挖掘機回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度分析及改進

劉萬付

（柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

挖掘機，又稱挖掘機械（Excavating Machinery)，是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械，是工程機械的主要機種之一。挖掘機回轉(zhuǎn)動作頻繁，回轉(zhuǎn)動作由下部機構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)平臺聯(lián)合實現(xiàn)，其中回轉(zhuǎn)平臺如同人的頭部及軀干般重要，若回轉(zhuǎn)平臺的平面度不能滿足小于1.2 mm 的要求，則會影響機器的整體狀態(tài)，使性能下降，最終導致機器故障的發(fā)生。

本文通過對回轉(zhuǎn)平臺焊接后環(huán)槽平面度的變化進行分析，提出有效的改進措施，為提高挖掘機產(chǎn)品可靠性提供了有力保證。

1 挖掘機回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽的品質(zhì)特性

1.1 回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽介紹

行業(yè)內(nèi)各廠家挖掘機回轉(zhuǎn)平臺的一般生產(chǎn)工藝為：主平臺拼焊→主平臺機加→回轉(zhuǎn)平臺拼焊→拋丸→涂裝。直接影響回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度的環(huán)節(jié)，是回轉(zhuǎn)平臺的拼焊變形。

某企業(yè)20T 挖掘回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽重要參數(shù)：環(huán)槽內(nèi)外圓Φ 1 305～1 436 mm，深度2.5 mm，螺紋孔36-M22，分布如圖1 所示，以環(huán)槽正前方為起點按間隔22.5°順時針方向均分為16個影響區(qū)域。

1.2 回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽品質(zhì)特性

某企業(yè)《挖掘機產(chǎn)品質(zhì)量特性重要度分級通則》規(guī)定，回轉(zhuǎn)平臺是關(guān)鍵零部件，回轉(zhuǎn)平臺有2個關(guān)鍵品質(zhì)特性、8個重要品質(zhì)特性。其中環(huán)槽平面度1.2 mm 是回轉(zhuǎn)平臺的關(guān)鍵品質(zhì)特性之一，其作為生產(chǎn)過程和檢驗過程中對關(guān)鍵或重要零部件品質(zhì)控制的重要依據(jù)。

圖1 挖掘機回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽示意圖

2 某挖掘機回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度分析

2.1 回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度現(xiàn)狀

某公司20T 級挖掘機產(chǎn)品在回轉(zhuǎn)平臺生產(chǎn)初期，通過簡單隨機抽樣三坐標檢測，數(shù)據(jù)見表1（序號1 與序號17 標示同一點）。

表1 挖掘機回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度檢測記錄

由表1 可知，超差較大區(qū)域集中在點4、5、6、12、13、14，此6 點主要是主平臺與左右平臺有大量焊縫連接的區(qū)域，且整個環(huán)槽平面度普遍有下凹變形趨勢，平面度平均值計算得2.51 mm。

為返修回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度滿足裝配要求，普遍采用研磨方法，返修時間較長且需要多次整改，浪費大量的人力物力，造成生產(chǎn)效率低下，嚴重影響回轉(zhuǎn)平臺的產(chǎn)出。

2.2 環(huán)槽平面度分析

針對回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度不能滿足裝配要求的問題，從人、機、料、法等方面進行逐一分析：

（1）人。主平臺拼焊、主平臺機加工和回轉(zhuǎn)平臺拼焊工序操作人員需經(jīng)過資質(zhì)鑒定，持證上崗。經(jīng)確認，拼焊工和加工中心操作工都具有操作證，且資質(zhì)經(jīng)過公司內(nèi)部認證鑒定，符合要求；

（2）機。各工裝和加工設備的性能和精度符合加工要求。經(jīng)確認，拼焊工序采用行業(yè)先進的液壓拼焊工裝，機加工序采用進口臥式加工中心，各設備定期進行精度檢測，各項參數(shù)滿足加工要求。

（3）料。經(jīng)系統(tǒng)抽樣檢測，機加工前主平臺和拼焊前左右平臺的各尺寸滿足產(chǎn)品工藝要求。

（4）法。對挖掘機回轉(zhuǎn)平臺的各生產(chǎn)工序進行分析，發(fā)現(xiàn)2個問題：

一是主平臺環(huán)槽加工的裝夾方法對平面度有影響，定位主平臺底板平面度的A、B、C、D 這4 點都是可調(diào)整的，每次花費大量的時間調(diào)整，不易保證底板在一個平面內(nèi)；主平臺底板的壓緊按1、2、3、4 的順序，壓緊3、4 時，對1、2 塊壓板壓緊有影響，造成底板壓緊變形大（見圖2）。

圖2 主平臺環(huán)槽加工工裝

二是主平臺與左右平臺連接的焊縫大小與焊接順序，對回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度影響較大，現(xiàn)場普遍采用8 mm 角焊縫。

3 改進措施與效果

3.1 改進措施

關(guān)于主平臺底板加緊的定位，采取A、B、C 點固定，D 點可調(diào)整的方式，定位可靠，調(diào)整效率高；壓板的夾緊采取對角線法，按1、3、2、4 的順序裝夾，主平臺底板壓緊變形減小。主平臺與左右平臺的連接，與挖掘機產(chǎn)品設計人員進行充分地溝通，在滿足回轉(zhuǎn)平臺各連接處設計強度要求下，減小焊縫尺寸，焊縫由原來的8 mm 更改為6 mm，同時采取對稱焊接方式優(yōu)化焊接順序，在一定程度上減少對回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度的影響。

經(jīng)過以上兩個階段的改善，各項工藝改進固化后，回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度由原來的2.51 mm 提高到1.65 mm，但還是滿足不了裝配要求。

再對回轉(zhuǎn)平臺焊接后環(huán)槽平面度的變化規(guī)律分析后，提出采用反變形法進行控制。一般的反變形法，是分析焊件焊后可能產(chǎn)生變形的方向和大小，在焊接前應使被焊件做大小相同、方向相反的變形，以抵消或補償焊后發(fā)生的變形，使之達到防止焊后變形的目地。

由于焊接變形的影響因素較多，且現(xiàn)有工藝已優(yōu)化規(guī)范，如果對每條焊縫的影響進行詳細地分析和防變形驗證，計算模型較復雜且工作量較大。提出把反變形方法從回轉(zhuǎn)平臺焊接工序前移到主平臺環(huán)槽銑面工序，假設如下：過程能力穩(wěn)定，在主平臺環(huán)槽銑面時應用反變形原理，改變主平臺環(huán)槽的加工工藝，使主平臺環(huán)槽平面度變化如圖3 所示。

圖3 主平臺環(huán)槽加工平面度預期變化

圖3 中，直線是原工藝主平臺環(huán)槽平面度的變化；折線是改變工藝后預期的主平臺環(huán)槽平面度變化。

原銑面工藝：Z-2.5；G3J718F2000；

改變后銑面工藝（假設圖1 的區(qū)域1 處為加工原點,5 處坐標為X1Y1，9 處坐標為X2Y2，13 坐標為X3Y3）：

G3 X1Y1 J718 Z-1.8 F2000；

G3 X2Y2 J718 Z-2.5 F2000；

G3 X3Y3 J718 Z-1.8 F2000；

G3 X0Y0 J718 Z-1.8 F2000；

3.2 改進效果

采用同樣抽樣方法，對回轉(zhuǎn)平臺焊后環(huán)槽平面度檢測，變化如圖4 所示。

關(guān)于圖4 的說明：

（1）折線——主平臺環(huán)槽平面度的預期變化；

圖4 改變工藝后平臺環(huán)槽平面度變化

（2）帶○的折線——改變工藝后主平臺環(huán)槽平面度的實際變化；

（3）帶△的折線——改變工藝前回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度變化；

（4）帶□的折線——改變工藝后回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度變化。

由圖4 可知：新加工方法所得主平臺平面度環(huán)槽變化情況，與期望基本吻合，說明機加過程較穩(wěn)定，偏差可能由制造與測量誤差引起。

由于機加后主平臺環(huán)槽平面的凹凸情況，與回轉(zhuǎn)平臺焊接后環(huán)槽平面的變形方向相反，采用新加工方法后，回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度改進0.53 mm，環(huán)槽平面度的平均值達1.12 mm，滿足裝配要求。

4 結(jié)束語

本文主要從人、機、料、法這4個方面，對挖掘機回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度影響因素進行分析改進，采取系統(tǒng)的方法，運用反變形法改變主平臺銑面工藝，以減小焊接變形對回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度的影響達35%左右。回轉(zhuǎn)平臺環(huán)槽平面度得到有效控制，可加快產(chǎn)品實現(xiàn)，減少返修工作量，提高挖掘機的整體性能。

[1]雷世明.焊接方法與設備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]明興祖. 回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計技術(shù)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[3]邱宣懷.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]陸軍坊. 挖掘機平臺有限元分析及回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真[D].成都：西南交通大學，2005.