高架鋼結(jié)構(gòu)立庫(kù)立柱焊接變形的控制

蔣秋嬋

（廣西機(jī)械工業(yè)研究院，廣西 南寧530001）

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市汽車保有量的劇增，導(dǎo)致城市靜態(tài)交通問題日趨尖銳。車輛無處停放的問題是城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)今，停車問題已經(jīng)引起越來越多的社會(huì)關(guān)注，如何解決停車難問題也成為人們?cè)絹碓疥P(guān)心的問題。而采用占地面積小、停車密度高的機(jī)械式立體車庫(kù)，已是趨于共識(shí)的選擇。

立體機(jī)械停車設(shè)備以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性，已被廣大用戶接受。

立體停車設(shè)備的發(fā)展在國(guó)外，尤其在日本，已有近三四十年的歷史，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上，均已獲得了成功。

我國(guó)也于上世紀(jì)90年代初，開始研究開發(fā)機(jī)械立體停車設(shè)備，距今已有近20年的歷程。在城市加快發(fā)展，資源越來越緊缺的情況下，要解決停車難題，應(yīng)該多向地下和空間要車位。

立體車庫(kù)節(jié)省空間及土地資源，具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。如果采用雙層機(jī)械車庫(kù)，可使地面的使用率提高80%～90%，如果采用地上多層立體式車庫(kù)的話，就可以大大節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。

1 立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)形式分析

目前，由于我國(guó)還沒有一套完整的立體車庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范,立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)形式多種多樣，本節(jié)針對(duì)垂直提升式立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析。垂直提升式立體車庫(kù)類似于電梯的工作原理，與大型企業(yè)用來儲(chǔ)存、堆垛產(chǎn)品零件的高架立體倉(cāng)庫(kù)相似，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車位，一般地面需一個(gè)汽車旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車庫(kù)一般高度較高（十米或幾十米），對(duì)設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，占地卻最小。垂直提升式立體車庫(kù)(多層型)支架采用鋼結(jié)構(gòu)，其中立柱采用箱體型鋼制結(jié)構(gòu)，橫梁多采用H 型鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有跨度大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)要求低、抗震抗風(fēng)能力強(qiáng)、外表美觀、建造周期短、維修費(fèi)用低等一系列的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的型材原料一般不采用軋制型鋼，而大多數(shù)都采用焊接型鋼，但箱體型鋼市場(chǎng)幾乎沒有。對(duì)于有加工能力和加工條件的企業(yè)來說,按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求自行制作立體車庫(kù)框架比購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)型材料要合理，同時(shí)能降低制作成套設(shè)備成本。

2 立體車庫(kù)焊接變形的有效控制

立體車庫(kù)的生產(chǎn)制造，主要是控制好鋼結(jié)構(gòu)立柱及橫梁的焊接加工工藝。立柱及橫梁產(chǎn)生變形，無非就是構(gòu)件在焊接的時(shí)候，鋼材應(yīng)力集中造成的，就是焊接處和其他部位的鋼材溫差太大而引起變形。本節(jié)結(jié)合本人在實(shí)際生產(chǎn)“高架立體倉(cāng)庫(kù)”制做過程中，出現(xiàn)焊接變形時(shí)進(jìn)行有效控制的方法，針對(duì)現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備，制作垂直提升式立體車庫(kù)的應(yīng)用。

“高架立體倉(cāng)庫(kù)”曾是柳州汽車廠、河北宣化工程機(jī)械廠、天津拖拉機(jī)制造廠等大型企業(yè)訂做的，用來儲(chǔ)存、堆垛產(chǎn)品零件的大型設(shè)備，該設(shè)備機(jī)架高達(dá)13 m，寬5 m，可在地面軌道上行走，中間導(dǎo)軌使載貨臺(tái)上下移動(dòng)，用以運(yùn)送零件。每根立柱重量達(dá)700 kg，整個(gè)機(jī)架的技術(shù)要求較高，組裝后立柱中心線組成的平面度不大于5 mm，導(dǎo)軌對(duì)行走輪中心連線的垂直度不大于7 mm，導(dǎo)軌在縱橫兩方向的垂直度不大于9 mm（見圖1）。

圖1 機(jī)架圖

筆者在兩次接受“高架立體倉(cāng)庫(kù)機(jī)架”生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)任務(wù)時(shí)，為了保質(zhì)保量地完成任務(wù)。首先對(duì)機(jī)架圖、部件圖、零件圖進(jìn)行了認(rèn)真的審閱，分析影響產(chǎn)品品質(zhì)的薄弱環(huán)節(jié)，制定了生產(chǎn)工藝和步驟，到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)生產(chǎn)，并對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，提出了改進(jìn)意見和方案，取得了較好成效。

2.1 解決機(jī)架立柱、橫梁的變形

機(jī)架立柱、橫梁都是由4 塊長(zhǎng)蓋板拼接而成（見圖2）。

圖2 立柱圖

上下蓋板Ⅰ、兩側(cè)蓋板Ⅱ厚度為均為10 mm，每塊鋼板長(zhǎng)寬尺寸都在6 000 mm×300 mm 左右，每塊蓋板凈質(zhì)量在140 kg 左右，既重又長(zhǎng)。

在下料前，首先把好原材料采購(gòu)關(guān)，原材料采購(gòu)時(shí)嚴(yán)格控制10 mm 鋼板要求開平板。上下蓋板Ⅰ采用等離子切割方法，切割速度快，切割品質(zhì)好（見圖3）。

圖3 蓋板Ⅰ

蓋板Ⅱ的切割品質(zhì)，對(duì)構(gòu)件的裝焊質(zhì)量有很大的影響，故蓋板Ⅱ采用剪床下料兩件拼接成一件（見圖4）。

圖4 蓋板Ⅱ

控制零件寬度尺寸，保證了兩側(cè)B 面的直線度，并且這樣拼接，可以提高材料利用率，節(jié)省材料損失。

由于板厚較薄，切割或剪切下料后的變形或殘余應(yīng)力，將導(dǎo)致上下蓋板Ⅰ、兩側(cè)蓋板Ⅱ的波浪型變形，側(cè)彎曲變形，變形量都在10～20 mm 左右（見圖5）。

圖5 蓋板Ⅱ扭彎變形、彎曲變形圖

拼裝前，開好的平板在切割完后，不能直接裝焊，必須先消除應(yīng)力。首先，應(yīng)去除板條邊緣的割渣、割瘤、氧化物，檢驗(yàn)兩側(cè)蓋板Ⅱ波幅變形量達(dá)到規(guī)范允許范圍，對(duì)焊縫區(qū)域必須打磨，采用校平機(jī)校平。除了在校平機(jī)上校扭彎變形外，還設(shè)計(jì)了一長(zhǎng)直角形平臺(tái)（見圖6），利用選點(diǎn)火焰加熱后迅速水冷卻的熱脹冷縮反變形方法，解決零件彎、扭變形。

圖6 彎曲變形校直圖

拼裝過程中，嚴(yán)格控制裝配間隙不能超標(biāo)，但在零件裝焊成長(zhǎng)方形柱件后，發(fā)現(xiàn)扭彎變形很大，經(jīng)分析主要是因?yàn)橹虚g隔板采用剪床下料，每一件的長(zhǎng)寬尺寸大小不一，裝焊時(shí)也引起焊件變形，中間隔板加工工藝采用先采用剪床下料，把每一個(gè)立柱部件所需的中間隔板件作為一組，疊在一起點(diǎn)固焊，上刨床加工A、B、C 這3個(gè)面，在立柱組合焊時(shí)利用這3個(gè)面作為定位面（見圖7），這樣大大降低了立柱組合焊的變形。

圖7 中間隔板

在外圍四面封焊時(shí)，縱縫施焊過程中最好調(diào)節(jié)焊接電流在280～350 A，焊角尺寸不高于6 mm。采用埋弧焊機(jī)時(shí)，嚴(yán)格控制4 條焊縫的焊接順序和焊接電流。采用兩名操作者同方向相對(duì)焊接上焊接面后，再焊下焊接面的焊接工藝（見圖8），焊接電流、焊接速度應(yīng)保持一致，每一道焊縫當(dāng)天必須焊完，減少了裝焊后立柱的彎曲、扭曲變形。

圖8 立柱彎曲變形圖

2.2 立柱與橫梁的校正

由于機(jī)架的部件全部為焊接件，焊接后的少量彎曲變形，是很難避免的。因此，焊后部件就需要校正。但這樣大型的制件，用手工是無法校正的，經(jīng)反復(fù)閱讀了有關(guān)焊接校正的資料，提出采用局部火焰加熱后，迅速水冷卻的熱脹冷縮的反變形方法進(jìn)行校正，同時(shí)兩頭用夾箍夾緊，防止加熱時(shí)焊件扭曲，解決了焊接變形問題（見圖9）。

圖9 立柱彎曲校直圖

2.3 立柱與橫梁兩端連接板的封口工藝

圖2 所示焊件，兩端連接板平面度要求很高，若封兩端面時(shí)，不能保證品質(zhì)，會(huì)給下一道切削加工工序帶來很大困難，如出現(xiàn)切削余量少、連接板傾斜或者會(huì)引起兩立柱連接時(shí)連接板錯(cuò)位（戴帽）現(xiàn)象，更嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使整個(gè)制件報(bào)廢。為了保證制件封面的加工品質(zhì)，設(shè)計(jì)了大型加工平臺(tái)，采用C 面定位（見圖10）。

圖10 立柱彎曲校直平臺(tái)

要求的加工工藝，為制件及連接板都需畫線分中，制件一端頭割平，打磨后用直角測(cè)量塊測(cè)量垂直度，確認(rèn)垂直后，封一端連接板，再以一端連接板為基準(zhǔn)，取長(zhǎng)度尺寸，割平，打磨另一端后測(cè)量垂直度，確認(rèn)垂直后，封另一端連接板。這樣，保證了兩端平面度，避免了廢次品的出現(xiàn)，立柱加工工藝流程見圖11。支架其它橫梁，可參照立柱加工工藝制作。

圖11 立柱加工工藝流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過嚴(yán)格控制加工工藝和嚴(yán)把產(chǎn)品品質(zhì)關(guān)，順利完成了“大型高架立體倉(cāng)庫(kù)”22 臺(tái)套的生產(chǎn)任務(wù)，由于嚴(yán)格把關(guān)，保證了機(jī)架加工品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值300 萬元，利潤(rùn)50 多萬元，為企業(yè)創(chuàng)造了很大效益，并得到了承接產(chǎn)品廠家的高度贊揚(yáng)。通過這次生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)，把這些加工工藝方法應(yīng)用于制造新一代立體車庫(kù)上，并利用現(xiàn)有的先進(jìn)工裝和設(shè)備，一定能使立體車庫(kù)支架加工工藝更加完善和成熟。

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，,1992.

[2]俞尚知. 焊接工藝人員手冊(cè)[K]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1991

[3]劉中青，劉 凱.異種金屬焊接技術(shù)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.