机带动手臂上各图2双工位焊接工作站制造&检测 Manufacturing & Detection782011(11)CONSTRUCTION MECHANIZATION轴的旋转实现各种动作。控制柜配有计算机软件控制系统，它的作用一是通过伺服放大器来控制机器人本体上的伺服电机从而实现机械手的协调运动；二是实现起始点寻位、电弧跟踪等软件功能。变位机的作用是安装固定工件并对工件进行精确定位，在焊接过程中能够旋转工件使焊缝达到理想焊接姿态，并且能和机械手实现联动，现在常用变位机的形式主要有L形变位机和头尾架变位机。焊接设备主要有焊接电源、焊枪、送丝装置、水冷装置、焊枪清枪剪丝装置5。考虑到纵梁一般都是由中厚钢板拼接的结构件，工件在组对时难免会存在误差，焊缝的位置和宽窄一致性不高；并且在焊接过程中，先焊合的焊缝产生的变形会作用在工件上，使后焊合的焊缝偏离组对时的位置。为了保证焊接质量，要求机器人能够在焊接时自动找正焊缝的起始位置和正确的方向，焊接中厚板的机器人系统都会带有焊接起始点寻位、焊缝跟踪和坡口宽跟踪功能等焊接功能。 4结论在生产中，通过改变焊接机器人的程序就可以满足山推桩工SER15-SER46等不同产品的生产需要，不必再重新购买新的焊接设备便可实现批量产品的焊接自动化，充分体现了焊接机器人柔性化生产的优势。实现柔性化生产要求变位机夹具的通用性和焊接程序的完备，更改产品时只需要更换夹具和调出相应程序，焊接机器人就能自动完成工件的焊接生产。有缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备投资的优点。弧焊机器人系统工作站在山推结构件焊接中成功的应用，提高了产品的生产效率和质量，减轻了工人劳动强度，实现柔性化管理，生产便于控制，也给山推带来了切实的效益；同时我们也看到，桩工产品底盘目前还是以卡特为代表的进口底盘占据行业的半壁江山，怎样才能提高自主研制底盘、国产底盘（如邦立）的市场竞争力才不会受制于人。这就需要我们继续推进高科技含量的技术装备的应用，提高生产的自动化水平，带动桩工机械生产行业的健康发展。参考文献黄国雄浅析国内外旋挖钻机的结构特点J中国1 水运(理论版)，2006,(5)：168-169尹士科焊接材料与冶金论文集C北京：冶金2 部钢铁总院，1991中国机械工业学会焊接学会焊接手册 第三版 第3 三卷M北京：机械工业出版社，2007王洪峰旋挖钻机回转平台焊接变形的控制J焊4 接技术，2009,(2)：60-61孟国强，翟浩焊接技术在山推结构件中的应用5 J金属加工热加工，2010，(22)：14-19（编辑贾泽辉）图3机器人本体中图分类号TU67文献标识码C文章编号1001-1366(2011)11-0076-03收稿日期2011-07-12Manufacturing & Detection 制造&检测42011(11)CONSTRUCTION MECHANIZATION18 BICES 2011: Harvesting the autumn, imagining the futureThere are about 1200 exhibitors attended the BICES 2011, engineering machinery industry giants and cutting edges from 30 countries and areas , the exhibition area more than 200 000 square meters, two aspects increase more than 25% compare with the last. The amount of exhibitors, range of products and scale of the exhibition all beyond the last. BICES 2011 also is the largest and the most infl uential construction machinery exhibition in Asia Pacifi c region.40 XCMG crawler crane into the high-end hoisting fi eldsXCMG crawler crane completed nine times large hoisting construction within in half a year, standed the test. During in the half a year, XCMG crawler crane depend on safety, reliability and advancement established the leading position in large hoisting engineering fi eld. XCMG 2000t crawler crane has to be the largest crawler crane that used in construction. 73 Subjective evaluation and test of hydraulic excavator operabilitySubjective evaluation of hydraulic excavator is the critical section of design excavator, the overall performance of new products depend on the accuracy rating of evaluate result directly. This paper starts from the concept and method of subjective evaluation, discuss the elements and influence factors of subjective evaluation, compared the differences with the ob