工艺技术_工艺设计与焊接变形控制技术研究论文

U D C ：6 2 1 U n i v e r s i t yC o d e ：1 0 0 8 2 H e b e iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y D i s s e r t a t i o nf o rt h eM a s t e rD e g r e e T i t l e ：P r o c e s s D e s i g n a n d S t u d y o n F o r d i n g B o o ma b o u tL a r g eT o n n a g e T r u c k M o u n t e dC r a n e C a n d i d a t e ：L iJ i e f e n g S u p e r v i s o r ： E n t e r p r i s e b a s e d C o s u p e r v i s o r ： C a t e g o r yo fD e g r e e ： P r o f F a n gY i x i a n g S e n i o rE n g i n e e rW a n gA n c h u a n M a s t e ro fE n g i n e e r i n g ( P a r t - t i m e ) S p e c i al i t y ： M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g Em p l o y e r ：C o l l e g eo f M e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g D a t eo fO r a lD e f e n s e ：D e c e m b e r 18 m , 2 010 D e g r e eA w a r d i n g I n s t i t u t i o n ：H e b e iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 悄 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名之奏二主磊学 劢厂矿年胡阿同 指导教师签名： 沙p 年f 互月f 盆同 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 甚不保密。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 撇姗签谚耋峥 秒口年，月f 猡日 指导教师签名： , u l O 年 携l 阳 摘要 摘要 随车起重机是将起重机安装在载货汽车上的一种起重装置，具有起重、运输功 能，同时具有机动、灵活、装卸方便等特点，应用广泛。随车起重机主要分为直臂 卷扬式和折臂式两大类。直臂式吊机有钢丝绳、卷扬机构，收回后体积较大，起升 中用钢丝绳卷扬机构完成，作业平稳，定位准确；折臂式吊机吊臂可折叠，收回后 体积较小，起升动作完全由油缸的组合动作完成，作业效率高，适于配装多种辅具， 但稳定性较差。折臂式随车起重机是当前发展的主要模式。 吊臂是随车起重机的关键部件。本文重点对5 吨以上的中大吨位折臂式随车起 重机的吊臂等截面箱型套装结构进行了分析，主要研究了影响吊臂工艺设计的各种 影响因素，提出了多种相应的控制措施，设计了整体工艺方案，并针对伸缩臂和固 定臂进行了工艺设计。 在完成工艺设计的同时本文针对特定的关键质量控制问题进行了研究各伸 缩臂、特别是固定臂的焊接变形难于控制，所导致的加工后的吊臂形位公差超差严 重，通过对各种影响因素的分析和结合实验得出了对接焊缝施焊的各项技术参数， 并制定了包括反变形等多种工艺措施进行变形控制。 通过按制定的工艺方案和对吊臂焊接变形的控制措施的实施，进行了样件试制， 工件质量达到了设计要求，本文的研究对生产有重要的指导意义。 关键词折臂式随车起重机；吊臂；箱型结构；工艺；焊接参数；焊接变形 河北科技大学硕士学位论文 A B S I R C A I T h et r a c k - m o u n t e do r & h ei sal i f t i n ga p p l i a n c et h a ti si n s t a l l e do nt h et r u c k ，a n dh a s l i f t i n g ，t r a n s p o r t a t i o nf e a t u r e s ，w h i l ea tt h es a m et i m eh a sam o b i l e ，f l e x i b l e ，c o n v e n i e n t ， a n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c s ，w i d e l yu s e d T h ec r a n e sa r ed i v i d e di n t os t r a i g h tb o o ma n d f o l d i n gb o o mt w oc a t e g o r i e s T h es t r a i g h tb o o mc r a n eh a sr o p e ，w i n c h ，a n di ti st h e r e l a t i v e l yl a r g es i z ea f t e rr e c o v e r y ，i t sl i f t i n gt h r o u g hw i r er o p ea n dw i n c h ，i tc a nj o b s t a b i l i t ya n dp r e c i s ep o s i t i o n i n g ；T h ef o l d i n gb o o mc r a n et h a ti t sb o o mc a nb ef o l d e di s s m a l l e ra f t e rr e c o v e r y ，l i f t i n gm o v e m e n t se n t i r e l yb yac o m b i n a t i o no ft h ef u e lt a n k ，t h e a c t i o ni sc o m p l e t e ，S Ot h ec r a n ei ss u i t a b l ef o rh i g hw o r k i n ge f f i c i e n c y 谢t 1 1aw i d er a n g e o fa i d s ，b u ti t ss t a b i l i t yi sp o o r 。T h ef o l d i n gb o o mc r a n ei st h ec u r r e n td e v e l o p m e n to f t h e m a i nm o d e B o o mi sak e yp a r to ft h et r u c k m o u n t e dc r a n e ，I nt h i sp a p e r ，t h ea u t h o ra n a l y z e st h e b o o m Sb o x - f r a m e ds t r u c t u r ea b o u tm o r et h a n5t o n sl a r g et o n n a g ef o l d i n gb o o m t r u c k - m o u n t e dc r a n e ，a n da n a l y z e sa n ds t u d i e sk i n d so ff a c t o r st h a t i m p a c tt h e p r o c e s s i n gq u a l i t yo ft h ec r a n e ，p u t sf o r w a r dav a r i e t yo fa p p r o p r i a t ec o n t r o lm e a s u r e s ， d e s i g n st h eo v e r a l lp r o c e s sp l a na n dt e c h n o l o g yo ft h et e l e s c o p i cb o o ma n df i x e db o o m W h i l et h ec o m p l e t i o no ft h i sp r o c e s sd e s i g n ，t h i sp a p e rs t u d i e st h ek e yq u e s t i o nt h a t i n f l u e n c et h e f o l d i n gb o o mc r a n eq u a l i t y - a l lk e yi s s u e s i nt h et e l e s c o p i cb o o m ， p a r t i c u l a r l yt h ef i x e db o o mt h a tC a nb ed i f f i c u l tt oc o n t r o lt h ew e l d i n gd e f o r m a t i o n , a n d r e s u l ti nt h ep r o c e s s i n go fb o o mp o s i t i o nt o l e r a n c eo ft h ev a r i a n c en o tq u a l i f i e d ，t h a ta r e c r i t i c a lt e c h n i c a lo b s t a c l e s T h e nt h ep a p e ra n a l y z e sav a r i e t yo ff a c t o r sa n dm a k e st e s t so f w e l d i n g ，g i v e sav a r i o u st e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，a n di n c l u d e st h er e v e r s ed e f o r m a t i o na n d o t h e rt e c h n o l o g i c a lm e a s u r e st oc o n t r o lt h ew e l d i n gd e f o r m a t i o n T h r o u g ht h ei m p l e m e n t a t i o no fa c c o r d i n gt of o r m u l a t i o nt h ec r a f tp l a na n dr e g u l a t o r y m e a s u r e so fw e l d i n gd e f o r m a t i o nc o n t r o l ，a n dc a r r i e do nt h es a m p l ew o r k p i e c et r i a l m a n u f a c t u r i n g ，f i n a l l yt h ew o r kp i e c eh a sa c h i e v e dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t sc o m p l e t e l y ， T h e s et h e o r i e sh a v ei m p o r t a n ti n s t r u c t i o n a le f f e c t so nt h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c e K e yw o r d t r u c k m o u n t e dc r a n e ；b o o m ；b o x f r a m e ds t r u c t u r e ；t e c h n o l o g yd e s i g n ； w e l d i n gp a r a m e t e r s ；w e l d i n gd e f o r m a t i o n 目录 目录 摘要I A b s t r a c t 。n 第一章绪论1 1 1 随车起重机发展概况和发展趋势2 1 1 1 国外研究状况分析2 1 1 2 国内随车起重机行业的发展3 1 1 2 1 直臂式随车起重机发展现状3 1 1 2 2 折臂式随车起重机发展现状3 1 1 3 国内外技术水平的差距4 1 1 4 本企业研发现状及发展方向5 1 2 论文研究的内容6 1 2 1 吊臂工艺设计6 1 2 2 吊臂焊接变形的控制6 1 3 课题研究的目的及意义6 1 4 论文内容总体构成_ 7 第二章中大吨位折臂式随车起重机吊臂结构分析8 2 1 折臂式随车起重机结构分析8 2 2 吊臂的截面结构形式。8 2 3 吊臂的结构形式确定9 2 3 1 伸缩臂结构分析9 2 3 2 固定臂结构分析1 0 2 4 本章小结1 1 第三章吊臂加工工艺设计1 2 3 1 总体工艺方案1 2 2 2 伸缩臂工艺流程1 3 3 3 固定臂工艺流程1 4 3 4 关键工艺问题分析1 5 3 4 1 焊缝结构形式及焊接参数的确定1 5 3 4 2 反变形量大小的确定1 5 3 5 本章小结1 6 第四章吊臂焊接工艺及其参数的确定1 7 4 1 焊接质量影响因素分析1 7 n 河北科技大学硕士学位论文 4 2 焊接工艺方案1 8 4 3 焊接工艺参数1 9 4 3 1 焊接参数设计1 9 4 3 2 工艺试验报告1 9 7 4 3 3 试验数据总结2 3 4 4 本章小结。2 3 第五章吊臂焊接变形控制措施2 4 5 1 焊接变形因素分析2 4 5 1 1 材料及下料精度要求2 4 5 1 2 焊接坡口形式及焊接参数2 5 5 1 3 焊接设备、2 6 5 1 4 焊接工艺及措施2 6 5 1 5 焊后措施2 7 5 2 焊接变形控制措施j 2 7 5 2 1 下料：2 7 5 2 2 折弯：2 7 5 2 3 组对与焊接3 0 5 2 4 固定臂焊接变形控制：3 2 5 2 5 去应力处理3 2 5 3 工艺验证3 3 5 4 去应力处理3 3 5 5 本章小结3 3 第六章吊臂工艺实施及优化3 4 6 1 工艺方案及其变形控制措施的实施结果3 4 6 2 工艺方案实施过程中的优化与完善3 4 6 3 存在的问题与进一步改进措施3 4 6 5 本章小结3 4 结论3 5 参考文献3 6 致谢3 9 个人简历4 0 1 第1 章绪论 第一章绪论 随车起重机是将起重作业部分安装在载货汽车上的一种起重装置，随车起重运 输车是集起重、运输为一体的新型高效起重运输装备u 1 。随车起重运输车由于具备 了机动、灵活、装卸方便等特点，广泛适用于交通运输、野外起重抢险、电信电力、 码头、市政建设等领域，加装附加装置后，还可用于桥梁维修、高空架线及检测等 领域中。 随车起重机产品主要分为直臂卷扬式和折臂式两大类。国外随车起重机产品目 前主要以折臂式为主，并趋向于中大吨位，代表了当前随车起重机的发展趋势和方 向：国内随车起重机产品仍以传统的直臂卷扬式和中小吨位为主，亟需研制开发中 大吨位折臂式随车起重机，以满足国内市场需要和增加国际市场竞争能力。 两类产品的最大区别有两点：一是直臂卷扬式有钢丝绳卷扬机构，折臂式没有； 二是折臂式吊机吊臂可折叠，收回后体积较小，直臂式吊机则收回后体积较大。 两类吊机的作业特点：直臂式吊机起升中用钢丝绳卷扬机构完成，作业平稳， 定位准确，适合设备安装等要求定位准确的场合；折臂式吊机的起升动作完全由油 图1 - 1中大吨位折臂式随车起重机结构 F i g 1 - 1 S t r u c t u r eo f f o l d i n gb o o mt r u c k m o u n t e dc r a n e 1 - 吊钩2 伸缩臂3 - 主臂4 折叠油缸5 变幅油缸6 立柱7 - 回转油缸 8 横梁9 油箱1 0 控制组1 1 支腿架 1 2 - 支腿油缸 1 河北科技大学硕士学位论文 缸的组合动作完成，作业效率高，适于配装多种辅具，但稳定性较差。 目前，国内外折臂式随车起重机主要结构相似，主要有吊臂、立柱、横梁、回 转、变幅、支腿、安全装置等几部分构成。对于5 吨以上的中大吨位起重机，支腿、 横梁都采用伸缩结构形式，回转采用油缸、齿条结构，体积小、可自锁，其结构如 图l - 1 所示。 直臂式随车起重机的结构如图1 - 2 所示。 图卜2 置臂式随车起重机结构 F i g I - 2S t r u c t u r eo fs t r a i g h tb o o mt r u c k - m o u n t e dc r a a e 1 吊钩2 钢丝绳3 伸缩臂4 卷扬机构5 变幅油缸6 立柱 7 【口I 转支撑8 回转机构9 横梁1 0 支腿油缸 1 1 随车起重机的发展概况和发展趋势 1 1 1 国外研究现状分析 国外随车起重机行业起步早，从2 0 世纪4 0 年代至今已有几十年的发展历史， 形成功能多元化，品种系列化，机电液控制一体化的产品体系乜 。1 9 4 4 年，在瑞典 诞生世界上第一台随车起重机；1 9 6 1 年，日本“古河”生产出亚洲第一台随车起重 机；1 9 8 5 年之后，发达国家的随车起重机设计制造技术进入成熟期；屈服强度 1 0 0 0 M P a 以上的高强度钢板得到应用；密封件、液压元件性能更加成熟：力矩保护等 各种安全装置及遥控装置普遍应用。1 9 9 0 年- - - 2 0 0 0 年为应用高峰期，许多著名随车 起重机制造商的历史最高生产记录都是出现在这个时期。 国外市场随车起重机的企业主要有瑞典希尔博( H I A B ) 和意大利P E S C I 公司、 第一章绪论 奥地利的P A I F N G E R ，均分布于欧洲，主要是折臂式随车起重机系列产品。此外还有 韩国的广林特装车株式会社、日本的U N I C 公司等。这些企业的实力比较雄厚，技术 相对成熟，产品质量与性能较为稳定，无论设计水平还是制造水平都是国内企业所 不能比的。 1 1 2国内随车起重机行业的发展 我国的随车起重机行业起步于上个世纪八十年代初，由于我国劳动力成本较低， 物流业不发达和人们认识不到位的因素制约着国内随车起重机的发展。国产随车起 重机企业普遍规模较小，产品品种单一，产量增长缓慢的局面长期得不到扭转。至 上个世纪末，整个随车起重机的产销量未突破1 0 0 0 台，不到汽车起重机的1 0 ，产 销量只相当于国外一个企业的产量1 。 1 9 8 1 年，中国石煤机生产出中国第一台直臂式随车起重机，随后这个行业一直 处于缓慢发展状态，直到近几年随车起重机才迅速发展，国内涌现出很多厂家。目 前，国内生产随车起重机的企业产量较大的有1 0 余家，主要有：徐工随车起重机有 限责任公司、石家庄煤矿机械有限责任公司、山西长治清华机械厂、湖南中联重科 集团有限责任公司、武汉汽车起重机厂、湖南专用汽车制造厂、广林特装车( 锦州) 有限公司、牡丹江专用汽车制造有限公司、泰安古河机械有限公司、长春专用汽车 制造总公司、常林股份有限公司等。主要生产直臂式随车起重机和折臂式随车起重 机，产品型号以2 - 5 吨等中小吨位为主，大吨位所占比例较小，产品系列化有待形 完整。 随着中国基础建设的规模不断加大，物流业不断增大，以及劳动力成本的不断 提高，中小吨位的汽车起重机逐渐被随车起重机所代替，随车起重机在起重运输作 业和野外作业发挥的作用也越来越大，极大地推动了随车起重机行业的发展，呈现 出方兴未艾的局面，未来市场会有较大的发展空间。2 0 0 7 年上半年开始，我国随车 起重机行业在国内市场需求旺盛和出口快速增长的带动下，保持了高速发展，2 0 0 8 、 2 0 0 9 年产品供不应求的局面任在继续。 1 1 2 1 直臂式随车起重机发展现状 石煤机公司近年来更是加大产品开发力度，已研制出1 2 t 、1 6 t 、2 0 t 等中大吨 位以及1 t 等微型小吨位等技术含量高的随车起重机产品，直臂式随车起重机己形成 完整的系列化，能够客户提供更多的选择，给长期关心支持这个行业的人们带来了 很多选择。其他国内企业也都在逐步完善直臂式起重机进行系列化研发生产。 1 1 2 2 折臂式随车起重机发展现状 河北科技大学硕士学位论文 石煤机公司已研制成功3 2 吨、4 吨折臂式随车起重机等产品，但没有像直臂式 随车起重机那样形成系列化，这里面有多方面原因，如相对需求小及客户的使用习 惯，没有合适的中重卡载货底盘等等，但其中一个很重要的原因就是各伸缩臂、特 别是固定臂因加工设备及工艺手段的限制，致使加工精度不能满足要求。固定臂和 各伸缩臂之间采用伸缩油缸或和钢丝绳绳索相结合的伸缩方式，为减小吊臂晃动， 吊臂 翦拉支崖 图1 - 3 折臂式随车起重机固定臂结构 F i g 1 - 3 S t r u c t u r eo f f i x e db o o m 。 的侧面单边间隙较小，一般为2 5 - 3 ，折臂式随车起重机的固定臂结构形式如图1 - 2 所示，各节伸缩臂结构同图1 - 3 中吊臂部分，只是截面尺寸在依次减小。尽管固定 臂采取了筋板焊缝位置尽量在吊臂的上下端，注意焊接顺序等设计及工艺措施，但 加工后的固定臂有弯曲变形，扭曲变形，不易甚至不能校形，致使因形位公差超差 严重，或让步使用，甚至报废，工艺水平有待于进一步提高。国内其他随车起重机 企业也有类似的技术问题。 1 1 3 国内外技术水平的差距 国内随车起重机产品经过多年的技术引进、消化、吸收，有了较大的进步，产 品性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外同类产品相比，还有较大差 距。主要表现在：( 1 ) 操作不便，安全性能较低；( 2 ) 品种少、未形成完整产品系列；( 3 ) 国内产品外观质量差，技术水平低；( 4 ) 功能单一，缺少附加功能。 吊臂结构和加工水平从一个方面反映了一个企业的实力。 随着起重机起重吨位的增加，起重机的吊臂结构体积及自重也在不断增加。为 保证吊臂能满足设计及使用要求，所选用的材料若材质不变，就需选用较大的规格： 若要求材料规格不变，就需选用材料的性能有大幅度的提高；或改变传统的结构， 采用新型的设计结构，相对在减少原材料应用的情况下，而机械性能方面却有提高 或保持原水平。 吊臂是起重机的关键部件，为减轻自重，臂体多采用高强度薄板结构，国外尤 4 第一章绪论 其是折臂吊吊臂结构多采用多边形截面上下槽板两侧中间焊缝结构或左右槽板上下 焊缝结构，更先进的还有采用多边形截面一条焊缝的结构，这些结构省材料，焊材 有诸多优点，但需要先期投入大量的工艺研究，并采用先进的生产设备、工艺装备 来实现，保证生产的工件能满足使用要求。而国内的企业由于观念和资金方面的限 制，在新工艺、新设备方面投入少，这也限制了国内起重机企业在新技术方面的转 化应用。 1 1 4 本企业研发现状及发展方向 现在随着国产中重卡载货汽车的快速发展，与之相配套的随车起重机的需求量 越来越多；同时屈服强度在6 0 0 M P a 、7 0 0 M P a 甚至1 0 0 0 M P a 以上的进口或国产高强度 钢板得到广泛应用，能满足大吨位起重机吊臂材料所需的机械性能，这些强度高， 焊接性能好，就可使用薄板制造，减轻吊臂自重；同时与这些材料相匹配的焊材也 有国内焊材厂家生产；公司增加了相关的高精尖端生产设备，利用和凭借制造大吨 位直臂式起重机经验，研发大吨位折臂式随车起重机成为企业发展的必然要求。 1 2 论文研究的内容 1 2 1 吊臂工艺设计 伸缩臂为钢结构的八边形等截面箱形套装结构。其作用主要是用来支撑载荷并 改变起重机作业半径的大小。它由固定臂、各级伸缩臂、伸缩油缸等组成。伸缩臂 动作时按一定顺序进行，回缩时则相反或吊臂同时回缩；顺序动作靠顺序阀控制。 吊臂结构见图1 - 4 ，各伸缩臂臂节的尺寸公差和形位公差要求严格才能进行伸缩 动作，不致相互卡阻；又各伸缩臂及固定臂之间的收缩，靠各臂节端部支座分别与 油缸的缸体和活塞杆连接，由液压动力驱动油缸动作从而带动与之相连接吊臂动作， 完成伸缩动作。而油缸支座和活塞杆支座分别联接在相邻的吊臂上，为保证油缸的 顺利动作，要求各支座有很高的形位公差要求。如何既经济又能保证加工质量，对 吊臂进行工艺方案论证及并进行工艺设计是本课题研究需要解决的内容。 河北科技大学硕士学位论文 图卜4 + 吊臂结构 F i g ! - 4 S t r u c t u r eo fb o o m s 1 2 2 吊臂焊接变形的控制 吊臂是随车起重机的关键件，关系到整机的安全性能，必须高度重视，结构优 化后，如何优化工艺，提高吊臂生产加工质量，特别是采取工艺措施提高焊缝内在 和外观质量，并控制好固定臂、伸缩臂焊接变形，使焊接变形能减小到理想的范围 内，焊接变形量的大小，焊缝内在质量等级，工件尺寸及形位公差的精度等级等方 面达到要求，这是生产制造的技术难关，也是本课题研究需要解决的另一内容。 1 3 课题研究的目的及意义 吊臂是起重机中的关键件，通过分析吊臂设计结构特点及相关技术要求，针对 加工中的关键技术问题，对设计结构提出合理改进，制定出合理可行的工艺方案， 并针对伸缩臂、固定臂结构进行工艺设计，通过工艺实施并进一步优化，达到设计 工艺可指导生产的目的。 完成吊臂工艺设计的同时还需解决影响吊臂生产的关键问题各伸缩臂、特 别是固定臂的焊接变形难于控制这一关键技术难题，解决了这一困扰加工生产的技 术难题，就可进行折臂式随车起重机的试生产，并为类似结构件的生产提供工艺和 生产加工经验，便于以后研发生产的顺利进行。 课题研究具有较为重要的理论和应用价值，对企业的生产有重要的指导意义。 1 4 论文内容总体构成 第一章，绪论：分析了中大吨位折臂式随车起重机吊臂结构特点，指出了应根 据自身设备及技术条件进行吊臂工艺方案设计及工艺设计，并重点解决工艺设计中 的关键问题一焊接变形的控制，这些是课题的主要研究内容，具有较为重要的理论和 6 第一章绪论 应用价值。 第二章，中大吨位折臂式随车起重机吊臂结构分析：对中大吨位折臂式随车起 重机吊臂结构设计特点及相关技术要求进行了分析，并以此作为工艺设计基础，指 出了工艺应解决的关键技术问题。 第三章，吊臂工艺加工设计：对吊臂加工的工艺方案进行了设计，并设计出了 伸缩臂、固定臂的具体工艺流程。 第四章，吊臂焊接工艺及其参数的确定：分析了焊接质量的影响因素，制定了 焊接工艺方案，确定了焊接工艺参数。 第五章，吊臂焊接变形控制措施：重点分析焊接变形的影响因素，提出了相应 控制措施，并进行了工艺验证，证明工艺方案合理，技术措施有效。 第六章，吊臂工艺实施及优化：根据工艺方案及变形控制的实施结果，进行了 优化与完善，对存在的问题提出了进一步的改进措施。 河北科技火学硕+ 学位论文 第二章中大吨位随车起重机吊臂结构分析 2 1 折臂式起重机结构分析 中大吨位折臂式随车起重机主要由主臂、伸缩臂、折叠油缸、变幅油缸、回转 油缸、支腿油缸、液压系统、安全装置、吊钩以及横梁、立柱、支腿等结构件组成。 它们的工作原理是：利用外来动力驱动液压油泵向液压系统提供高压油液，通过操 纵手动转阀、多路换向阀将油液分配到各个工作元件，以完成起重作业所需要的各 种动作。见图1 - 1 。 。 2 2 吊臂的截面结构形式优化 吊臂是起重机的关键件，多采用四边形、五边形、六边形等截面套筒式结构， 如吊臂截面图2 1 所示，这也是我公司吊臂截面结构逐步演变的型式。 显然在等截面积的情况下，截面边数越多，按图2 一l a 、b 、c 所示吊臂的刚度依 次增大。在满足设计强度的前提下，由左、右槽板( 见图2 一l d ) 或上、下槽板( 见 图2 一l e ) 结构的吊臂比由上、下盖板和左、右槽板结构的吊臂少两条焊缝，也就意 味着比原来的结构可以节省一半的焊材，同时也就减少了焊接变形的影响；由于四 条纵缝结构的盖板和槽板都有“搭边”，而两条纵缝结构就可节省“搭边”部分，比 原来的吊臂就可减少约2 0 的材料，这样既节约了成本，还使吊臂的自重减少了，相 应的起重机就可吊运更重的货物。但是这种结构的焊缝没有垫板，要求单面焊双面 成形，对焊接工艺提出了更高的要求，对焊工的技术要求也相应的提高，需要通过 关于评定确定相关参数，并严格执行。 a b cd e 图2 - 1 吊臂的截面型式 F i g 2 - 1 S e c t i o no fb o o m 第二章中大吨位随车起重机吊臂结构分析 2 3 吊臂的结构形式确定 吊臂作用主要是用来支撑载荷并改变起重机作业半径的大小。它由固定臂、伸 缩臂、伸缩油缸等组成。 某型号大吨位折臂式随车起重机吊臂采用八边形等截面箱形套装结构，两侧中 间对接焊接的结构形式，吊臂结构形式如图I - 4 所示，各节伸缩臂结构见图2 - 2 所 示，只是截面尺寸在依次减小。这种吊臂结构设计上进行了优化，但要求臂节各面 平面度任意范围内不大于1 5 1 0 0 0 ，相对两平面平行度不大于2 m m ，加工难度大。 j I l 缸支童 矬轩支塞 图2 2 伸缩臂结构 F i g 2 - 2S t m c t u r co f t e l e s c o p i cb o o m 吊臂工艺上提出了新的挑战，各步工艺都需严格控制变形，如何制定合理可行 的工艺方案，通过努力采取多种措施，采取切实的工艺指导生产出合格产品，实现 设计要求，成为工艺设计的关键。 2 3 1 伸缩臂结构分析 各节伸缩臂结构类似，伸缩端外部上侧有与油缸或活塞杆连接支座，内层吊臂 连接同一油缸的活塞杆，相邻外层吊臂连接同一油缸的缸体法兰，这样液压动力驱 动油缸工作时，内层吊臂相对相邻外层吊臂进行伸缩动作。伸缩臂之间进行套筒式 伸缩，要求臂体外形各尺寸公差在O 5 m m 之内，各面的形位公差要求在任意范围内 不大于1 5 1 0 0 0 ，相对两平面平行度不大于2 ，臂体加工是一个难点。伸缩臂结构 见图示2 2 臂体端部的活塞杆或油缸法兰连接支座，由于内层吊臂的活塞杆支座与相邻外 9 河北科技人学硕十学位论文 层吊臂的油缸法兰支座安装同一油缸，配合使用，尺寸A 、B 公差设计要求在0 5 m 之内，孔巾K 1 对基准G 的平行度，巾K 5 对基准G 的垂直度及油缸支座连接面对基准 G 的垂直度都要求在0 5 m m 之内，显然支座各单件加工好再组焊，由于焊接变形的影 响加工结果不能保证设计要求。 2 3 2 固定臂结构分析 固定臂除了和伸缩臂有相似的结构外，还多了主臂支座结构，见图2 - 3 这样固 定臂整体呈现为不对称结构。尽管臂体与主臂支座相连筋板焊缝位置尽量在吊臂的 上下端，但焊接工艺不当及控制变形措施效果不好，焊后固定臂易向主臂支座侧发 生弯曲变形及扭曲变形，且不易甚至不能校形。 图2 - 3 固定臂结构 F i g 2 3S t r u c t u r eo f f i x e db o o m 固定臂与伸缩臂侧f 日J 隙小，焊接过程中在主臂支座侧吊臂局部区域因焊缝多、 加热多而后在冷却凝固的热过程中，由于受热不均匀，会导致焊件不均匀的膨胀和收 缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起向主臂支座侧的弯曲变形。同时吊臂槽板对 接焊缝易出现内陷焊接变形，如图2 4 所示。焊接变形的控制是固定臂工艺设计的 一大关键技术难题。 1 图2 - 4 同定臂弯曲和焊缝内陷焊接变形 F i g 2 - 4W eE d i n gd i s t o r t i o n I O 0 第二章中大吨位随车起重机吊臂结构分析 2 4 本章小结 本章重点对中大吨位折臂式随车起重机伸缩臂、固定臂的结构设计特点及相关 技术要求进行了分析，指出了采用八边形等截面箱形套装结构后，分析了伸缩臂和 固定臂在工艺设计中应注意的技术问题，指出了臂体质量加工难点，特别是固定臂 焊接变形的控制是工艺设计中的一大关键技术难题。 河北科技大学硕七学位论文 第三章吊臂加工工艺设计 3 1 总体方案的确定 通过对吊臂的结构分析，根据本公司的设备生产能力、精度以及工人熟练程度 等因素，针对随车起重机的生产特点，兼顾技术上的先进性和经济上的合理性，制 定课题所开发的起重机的总体工艺方案设计如图3 1 所示。工艺方案及工艺设计参 考和借鉴文献 5 5 2 等国内外起重机设计及工艺生产的相关报道资料，对本文的 研究有很大帮助。 图3 - 1 折臂式起重机的一L 艺方案 F i g 3 IP r o c e s sp l a no f f o l d i n gb o o mt r u c k - m o u n t e dc r a n c 1 2 第三章吊臂加工：L ：艺设计 3 2 伸缩臂工艺流程 伸缩臂的加工应首先完成臂节组件的铆焊加工，焊前检查各单件符合要求，通 过吊臂专用工装进行臂节组对，为保证焊接内在及外观质量，臂节的两条对接纵缝 作为关键焊缝在N Z S Z 6 0 0 0 S 焊接专机施焊。焊后修整臂节。活塞杆支座孔和油缸法 兰连接支座端面可以在臂节整体焊好后再进行机械加工，但伸缩臂作为大型工件必 须在大型镗床上只镗孔或铣面，考虑到工件运输、装卡等因素，是不经济的，而且 有些部位焊后无法加工。为此支座的工艺方案是作为小组件，在小型设备先加工， 便于装卡操作，再通过工装来保证组对要求，便于组织生产，但对各组件精度要求 提高。为优化指导工艺设计及后续加工生产，设计的伸缩臂的工艺流程如图3 - 2 所 示。 喜支点 f1 r l 气I 礴1 备：H 6 6 0 1 1 天始訇叫j I 妣r F 辑 烯：H G S 6 2 1 3 J I l 机 lI I 却鼻丈崖垃对，焊接：K R l - 5 0 0 葱绕新奇蚌：W E 6 7 K - 6 3 0 新事棍 1 I l 捌麓加工尺寸袅 鼻 擂童件。组J I f 岸接：K R 5 0 0 + 4 t II t镌i E 兰面：X 6 2 W l 牟i ； - 拜f 节皇对、直田帚臂盔对工至 lI tt 孔：T G l l t 束 掉 臂章舜接：N Z 6 0 0 0 S 佯接专簟 ll I 母母簟鼍咀：Z 3 0 D 黏隼 tJ l f 撇：参薹压l 一- 并 撇对糌鲥瑾K R 5 0 0 l 完垂 蝴：RJ X - 2 D O - B 加甚炉 j 量j l I 蕞面簧理：P 6 X 鼍丸抓 l 黛l 游、琦泰：Z Y - B 榭 1 入霹 褂 幽3 - 2 伸缩臂r 艺流稃 F i g 3 2P r o c e s sf l o wo f t e l e s c o p i n gb o o m 1 3 河北科技大学硕士学位论文 3 3 固定臂工艺流程 固定臂因有主臂支座结构加工难度比伸缩臂加大很多，主臂支座先组焊为小组 件，各加工处留余量，与臂节组件组对点固后，直接焊接，必然会产生向支座侧的 弯曲及其他变形，且难于修复变形。工艺方案设计为主臂支座点固后先施加外力产 生一反变形，理想的效果是焊接结束后，反变形正好抵消焊接变形，满足工件要求。 固定臂工艺流程如图3 3 所示。 舳姐 l 气日下并 许：H G 6 0 1 做饷札 韧刊 珏：H 5 2 1 t I 杠 制碍 t 鲁：H B 6 0 做- 锄机 I1 I I 鼻文龃对、聪：K R K - S 0 0 薯氧犄 爰砉：w 6 7 | ( 6 j o j 张 - 鼻史童耋对、鼻t ：K r l - 5 0 0 Ili 皇 鼍虹尺寸垫 - 坪 k 羞小塑胥蠢，髅弥5 0 0 _ I 耳1 1 f m 姐I 臌啪5 0 0 Ill tt 鹾i i ：X 6 2 W t t 簟鼻付蔓对，蠢薯 眚组舡蓑弄青节夏蝴I 健过程 1 1 t骱：T 6 1 1 酥鼻 肿J ：I I Z 6 0 0 0 S I I + # ,鼻e W t U K R 5 0 0 鲁 估螺拴孔：z 3 0 4 0 苗蕈 -1 n 懈：性酶-I昔节性：性腿 鲁耳 羹体氲 ，髂I Ro S 0 0 I 主蔓 愀理R J I - 2 0 0 8 加埘 鲁丸 括荧理：9 6 I 蝴 人摩 库量 1 鼍 蝴支黼I X 6 2 I H A lI t l 矗l 、翩t ：Z Y - 8 孝搴| 图3 _ 3 同定臂I ：艺流程 F i g 3 3P r o c e s sf l o wo fb a s eb o o m 1 4 第三章吊臂加l ：jl ：艺设计 3 4 关键工艺问题分析 3 4 1 焊缝结构形式及焊接参数的确定 根据设计结构的需要，吊臂槽板对接焊缝在焊后无法进行背面清根，这就要求 焊接时可单面焊双面成形。既要保证焊接强度焊缝熔透，还要保证焊缝的外观质量， 不能余高太大等，这与焊缝结构形式及焊接参数有很大关系，是一项关键工艺问题。 为保证焊接质量及便于坡口加工和焊接作业，焊缝设计为V 形坡口，如图3 - 4 所示。 根掘不同板厚艿，进行多种坡口角度口，钝边高度P ，及不同的焊接参数进行焊接实 验，并进行记录。选取焊缝外观质量达到要求的试样，再进行物理性能试验，金相 检验及射线探伤，把最终符合要求组合参数记录下来，作为实际工艺编制的要求。 这项工作是在试验、检验、调整，再试验、检验、调整的过程中进行，需要生产安 排、工人操作、检验、性能试验等多部门、多人员的配合进行。 ：吣l? 囝 图3 - 4 试扳坡口角度 F i g 3 - 4G r o o v ea n g l eo f t e s tp l a t e 口- 坡L J 角度矽坡I L l 面角度占饭厚p 啪边高度 3 4 2 反变形大小的确定 固定臂偏头支座部分焊后，冷却时收缩引起的塑性变形量大，必会产生向“支 座”弯曲，单靠调整焊接顺序不能对焊接变形进行有效的控制，而变形量的大小和 焊接电流、电