一種鐵路道岔清篩機挖掘裝置的底梁制作工藝研究

摘 要：本文從理論和實際工業生產出發，對鐵路清篩機挖掘裝置的底梁分別進行展開下料、卷圓制作、整體焊裝等工業制作的工藝研究。此制作工藝不僅可以保證嚴格的平面度、平行度、垂直度等形位公差要求以滿足裝置的裝配要求，而且能滿足產品質量要求，減輕工人勞動強度，提高生產效率，降低生產成本。

關鍵詞：清篩機;底梁;焊接工藝

中圖分類號：U216.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0136-03

在我國，鐵路線路結構復雜，國內現有的大中型養路機械并不能完全滿足線路養護現場的作業需求。尤其是在隧道內，清篩作業環境差，效率低，人工勞動強度大且作業質量難以保證。側切式清篩機能完成隧道內道砟清篩作業，國外已經研制使用了相關技術[1]。斗輪挖掘裝置總成是道岔清篩機挖掘裝置最主要的工作部分，但其各部件結構比較復雜，加工難度較大，所以解決該問題是本次試制工作的重點。斗輪挖掘裝置總成主要由斗輪支架總成、斗輪總成、刀板懸掛總成和內擋板總成等組成。

斗輪支架總成中的底梁總成、立柱總成、上梁總成、伸縮筒安裝柱總成相互連接構成了斗輪裝置總成的主體框架，各部件等有嚴格的平面度、平行度、垂直度等形位公差要求，以滿足裝置的裝配要求，各部分需首先解決焊接技術的難題，若焊接工藝不合理，則易產生較大的焊接變形，且矯正十分困難，沒有過多的修正余地，嚴重時可致使結構報廢。而底梁是基礎，直接影響整個支架的穩定性，因此對其的研究制作具有極其重要的意義。

1 原材料及設備

1.1 原材料

本次試制產品用的原材料主要為Q235A、Q345A、Q420A等型號的鋼板，其成分及力學性能見表1、2、3、4、5、6。

經復檢（外觀檢測，物理檢測）后可知，上述原材料表面沒有麻點、凹坑、銹斑等缺陷，力學性能符合要求，厚度及其他也符合《碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》（GB/T 3274—2007）標準的要求。

1.2 設備

本次產品試制所投入的生產設備清單及檢測設備清單見表7及表8。

2 底梁的制作

2.1 底梁的板材下料

底梁總成由下板、側板、上板、側連接板、中間連接板組成。在板材下料前，必須把鋼材表面清理干凈，去除油污、銹蝕等，并進行裂紋、銹蝕、平面度的檢查。對于平面度不符合要求的板材，需用平板機校平。該組件的板材均采用數控下料機進行下料，其中，中間連接板、側連接板需留加工余量。各零件下料完成后均要進行尺寸檢查，各板材通過壓力機校平，各件的平面度要保持在±1mm之間。

2.2 底梁的卷圓制作

卷板前要保證板料表面清潔，并嚴格保證板材卷制工序，其精確度必須達到所要求的技術規范。板料必須作壓頭處理以確保有足夠的有效長度及弧度，否則容易造成成型效果不佳，嚴重時可能會導致成型尺寸不夠而報廢。此外，保證圓弧板任一局部表面的凹凸度，如圖1表示。本次板材板厚為10mm，查圓弧板任意局部表面凹凸度要求表可知，dl=300mm，dx=2mm。

為了保證滿足上文提出的卷板要求，提出如下所示的卷板工藝工序。

①補償材料的彈性回復變形。板材在外載荷作用下發生的變形主要包括塑性變形和彈性變形。釋放外載力后，塑性變形后保存殘余變形而使板材成形。但是，板材在彈性變形內會發生彈性回復，導致板材的尺寸及形狀發生相應回復變化，板材會回復到之前未施加外載荷時的狀態，這就是彈性回復變形。板料卷圓主要是以彎曲變形為主，由于彎曲變形導致的板料截面內（沿厚度切向）應力分布不均勻，從而產生材料的彈性回復。由于彈性回復在數值計算上非常復雜，因此，可以根據回彈率與彎曲半徑的經驗公式反推出板材卷圓的彎曲半徑，進而調節外載荷和下壓量，以補償板材的回彈變形量[3，4]，從而在一定程度上保證弧板的圓度，為后期的卷制工作奠定基礎。

②卷制成型。根據工藝指定要求，共分為以下幾步[5]。

第一，送給板材并保證送給時的板材與托輥圓切面平齊。提前在卷板機上設定兩個校準擋塊，通過測量擋塊到送進板材端部的距離，保證即將進入的板材端部平行于托輥圓的卷制切線，避免卷制成型時板材寬度出現向上側彎。

第二，下降上托輥，使板材卷制成型。開始卷制時，第一次下壓量為20mm，下輥轉動，板材從頭到尾依次卷制成型。

第三，下托輥反向轉動，使板材前端傳送至兩下托輥之間的相應位置。

第四，反復，直到卷曲成型。在卷制過程中，要使用準備好的圓弧靠板的樣板來測量卷制的圓弧，確保卷制尺寸達標。

第五，托輥停止轉動，上托輥上升退出，板材卷制完成。

2.3 組焊

圖2為底梁的結構圖。由于底梁總成下部為弧形結構，對后續的焊接及機加工造成較大加工難度。本廠針對此結構制定焊接工藝，具體如下。

②在固定好的兩側板中畫好上板的位置，將上板放入并定位好，通過點焊固定，將上端面與側板滿焊。先在兩側連接板上畫出焊接位置，再將兩側連接板定位點焊固定。其中側連接板焊接前需用水平儀找平。

③將之前焊接好的底梁從工裝底托中取出并倒扣放置，先完成上板內部焊接位置的滿焊工作，然后在兩側板上劃線，將底板定位后點焊固定;尺寸檢查符合要求后，最后分別將兩側板和中間連接板的中間位置畫出，將此三中心線對齊，用水平儀找平后，將中間連接板與側板電焊固定。待該件焊接完成后及時處理，校正焊接變形。

④將底梁總成點焊與底托工裝上轉機加工車間上鏜銑床進行整體銑面和鉆孔，嚴格保證保證中間連接板與側連接板之間距離為（184±0.2）mm。

以上所有的焊縫采手工二保焊（GMAW，焊絲為ER55-G）角焊縫，焊接高度為6～8mm。

3 結論

焊接變形直接影響道岔清篩機挖掘裝置的制作質量，因此焊接變形的控制也成為道岔清篩機挖掘裝置制作構成中的關鍵，焊接嚴格按照《美國鋼結構焊接規范》（AWS—D1.1M：2002）的要求執行。關鍵注意點如下：①焊接時嚴格控制變形及焊接缺陷;②計算槽體圓弧板展開長度時，必須考慮卷制過程中的碾長量、焊縫對接間隙長度及焊縫橫向收縮量;③底梁總成的中間連接板與側連接板之間距離為（184±0.5）mm。

此制作工藝不僅可以保證嚴格的平面度、平行度、垂直度等形位公差要求以滿足裝置的裝配要求，而且能滿足產品質量要求，減輕工人勞動強度，提高生產效率，降低生產成本。

參考文獻：

[1]楊斌，王發燈，王鵬.側切式清篩技術分析及應用展望[J].鐵道建筑，2015（7）：130-133.

[2]賈耀卿.常用金屬材料手冊[M].北京：中國標準出版社，1999.

[3]張軍英. 鍋筒環縫對接焊縫邊緣偏差超標分析及對策[J].長春工程學院學報（自然科學版），2009（10）：46-48.

[4]鄧兆虎，張祖軍，胡衛才，等.板料卷圓回彈分析及數值模擬[J].鍛壓裝備與制造技術，2006（1）：51-54.

[5]唐家偉，潘鑫.KYF- 100浮選機槽體工業制作工藝研究[J].有色金屬，2012（4）：59-63.