李靜宇 李曉闖 吳慶富 韓艷紅

河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司 長垣 453400

0 引言

端梁是橋架的重要組成部分，其作用是在連接大車運(yùn)行裝置和主梁的同時將主梁所受載荷通過端梁及端梁上的輪組反饋到鋼結(jié)構(gòu)車間或建筑結(jié)構(gòu)上。目前，端梁可分為2種結(jié)構(gòu)：一種是矩形管式箱形端梁，另一種是焊接箱形端梁。傳統(tǒng)的箱形端梁大多采用人工焊接、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)，焊接質(zhì)量只能依靠工人焊接技術(shù)的高低來決定，且焊接成本較高。因此，如何既保證端梁質(zhì)量又降低成本、優(yōu)化端梁制作工藝、提升端梁的使役性能是現(xiàn)今起重機(jī)行業(yè)研究的重點(diǎn)。

本文主要針對焊接箱形端梁設(shè)計了一種船形位焊接加工裝備，有效解決了端梁制作過程中機(jī)械化程度低，人工施焊困難，焊接質(zhì)量無法保證，焊接效率低下等問題，節(jié)約了大量的人工成本和時間成本，大幅提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

1 研究內(nèi)容及要求

1.1 研究內(nèi)容

采用龍門架結(jié)構(gòu)機(jī)床，通過新型焊接機(jī)頭以及箱形端梁焊接用支架，將焊接方式從平角焊調(diào)整為船形位焊接，以達(dá)到提高焊接質(zhì)量的目的。該設(shè)備主要由龍門架、懸掛式埋弧焊機(jī)頭、焊劑給料及回收系統(tǒng)、新型機(jī)械跟蹤機(jī)構(gòu)以及箱形端梁焊接用支架等組成。龍門速度由變頻器控制，無級調(diào)速。懸掛式埋弧焊機(jī)頭帶有水平拖板、旋轉(zhuǎn)盤，可調(diào)整焊槍位置和角度。通過跟蹤機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對箱形端梁的自動跟蹤焊接，端梁船形位焊接加工裝備如圖1所示。

圖1 端梁船形位焊接加工裝備圖

1.2 端梁規(guī)格及相關(guān)參數(shù)

圖2為箱形端梁結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置適用于拼焊式箱形端梁的工業(yè)化生產(chǎn)制作，其參數(shù)主要有：上、下蓋板厚度為6～20 mm，主、副腹板厚度6～20 mm，端梁高度為382～1 000 mm，端梁寬度為320～650 mm，端梁質(zhì)量為3 500 kg，端部加強(qiáng)板厚度為5～ 6 mm。

圖2 箱形端梁結(jié)構(gòu)圖

分段解體端梁腹板、下蓋板組對時留有10 mm間隙（見圖3a），端部加強(qiáng)板如圖3b所示。

圖3 端梁組裝示意圖

1.3 端梁焊縫焊接技術(shù)要求

1）端梁角焊縫焊腳大小為6～12 mm，最大角焊縫按照腹板厚度為20 mm，開制鈍邊10 mm、單邊45°的V形坡口，外側(cè)焊腳大小為12 mm，焊縫形式如圖4所示。

圖4 角焊縫示意圖

2）外側(cè)角焊縫的焊腳大小6～12 mm，采用埋弧焊船形位置焊接。

3）角焊縫的焊接方式必須滿足焊腳大小要求，應(yīng)保證焊縫外觀質(zhì)量。

4）焊接6 mm角焊縫的焊接速度應(yīng)達(dá)到700 mm/min以上。

2 研究過程及方法

根據(jù)焊接箱形端梁在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的缺陷和問題，設(shè)計并試制了該裝備，其主要由龍門行走機(jī)架及定位追蹤裝置、焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、箱形端梁支撐工裝、焊絲回收裝置以及安全裝置等組成，該裝備結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。端梁船形位焊接加工裝備零部件參數(shù)如表1所示，焊機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

圖5 端梁船形位焊接加工裝備結(jié)構(gòu)布局形式圖

表1 裝備零部件清單

表2 焊機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.1 龍門行走機(jī)架

龍門架各部件由螺栓連接而成，各部件所用型材經(jīng)焊接、去應(yīng)力處理、精加工而成。龍門行走機(jī)架由交流電動機(jī)驅(qū)動、經(jīng)減速器減速后可實(shí)現(xiàn)縱向空行走或焊接行走，行走速度由變頻器控制，采用無級調(diào)速以便適應(yīng)不同焊接速度的控制。

在橫梁位置安裝滑鞍，帶動導(dǎo)柱在龍門架的橫梁上左右運(yùn)動。橫向運(yùn)動采用交流電動機(jī)作為驅(qū)動力，驅(qū)動減速器帶動齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滑鞍的左右移動?；吧习惭b有8組導(dǎo)向輪分別與橫梁和導(dǎo)柱接觸，8組導(dǎo)向輪中的4組輪為偏心輪，安裝4組偏心輪的作用是當(dāng)導(dǎo)向輪與橫梁或立柱之間產(chǎn)生間隙時，能很方便地調(diào)節(jié)各部件的間隙，保證長時間使用后設(shè)備能夠穩(wěn)定工作。

2.2 焊接系統(tǒng)

該裝置選用單弧焊接系統(tǒng)，與傳統(tǒng)焊接裝置相比，焊絲直徑由2.5 mm變更為 3.2 mm，焊絲盤單件設(shè)計質(zhì)量由10 ～25 kg 增加至100～250 kg。選用單支座雙出結(jié)構(gòu)設(shè)計節(jié)約龍門上平臺的安裝空間，焊絲盤旋轉(zhuǎn)送絲時阻尼可調(diào)達(dá)到減小送絲阻力的目的，焊絲盤旋轉(zhuǎn)即可適應(yīng)焊槍橫向移動后送絲路徑相對不變，從而有效保證了送絲的順暢，焊絲盤結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 焊絲盤結(jié)構(gòu)布局形式圖

對跟蹤機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，相比原有機(jī)頭整個跟蹤機(jī)構(gòu)的長度變短，相較原高度跟蹤剛性更好，更適合高負(fù)荷、長時間作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)正反向焊接—龍門焊正反向均可進(jìn)行焊接，無空回程時間，可提高加工效率，減少加工時間。跟蹤機(jī)構(gòu)如圖7所示。

圖7 跟蹤機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 控制系統(tǒng)

采用集中控制方式以控制龍門架行走、焊接機(jī)頭調(diào)節(jié)、焊劑回收裝置起停、2臺焊接電源的引弧+收弧+送絲等。焊接過程可自動進(jìn)行，并設(shè)有急停按鈕。焊接速度數(shù)字（變頻器控制、無級調(diào)速）可顯示于控制面板上，方便操作與觀察。

2.4 焊劑回收系統(tǒng)

該裝置與大料桶、小料斗配套使用下回收焊劑，由交流電動機(jī)驅(qū)動，負(fù)壓風(fēng)機(jī)控制，采用除塵袋過濾。在回收過程中，微粉塵與焊劑自動分離，無環(huán)境污染，有效回收率達(dá)95%以上，外形美觀，工藝先進(jìn)，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，安全可靠，操作方便。

2.5 安全裝置

為方便操作工人到龍門焊上方平臺操作，在龍門焊的一側(cè)安裝有爬梯，爬梯由鋼管焊接而成。為保證操作工人的安全，在操作平臺上還安裝有防護(hù)欄，防護(hù)欄的高度為1 m左右，能保證操作工人的安全。

2.6 焊接箱形端梁制作過程

首先將需要焊接的拼焊式箱形端梁點(diǎn)焊，然后將工件吊運(yùn)至焊接用支架上固定等待焊接并進(jìn)行定位。調(diào)整待焊接位置，選擇焊接程序，沿端梁外側(cè)焊縫進(jìn)行焊接，分別對4條焊縫進(jìn)行焊接，一次性焊接完成。焊接的同時對焊劑進(jìn)行回收，最后檢查焊縫質(zhì)量，對不合格的工件進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

考慮到下料及組焊尺寸偏差，端梁翼緣板邊緣距腹板尺寸為30～115 mm，（標(biāo)準(zhǔn)端梁翼緣板邊緣距腹板尺寸為34～112 mm），預(yù)留加工余量。檢查工件外觀質(zhì)量，進(jìn)行打磨處理。對工件尺寸進(jìn)行校量，檢驗(yàn)工件是否達(dá)到圖紙尺寸要求，合格工件轉(zhuǎn)運(yùn)至下一道工序。

2.7 端梁船形位焊接加工裝備應(yīng)用

該裝置目前已安裝應(yīng)用于通用橋式起重機(jī)箱形端梁的加工制作，改變了橋式起重機(jī)端梁的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。端梁工件合格率提升至98%，有效降低端梁局部開裂發(fā)生的幾率。生產(chǎn)效率與人工焊接相比提高2～3倍，縮短生產(chǎn)周期20%～45%，可實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)，節(jié)約人工成本約30%。

3 結(jié)語

端梁船形位焊接加工裝備采用龍門機(jī)架行走，新型單絲焊接機(jī)頭，開放式焊絲盤，配合集中控制系統(tǒng)，保證了焊接行走的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了焊接質(zhì)量。該加工裝備尚有不足之處，如智能化程度有待進(jìn)一步提高，可通過與更加先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)配合，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，后期可嘗試將其應(yīng)用于起重機(jī)主梁的生產(chǎn)制造，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。