机械毕业设计（论文）-煤矿专用提升容器设计--箕斗导向装置设计【全套图纸】.doc

学校代码： 学 号：0410301045本科毕业设计（论文） 论文题目： 煤矿专用提升容器设计箕斗导向装置设计 学科专业： 机械设计制造及其自动化 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 2008年05月20日 箕斗导向装置的设计中文摘要JD系列箕斗有钢丝绳与矩形钢两种罐道形式。钢丝绳采用滑套导向管结构。分半衬套用尼龙或黄铜制成，活动上盖与底座交接，以便衬套磨损后更换。矩形钢罐道采用滚轮罐耳装置结构,三个滚轮装置组成一组，安装时焊接在箕斗上盖及底架的两端。在支架上装有两组橡胶缓冲垫，用以保证滚轮紧贴罐道运行，减少容器水平摆动产生的冲击，使运行平稳而无噪音。滚轮罐耳装置的橡胶轮直径有250、300及350三种，本设计用350滚轮。不管是钢丝绳箕斗还是刚性罐道箕斗，在两侧中立柱上、下部位均设有四个钢铸罐耳，以便箕斗在装卸时稳罐，以及提升过卷时能进入楔形罐道。另外，采用滚轮罐耳装置的箕斗，还必需增设辅助钢罐耳作为安全保护之用，该罐耳在正常运行中与刚性罐道是不接触的。关键词：箕斗；滚轮；罐道；罐耳Design of Oriented Device of the SkipABSTRACTA series of JD skip have two can road forms-rectangular steel and wire rope. wire rope structure uses oriented device. And the half hub is made of nylon or brass , base and active superstructure are handover, it is convenient to replace the worn hub. Rectangular-steel can road uses wheel structure, the three wheels compose of a group and weld on the two ends of the superstructure and chassis at the time of the installation. Two sets of rubber cushion equipped on the hold ensure that the wheels close run on the can road and reduce the impact caused by the level swing of the container, so that get a smooth operation without the noise.The rubber wheels have three diameters 250, 300 and 350.The design utilizes 350 wheel.Whether the skip is wire rope or rigid tank road,the middle columns are installed four steel tank ears on the both sides of the upper and lower parts, in order to the skip work stably on loading and unloading, and on the out volume it can enter into the wedge-shaped can road. In addition, the use of the wheel devices, the skip is necessarily increased auxiliary steel ears as the safe protection, which do not contact with rigid road on the normal operation.KEY WORD: Skip;Wheel;Can Road;Can Ear目录第一章 前言51.1我国箕斗的技术发展历程51.1.1第一代箕斗51.1.2第二代箕斗51.1.3第三代箕斗51.2箕斗概述61.2.1JD系列立井多绳提煤箕斗的品种61.2.2JD系列立井多绳提煤箕斗主要部件结构简述7第二章 设计计算82.1滚轮罐耳装置设计计算82.1.1滚轮作用力计算82.1.2滚轮轴强度计算102.1.3滚轮轴承寿命验算112.1.4轴架连接销轴强度验算122.2缓冲套碟形弹簧设计计算13第三章 焊接工艺设计183.1焊接连接概述183.2连接成型材料和成型方法的选择183.2.1连接成型材料的选择183.2.2连接成型方法的选择183.3连接成型件的形状与接头形式以及焊接规范的选择223.3.1连接成型件形状的选择223.3.2接头形式的选择与设计223.3.3焊接规范253.4连接成型件焊缝的布置原则263.5手弧焊操作技术293.5.1引弧293.5.2运条293.5.3焊缝的收尾293.5.4焊前的点固303.5.5焊后清理303.6连接成型件缺陷检验303.6.1焊缝中常见缺陷303.6.2焊接检验方法30第四章 总结31参考文献32致谢33 第一章 前言1.1我国箕斗的技术发展历程1.1.1第一代箕斗我国20世纪70年代设计的系列箕斗多为曲轨翻转底卸式，目前这种箕斗使用仍较为普遍，其主要结构特点是箕斗底部设有一扇形闸门装置，闸门结构为曲轨连杆下开式平板闸门，卸载方式为曲轨卸载。箕斗在卸载时,卸载曲轨首先打开连杆自锁机构，同时平板闸门向下翻转进行卸载。缺点是箕斗在运行中，扇形门经常在井筒中突然打开，特别是遇到水煤的情况下，经常被冲开，扇形门打开后超出箕斗外形过长，造成箕斗装煤溜嘴及井筒装备被拉坏，扇形门被挤变形损坏。由于闸门由曲轨连杆机构自锁，在开闭过程中冲击较大，造成闸门转动轴弯曲，而且在闸门自重和煤压作用下，箕斗的主要结构可能会出现意外地自动打开，造成井筒装备及箕斗损坏事故。1.1.2第二代箕斗为了克服老式系列箕斗的缺点，我国开发了第二代箕斗，即外动力开闭垂直平板闸门箕斗。外动力底扇形闸门箕斗(16吨以下)，外动力开闭垂直平板闸门箕斗的主要结构特点是闸门为一个能在斗箱侧壁导轨中垂直运动的平板，在闸门关闭时，闸板为斗箱的一部分，并承受箱内煤压。闸门的开启和关闭均要由安装在井架上的卸载装置来实现，其卸载方式为当箕斗到达卸载位置并停稳后，依靠外动力(气缸)将门打开，其优点是闸门结构简单，质量小，不伸出箕斗外廓，没有卸载滚轮，斗箱卸载口不收缩，提高了有效容积。外动力底扇形闸门箕斗主要结构特点是扇形门安装在斗箱底部，闸门的开启和关闭均要由安装在井架上的卸载装置来实现，其卸载方式为闸门开闭装置安装在井口的卸载点上，等箕斗停稳后，依靠外动力打开门卸载。其优点是闸门不会因自重和荷载压力自动打开，开后闸门也不会超出箕斗外廓，缺点是卸载装置复杂，需要外动力操纵，休止时间长。第二代箕斗克服了第一代箕斗闸门意外自动打开的缺点，但需要在井架上增加一套外动力卸载装置，结构复杂,卸载休止时间长，而且增加了设备投资和维护检修工作量。由于是气动操作，经常出现气压不稳，造成汽缸动作滞后现象，严重时打不开闸门。在正常情况下，箕斗运输卸载位置停稳后，捕捉器须走完一段空行程后，才能将闸门托住并开始往上提，这样就增加了箕斗停止时间(一般为810)，即增加了一次提升循环时间，有时不能满足生产需求,仍须进行改进。1.1.3第三代箕斗为克服一二代箕斗的缺点，我国又研制开发了第三代产品，曲轨自动开闭侧底扇形闸门上开式箕斗。第三代箕斗卸载无需外动力，整个卸载过程可实现自动化，箕斗进入曲轨起弯点时，闸门即开始打开，箕斗至停罐位置时，卸载时间已进行了20%30%，缩短了箕斗的休止时间，即缩短了箕斗一次提升循环时间，从而为煤矿增产增效提供了有利的条件。上开式扇形闸门箕斗的主要结构特点是扇形闸门安装在斗箱下部，在井架上安装有固定卸载曲轨，闸门的开闭是利用提升绞车的牵引力通过卸载曲轨来实现，其卸载方式为箕斗到达卸载位置，卸载滚动轮进入固定曲轨，利用绞车牵引力自动将闸门打开，其优点是，上开式扇形闸门无论是打开还是关闭状态，闸门都不伸出箕斗外廓，从根本上消除闸门自重和煤压作用下意外地自动打开而造成井筒装备及箕斗损坏事故的发生，而且不需外动力，能够自动卸载，这种箕斗的休止时间短，闸门打开时，煤流开始加速，形成了往煤仓去的抛物线，故撒煤量很小。这种箕斗在井下采用液动或气动装载，上口采用自动卸载，下口作业时间大于上口休止时间，上口可以不设打点工，直接由装载工向车房发送信号，并根据井下发出的信号开车。上开式扇形闸门箕斗是国内比较先进的结构形式，目前许多矿井将老式箕斗改造为上开式扇形闸门箕斗，从而提高了生产能力和经济效益。1.2箕斗概述立井多绳箕斗是在煤矿立井中用来配合摩檫轮提升机提升矿物的一种提升容器。目前我国煤矿使用的是JD系列立井多绳提煤箕斗，该系列已标准化。本设计中采用上述第三代箕斗。1.2.1JD系列立井多绳提煤箕斗的品种JD系列多绳提煤箕斗按罐道分，有钢丝绳罐道和刚性罐道两种。钢丝绳罐道箕斗其罐道布置在箕斗两侧面的四角，导向用分滑套。刚性罐道箕斗采用矩形断面罐道、胶轮滚动罐耳，罐道布置在箕斗两端。JD系列多绳提煤箕斗按装载方向又可分为同侧装卸式和异侧装卸式两种。结合罐道和装卸载方向的不同，JD系列多绳提煤箕斗共有四种型式、即：钢丝绳罐道、同侧装卸式多绳提煤箕斗，型号JDS;钢丝绳过道、异侧装卸式多绳提煤箕斗，型号JDSY；刚性罐道、同侧装卸式多绳提煤箕斗，型号JDG；刚性罐道、异侧装卸式多绳提煤箕斗，型号JDGY。基地系列立井多绳提煤箕斗按名义重量分有4、6、9、12和16五种吨位；按斗箱断面分，有2200x1100毫米、2500x1300毫米和2400x4550毫米三种尺寸；按提升钢丝绳数分有4绳和6绳两种。结合以上不同种类共组成二十八个规格品种。1.2.2JD系列立井多绳提煤箕斗主要部件结构简述JD系列立井多绳提煤箕斗由提升钢丝绳悬挂装置、框架、斗箱、闸门装置、尾绳悬挂装置、导向装置、活动盖板和安全蓬等部件组成。井底煤仓的煤炭通过装载设备计量斗装入箕斗斗箱。箕斗提升到地面后，借助安装在卸载位置的固定曲轨打开底部闸门，将煤卸入井口煤仓。卸载后，箕斗逐渐下放离开卸在位置时，闸门凭借自身的重力关闭，于是空载箕斗可下放至井底重新进行装载工作。本设计内容主要是导向装置，下面主要对该部分进行介绍。JD系列箕斗有钢丝绳与矩形钢两种罐道形式。钢丝绳采用滑套导向管结构。分半衬套用尼龙或黄铜制成，活动上盖与底座交接，以便衬套磨损后更换。矩形钢罐道采用滚轮罐耳装置结构（本设计中就使用它），其详细结构见图纸。三个滚轮装置组成一组，安装时焊接在箕斗上盖及底架的两端。在支架上装有两组橡胶缓冲垫，用以保证滚轮紧贴罐道运行，减少容器水平摆动产生的冲击，使运行平稳而无噪音。滚轮罐耳装置的橡胶轮直径有250、300及350三种，本设计用350滚轮。不管是钢丝绳箕斗还是刚性罐道箕斗，在两侧中立柱上、下部位均设有四个钢铸罐耳，以便箕斗在装卸时稳罐，以及提升过卷时能进入楔形罐道。另外，采用滚轮罐耳装置的箕斗，还必需增设辅助钢罐耳作为安全保护之用，该罐耳在正常运行中与刚性罐道是不接触的。第二章 设计计算2.1滚轮罐耳装置设计计算 JD系列多绳箕斗刚性罐道导向装置采用橡胶滚轮罐耳装置。按照滚轮直径不同设计了三种规格，即：250滚轮装置用于4、6吨箕斗、300滚轮装置用于9、12吨箕斗和350滚轮装置用于16、17吨箕斗。2.1.1滚轮作用力计算滚轮罐耳装置在工作中承受罐道传来的横向冲击载荷，根据有关资料介绍其值约为终端载荷的，即：=(+) kN式中：箕斗自重，kN箕斗载重，kN缓冲套和连接销的作用反力、和（如图1）可由下列平衡式求出：图1滚轮受力简图=+（1）=（2）+=+（3）解（1）式和（2）式得：= kN= kN代入（3）式得：=+-=1 kN对于17吨箕斗采用350滚轮罐耳装置，查前面表可知：（根据JDG17/906箕斗选取）=169 kN=170 kN=()(169+170)=33.928.3kN设计计算取34kN；根据图及表查得=240mm, =155 mm, =85 mm代入有关各式得：=34=40kN=34=22.2kN=40+22.2-34=28.2kN2.1.2滚轮轴强度计算 图2滚轮轴受力滚轮轴工作中可视为受集中载荷P作用的悬臂梁剪力图和弯矩图如图3(a)剪力图 (b)弯矩图 图3弯矩=PL=340.08=2.72kNm弯曲应力=99MPa式中 抗弯截面系数，圆柱的抗弯截面系数=；滚轮轴材料45号钢，=600 MPa，许用弯曲应力=190MPa=116MPa式中按类载荷计算的应力折减系数=0.65+0.35=0.651.11.51.2+0.35=1.637，故强度足够。2.1.3滚轮轴承寿命验算作用于滚轮轴承的径向载荷是横向冲击力。每个滚轮使用两个单列圆锥滚子轴承，因此每个轴承的径向载荷为，由于不存在轴向载荷，故轴承的当量动载荷即为其径向载荷。轴承寿命计算表达式为：C=()式中C轴承的额定动载荷，由轴承尺寸表中查出32213号单列圆锥滚子轴承的额定动载荷为115kN。轴承寿命系数 =；轴承载荷系数，由于载荷已按冲击载荷考虑，故可取较小植=1.2；轴承速度系数，=轴承温度系数，工作温度小于100时=1；寿命指数，球轴承=3,滚子轴承=；额定寿命（按小时计算h）；n工作转数，r/m；当量动载荷为=17kN；轴承工作转数由下式求出：n=655 r/m；式中箕斗运行速度m/s； 滚轮直径，350滚轮0.35m；速度系数 =0.41；代入寿命计算表达式得：115=()=2.31轴承的额定寿命=500=8124h从计算结果看，350滚轮罐耳装置的轴承寿命稍短，仅8000多小时，但考虑到计算中的工作载荷实际上是瞬时冲击载荷，在正常运行中载荷将小于这一数值，故所选轴承是可用的。2.1.4轴架连接销轴强度验算连接销轴连接轴架和底座，其工作载荷应为，现按均布载荷简支梁验算，计图4 轴架连接销简图算简图如图4对于350滚轮装置， =28.2kN, =40mm, L=88mm, =75mm；轴架连接的剪力和弯矩如图5所示(a) 剪力图 (b) 弯矩图图5M=(L-)=(88-)=356Nm；=56.5MPa；式中 抗弯截面系数；销轴材料45号钢，=600MPa；与前述滚轮轴强度计算相同，可取许用弯曲应力为=116MPa；=56.5MPa,故强度满足2.2缓冲套碟形弹簧设计计算具有截圆外形的碟形弹簧如图6所示，特征曲线如图7所示；常用材料为60Si2MnA、55CrVA钢等。经回火淬硬后，综合力学性能稳定，能在250300以下工作。当它受到沿周边均匀分布的轴向力F时,升角X（X=）将变小，相应使弹图6 碟形弹簧簧产生轴向变形（压缩量）（图6碟形弹簧中的b）。根据理论分析，这种弹簧的特征线很复杂，比值对弹簧工作性能影响很大。愈大的弹簧，在开始压缩的前一阶段，刚性很大，等到压到一定程度后，刚度又会迅速下降，如图7中的=2，甚至为负刚度。值得提出的是=的弹簧，在某一区间内，即使变形有变化，而载荷却近乎不变。这一特征很重要，它提供了在一定范围内保持载荷恒定的方法。在设计中经常利用碟形弹簧的这一特征。本设计为了计算方便取1.5，因为它近似于=，其实两者的特征曲线非常相似。图7 碟形弹簧特的征曲线1.73；此处取2.4；当=42时；=2.4=2.442=17.5；=1828；此处取=28；则=1.5；根据碟形弹簧的特征曲线，取1.5；则=1.5=1.51.5=2.25；0.75h；=(0.150.2)h；取=0.2h=0.22.25=0.45；安装预压缩量；此处取=0.26=0.262.250.5850.6； 轴向变形量；当轴向变形为时碟形弹簧的承载能力F=.051.34=3.23kN；式中E弹性模量合金钢E196216GPa； 此处取E200GPa；其中 =(-)(-)+1 =(-)(-)+1=1.05；式中泊松比合金钢0.250.30； 此处取0.28；=(-)=(-)3.14=1.34；式中=2.4；弹簧的最大应力发生在弹簧内侧的外表面上，为压应力。最大应力：= =1.88 =1918MPa；其中（-1）(-)+=()(-)+=1.88；当循环次数N5时，许用应力=1900 MPa2000 MPa；=1918MPa ；故上面设计的碟形弹簧满足要求。已知缓冲套最大受力=40.46kN；=12.5；碟形弹簧数至少取13个。 图8 组合碟形弹簧及其特性线碟形弹簧的组合方式不同，可以有不同的弹簧特性，参阅图8。为了便于比较，假设单片碟形弹簧具有如(a)所示的线性关系。 1)当要求变形量较大时，可以采用对合式组合碟形弹簧(b)，这时，总变形量与碟数成正比，而载荷与一个碟形弹簧相同；2)当要求承受较大载荷时，可以采用堆积式组合碟形弹簧(c)，这时，允许总载荷与碟数成正比，而变形量则与一个碟形弹簧相同；3)此外，还可以根据需要设计成变刚度的组合弹簧(d)。堆积式组合碟形弹簧不仅刚度很大，承载能力很高而且可借变形时各碟之间的摩擦作用，使部分冲击能量转变为热能，所以它能用作缓冲弹簧。要求吸收更多能量时，还可以在各碟之间加上橡皮一类的垫片，以增加弹簧工作时的摩擦阻力。本设计中缓冲套采用图8中(d)类变刚度组合弹簧。因为缓冲套承受最大力40kN，碟形弹簧必须满足其刚度要求。煤矿箕斗要求的导向精度不是非常高，可以允许有误差，(d)类碟形弹簧恰好满足刚度和变形要求。第三章 焊接工艺设计3.1焊接连接概述 焊接是将两个分离的金属工件，在接头处进行局部加热、加压或既加热又加压，使其连接成为一个整体的加工方法。 作为不可拆卸的连接方法，焊接与铆接相比，具有节省金属、生产率高、致密性好和便于机械化、自动化操作等优点，故在工业生产中，大量铆接件已被焊接件所取代，焊接已成为制造金属结构和机器零件的一种基本工艺方法。例如，万吨水压机、万吨级远洋轮、高架吊车、汽车车身等都大量使用焊接，有些大型机床（如大型立式车床的机架）也常利用钢件焊接。此外，焊接还可以用来修补铸、锻件的缺陷及磨损的机器零件。 焊接时，经受加热、熔化随后冷却凝固的那分金属，称为焊缝。被焊接的工件材料，称为母材。两个工件的连接处，称为焊接接头，它包括焊缝及焊缝附近的一段受热影响的区域。3.2连接成型材料和成型方法的选择3.2.1连接成型材料的选择所选材料必须满足结构件使用性能要求，如材料的力学性能，耐磨、耐腐性能等。在满足使用性能的前提下，尽量选择焊接性能良好的材料，如低碳镇静钢、普通低合金钢和某些牌号的非铁金属，以便采用常规的连接方法，简化连接工艺，在低成本的前提下，生产出质量优良的成型构件。某些情况下，必须采用一些焊接差的金属及合金时，应考虑：焊接差的材料只应用于中、小件，而不应用于厚大焊接件的制造；焊接构件时，应采用对金属加热少的焊接方法和焊接规范，以减少构件内应力及热变形，避免产生裂纹等缺陷。例如：采用电子束焊，真空扩散焊等方法，减少加热对构件产生的影响；根据结构复杂程度、板料厚度及焊缝布置情况，采用不同的焊前预热和焊后缓冷规范；焊后采用热处理消除氢的影响，消除构件内应力及性能的不均匀性。本设计中的轴架选用Q235钢板和45优质碳素钢。Q235钢板焊接性能良好,45钢经调质处理，综合机械性能良好，能承受较大冲击载荷，属于中碳钢，焊接性能也好。底座选用Q235钢板和45钢,性能如上述。3.2.2连接成型方法的选择表1常用连接方法的特点与应用情况连接方法热影响变形生产率可焊空间位置适用板厚(mm)应用情况气焊大小低全0.53主要用于薄板非重要结构的修补工作手工电弧焊较小较小较低全120一般结构埋弧焊小小高主要平焊位置860梁、柱圆筒形容器，船体甲板拼焊氩弧焊小小较高全0.520合金钢、不锈钢、非铁金属、稀有金属结构 CO2焊粗丝小小较高主要平焊位置530车辆、船舶、桥梁等钢结构焊件厚件细丝小小较高全0.55车辆、船舶、桥梁等钢结构焊件薄件电渣焊大大高立40450重型机械如水压机、水轮发电机、轧钢机等离子焊小小高全112合金钢、不锈钢、非铁金属、稀有金属结构电子束焊极小极小高全560航空、航天、非铁金属、贵重金属激光焊极小极小高全0.140航空、航天、非铁金属、贵重金属点焊小小高全0.53电器、汽车、建筑、轻工产品缝焊小小高平0.54电器、汽车、建筑、轻工产品连接成型方法的选择正确与否直接影响产品质量、生产效率、劳动强度和劳动条件等。连接成型方法选择不当，甚至导致焊接失败。连接成型的选择取决于所选焊接结构材料的材质、厚度、焊接性、结构复杂程度、焊缝形式、焊缝位置、生产要求、设备条件等因素。例如，低碳结构钢可采用各种方法焊接，但板材厚度在40mm以上，采用电渣焊生产效率高；板材厚度在840mm时，采用埋弧焊合适，但对于位置、方向各异的短焊缝，则应采用CO2粗丝焊或手工电弧焊；18mm的低碳钢板结构可用CO2细丝焊或手工电弧焊进行焊接；对于13mm的薄板结构，为提高生产率和减小变形还可以采用电阻点焊、缝焊。 底座、轴架厚度1012mm，因用于导向装置，要求热影响小，变形小；非成批生产；要求全面的可焊空间；它们属于一般结构。综合以上特点，由上面表1可知，底座、轴架应选用手工电弧焊（手弧焊）焊接。手弧焊是利用焊条与焊件之间产生的电弧热量，将焊条及焊件熔化，从而获得紧固接头的一种手工操作的焊接方法。3.2.2.1手弧焊焊接过程及焊接电弧焊接前，先将工件和焊钳通过导线分别连接到电焊机的两极上，并用焊钳夹持焊条。焊接时，先将焊条与工件瞬时接触，造成短路，然后迅速提起焊条，并使焊条与工件保持一定距离，这时，在焊条与工件之间便产生了电弧。电弧热将工件接头处和焊条熔化，形成一个熔池，随着焊条沿焊接方向向前移动，新的熔池不断产生，原先的熔池则不断地冷却、凝固，形成焊缝，从而使分离的工件连成整体。焊接电弧是由焊接电源供给的，它是在具有一定电压的两极间或电极与焊件间及在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成，如图9。电弧紧靠近负电极的区域为阴极区，电弧紧靠近正电极的区域为阳极图9焊接电弧的组成区，阴极区和阳极区之间的部分为弧柱，其长度相当于电弧长度。用钢焊条焊接钢材时，阴极区的温度为2400K，产生的热量约为电弧总热量的36，阳极区的温度为2600K，产生的热量约占电弧总热量43，弧柱的中心温度最高，可达6000K8000K，热量约占总热量21。用直流电进行焊接时，由于正负极上的热量不同，所以有正接和反接良种接线方法。当工件接正极，焊条接负极时称正接罚，这时电弧中的热量大部分集中这工件上，这种接法多用于焊接较厚的工件；若工件接负极，焊条接正极则称反接法，用于焊接较薄的钢制工件和有色金属件。在使用交流电进行焊接时，由于电弧极性瞬间变化，因此这焊条于工件上的热量和温度分布相等的，不存在正接反接问题。3.2.2.2手弧焊的设备交流电焊机交流电焊机焊供给焊接电弧的电流是交流电，它实际上是符合焊接要求的降压变压器，其输出电压与普通变压器的输出压不同，它随输出电流（负载）的变化而变化。空载时，电焊机的电压为60V80V，既能满足顺利引弧的需要，对人身也比较安全。引弧以后，电压会自动下降到电弧正常电压20V30V。当引弧开始，焊条与工件接触形成短路时，电焊机的电压会自动降到趋于零，使短路电路不致过大，另外它还可以根据焊接需要调节电流大小。调节电流分为两极；一级是粗调，通过扭动转换开关来实现电流的大范围调节；另一级是细调，通过旋转受柄改变电焊机内可动铁芯或可动线圈的位置使电流调到焊接所需位置。交流电焊机的优点是结构简单，价格便宜，使用可靠，维修方便，工作噪音小；缺点是焊接时电弧不够稳定。直流电焊机直流电焊机供给焊接电弧的电流是直流电。例如，硅整流直流电焊机，它的结构相当于在交流电焊机的基础上加上整流器，从而把交流电变成直流电，这样就弥补了交流电焊机电极稳定性不好的缺点。在焊接质量要求高过焊接薄的碳钢件、有色金属、铸铁和特殊钢时，宜采用直流电焊机。3.2.2.3焊条焊芯是以根具有一定直径和长度的金属丝。焊接时焊芯的作用：一是作为电极，产生电弧；二是熔化后作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。焊条的直径是用焊芯直径表示的，常用的直径为3.2mm6mm,长度为350mm450mm。涂在焊芯外面的药皮，使电弧容易引燃并稳定燃烧以致改善焊接工艺性能；产生大量气体和形成熔渣以保护熔池金属不被氧化，起到机械保护熔池的作用；添加合金元素，以提高焊缝金属的力学性能。按焊条药皮用途的不同可分为结构焊钢条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等。由于焊条药皮类型的不同，适用的电源类型也不同，有些焊条交、直流电源都可以应用，有些焊条则只能用于直流电源不能用于交流电源。焊条可分为碱性焊条和酸性焊条两大类。酸性焊条工艺性好（焊接时电弧稳定，飞溅小、易托渣等），但氧化性较强，焊缝的力学性能及抗裂性较差，所以只适用于交、直流电源焊接的一般结构。碱性焊条脱硫脱磷能力强，金属焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，特别是韧性高，但焊接时电弧稳定性差，对水、油和铁锈敏感，易产生气孔，故焊前需要烘干，并彻底清除焊件上的油污和铁锈，一般用于直流电源焊接重要结构。3.3连接成型件的形状与接头形式以及焊接规范的选择3.3.1连接成型件形状的选择 成型件结构常选择最简单的形状，如直线形、圆柱形、半球形、球形等。因为以上构件的施工工艺好，便于采用高生产率的自动焊接方法；且当采用必要的工艺装备的情况下，大都在水平位置进行焊接，能方便自由地接近焊缝正面和跟部，焊缝长度最短，且填充金属量最少。本设计中的成型件形状是直线形（板材）和圆柱形（棒料），满足上述条件。3.3.2接头形式的选择与设计接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等方面因素综合考虑决定。接头形式可分为对接接头、角接接头、丁字接头及搭接接头四种，常用接头形式与基本尺寸如图10所示。对接接头受力比较均匀，是用得最多的接头形式，重要受力焊缝应尽量选用。搭接接头因两工件不在同一平面，受力时将产生附加弯矩，而且金属消耗量也大，一般应尽量避免采用。但搭接接头不需的，开坡口，装配尺寸要求不高，对某些受力不大的平面联接与空间架构，采用搭接接头可节省工时。角接接头与丁字接头受力情况都比对接接头复杂些，但接头成直角或一定角度联接时，必须采用这类接头形式。手工电弧焊板厚在6mm以下对接时，一般可不开坡口直接焊成。板厚较大时，为了保证焊透，接头处应根据工件厚度预制各种坡口，坡口角度和装配尺寸可按标准选用。厚度相同的工件常有几种坡口形式可供选择，V形U形坡口只需一面焊，可焊透性较好，但焊后角变形较大，焊条消耗量也大。X形坡口和双面U形坡口两面施焊，受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面都焊到，所以有时受到结构形状限制。U形坡口和双面U形坡口跟部较宽，允许焊条深入运条，容易焊透，而且焊条消耗量也较小；但因坡口形状复杂，需用机械加工准备坡口，一般只在重要的受动载荷的厚板结构中采用。设计焊接结构件最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的焊接接头。如果采用两块厚度相差较大的金属材料进行焊接，则接头处会造成应力集中，而且接头两边受热不均匀易产生焊不透等缺陷。根据生产经验，不同厚度金属对接时，允许厚度相差如表2所示。如果1超过表中规定值，或者双面超过2(1)时，应在较厚板料上加工出单面或双面的过渡形式，如图11所示。 不开坡口 V形坡口 X形坡口U形坡口 双面U形坡口对接接头 不开坡口 单边V形坡口 K形坡口 U形坡口丁字接头不开坡口 单边V形坡口 V形坡口 K形坡口交接接头图10手工电弧焊接头形式表2不同厚度金属材料对接时允许的厚度差较薄板的厚度(mm)256891112允许厚度差1(mm)1234L5（1） L2.5（1） 图11不同厚度金属材料对接的过度形式综合考虑本设计中板材的厚度，结构工艺性，在图10中选用不开坡口的丁字形接图12底座焊接接头形式及焊缝布置情况头和单边V形坡口的交接接头焊接。底座的焊接接头如图12所示，轴架的焊接接头如图13所示。另外，为减小因壁厚不均引起的变形，当焊接钢板和棒料时，先将棒料钻孔，孔直径比最终直径小2mm，再焊接，这样钢板和棒料的厚度差大大减小，因受热不均引起的变形也大大减小。焊接完成后，再半精加工将2mm的加工余量去除。 图13轴架焊接接头形式及焊缝布置情况3.3.3焊接规范焊接规范包括选择合适的焊条直径、焊接电流、焊接速度和电弧长度，焊接规范是影响焊接质量和生产率的重要因素。焊条直径主要取决于工件的厚度，工件厚则应选用较粗的焊条。平焊低碳钢时，焊条直径与焊接电流可按表3选取。表3焊条直径与焊接电流的选择焊接厚度/mm234561212焊条直径/mm23.23.244556焊接电流/A5560100130160210200270270300焊接电流也可根据焊条直径选取。平焊低碳钢时，焊接电流和焊条直径的关系为： I（3060）d式中 I焊接电流（A）；焊条直径（mm）；上式求得的焊接电流只是一个大概的数值。实际操作时，还要根据工件厚度、焊条种类、气候条件等因素，通过试焊来调整焊接电流的大小。焊接速度是指焊条沿焊接方向移动的速度。手工电弧焊时，焊接速度的快慢由焊工凭借经验来掌握。电弧长度是指焊条芯端部与熔池之间的距离。电弧过长时，燃烧不稳定，并容易产生缺陷，因此，操作时需采用短电弧，一般要求电弧长度不超过焊条直径。3.4连接成型件焊缝的布置原则合理的布置焊缝位置是连接成型件工艺设计的关键，它与产品质量、生产率、成本以及工人的劳动条件有着密切的关系。其一般工艺原则如下。3.4.1焊缝位置应便于操作，手工电弧焊要考虑焊条操作空间，如图14(a)空间太小不便于操作焊条，而(b)就可以很好地操作。(a) (b)图143.4.2焊缝位置布置应有利于减少焊接应力与变形焊缝应避免过分密集与交叉，如图15(a)焊缝过于密集，造成应力集中，焊件 (a) (b) 图15变形急剧噌大。图(b)改进结构工艺后，焊缝分散，可大大减少上述缺点。尽量减少焊缝数量。焊缝数越多，焊接时热影响区域就越大，变形也就越大，如图16(a)，可通过改善结构工艺来减少焊缝数量，进而减少变形，如(b)图。(a)(b)图16焊缝应尽量对称布置，图17 (a)的焊缝分布不对称，构件受残余应力 作用不平衡，一段时间后会导致结构件弯曲变形，影响工作性能。而(b)图中焊缝布置相对均匀，可消除上述不利处。 (a)(b) 图17焊缝端部的锐角处应该去掉，因为锐角处产生很大的残余应力集中，引起焊接件发生变形，图18(a)就是这种情形，尖角处应力急剧增大，在交变载荷作用下，很(a)(b)图18容易发展为裂源。(b)图削去其尖角，改为钝角，可有效的避免该情况发生。3.4.3焊缝应尽量避开最大应力或应力集中处，图19 (a)焊缝在作用力F处，非常危险，梁很容易发生断裂。而(b)图的焊缝避开了危险截面，虽然焊缝增加了，但是安全(a) (b)图19性能大大提高了。3.4.4不同厚度工件焊接时，接头处应平滑过度，这样做的目的还是为了减少应力集中。在20图中，(b)图比(a)图好。 (a)(b)图203.4.5焊缝应避开加工表面，因为加工表面有精度要求，如果焊缝接近加工表面，加工表面会因焊接时受热不均匀而发生变形，影响表面精度，图21中(a)图就明显说明了这一点，而(b)图则避免了这种情况的发生。(a)(b)图21由图14图21的焊缝布置原则，再综合底座和轴架的结构工艺特点，最后画出底座和轴架的焊缝分布图，如图12、如图13（焊缝布置和接头形式在同一图上）。3.5手弧焊操作技术3.5.1引弧引弧就是使焊条和工件之间产生稳定的电弧。引弧时，将焊条端部与工件表面接触，形成短路，然后迅速将焊条提起2mm4mm，电弧即被引燃。引弧方法有敲击法和摩擦法两种。摩擦法类似擦火柴，焊条在工件表面划一下即可，敲击法是将焊条垂直地触及工