履帶起重機主臂臂頭結構加工工藝改進

■ 太原重工工程機械分公司 （山西太原 030024） 任 潔

履帶起重機臂架采用桁架結構，桁架由低合金高強度的鋼管焊接而成，其主要由弦桿、腹桿及鉸耳等組成。作為履帶起重機最重要的受力結構部件，臂架承載著履帶起重機起重物的全部重量。通過臂架能夠將起重物提升到一定的高度，改變臂架傾角可以達到變幅的目的，以增大作業范圍。而臂架結構中的主臂臂頭更是重中之重，臂頭結構是一個空間桁架，后端與主臂中間節相聯接，前端與變幅副臂相聯接，上端安裝導向滑輪組，下端安裝吊重滑輪組。

1. 原結構存在的問題及解決方案

主臂臂頭下端安裝吊重滑輪組處為8個單板鉸耳，上部4個，下部4個，要求上下部4個鉸耳聯接孔同心，且上下部鉸耳聯接孔有相關尺寸公差要求，因設備原因，直角銑頭直徑較大，聯接孔中心至與其焊接的斜腹桿邊緣垂直距離比直角銑頭半徑稍微大一點，空間有限，如果按圖樣和實際使用狀態，將與主臂中間節聯接側鉸耳向下，并以此為基準一次性將主臂臂頭裝夾在旋轉平臺上，這樣吊重滑輪組安裝鉸耳與機床不處于平行，會發現直角銑頭加工時與斜腹桿干涉。為解決上述問題，更換了加工基準，將吊重滑輪組安裝鉸耳向下，并以此為基準將主臂臂頭裝夾在旋轉平臺上，將其余孔以吊重滑輪組聯接孔為基準，換算出相對尺寸，進行加工，可以滿足加工空間，沒有干涉。

2. 新結構存在的問題及解決方案

隨著新產品的研發，在起吊噸位變大的同時，為保證結構可靠，節約空間，減輕重量，結構相對更加緊湊。吊重滑輪組聯接孔中心至與其焊接的斜腹桿邊緣垂直距離小于直角銑頭半徑，已經無法用現有設備直接加工。裝配結構為：大噸位吊重時，兩側的兩組4個聯接鉸耳同時裝配2個吊重滑輪組；小噸位吊重時，中間4個聯接鉸耳裝配1個吊重滑輪組。

現有的四種解決方案如下：

（1）方案一 分別將8個吊重滑輪組聯接鉸耳聯接孔加工到要求尺寸，用工藝軸穿聯接孔定位后進行焊接。此方案雖然保證了聯接孔同心，但無法保證上下部吊重滑輪組聯接鉸耳的相對位置。

（2）方案二 分別將8個吊重滑輪組聯接鉸耳聯接孔加工到要求尺寸，與吊重滑輪組裝配定位后進行焊接。此方案雖然解決了方案一存在的問題，在保證聯接孔同心的同時，也保證了上下部聯接孔的相對位置，但無法保證吊重滑輪組與其他零件的相對位置，且吊重滑輪組無法同時與左、中、右3處4個吊重滑輪組聯接鉸耳配裝，進行焊接，無法保證中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳的相對位置。

（3）方案三 將兩側的4個吊重滑輪組聯接鉸耳直接焊接在主臂臂頭結構上，主臂臂頭整體加工時，根據圖樣相關尺寸加工出兩側的4個聯接孔，分別將中間的4個吊重滑輪組聯接鉸耳聯接孔加工到尺寸，上下部分別穿2根工藝軸，用外部4個已加工孔定位，確定位置合適后，將中間的4個吊重滑輪組聯接鉸耳焊在主臂臂頭結構上。此方案保證了聯接孔同心，通過加工保證了上下部聯接孔的相對位置，同時也保證了吊重滑輪組與其他零件的相對位置。但是所用的工藝軸太長，浪費材料，同時工藝軸長細比很大，增加了工裝的制作難度，且因剛性不好，焊后容易產生變形，同心度超差。

（4）方案四 將兩側的4個吊重滑輪組聯接鉸耳直接焊接在主臂臂頭結構上，主臂臂頭整體加工時，根據圖樣相關尺寸加工出兩側的4個聯接孔，將中間的4個吊重滑輪組聯接鉸耳按圖樣尺寸在中間點焊拉筋，將其組裝成一個整體小部件后，按圖樣相對尺寸將聯接孔加工到尺寸。將中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳小部件吊裝至主臂臂頭處，兩端分別穿4根工藝軸，確定位置合適后，將中間的4個吊重滑輪組聯接鉸耳焊在主臂臂頭結構上。此方案使工藝軸變短，降低了工裝的制作難度，節約了工裝成本，但因兩端分別穿工藝軸，會由于軸孔配合間隙且中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳小部件較重，引起中間結構件偏斜，但聯接鉸耳尺寸較小，為了結構剛性好，不易變形，焊接拉筋緊湊，導致無法將其與吊重滑輪組支架進行配裝，焊后變形無法確定，可能引起后期裝配問題。同時因4個吊重滑輪組聯接鉸耳與斜腹桿焊接處并不是一個平面，單獨拉筋將4個吊重滑輪組聯接鉸耳焊接成小部件，沒有焊接基準，后續4個吊重滑輪組聯接鉸耳與主臂臂頭結構焊接時，可能會有接口處對不上的情況。

3. 工藝改進

綜合以上四種解決方案的優點，改進工藝方案為：將兩側的4個吊重滑輪組聯接鉸耳直接焊接在主臂臂頭結構上，將中間的4個吊重滑輪組聯接鉸耳點焊在主臂臂頭結構上，保證8個吊重滑輪組的相關位置關系，在中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳處焊接拉筋，使其成為一個整體小部件，磨開焊點，將中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳小部件取下，根據圖樣相關尺寸加工出聯接孔，主臂臂頭整體加工時，根據圖樣相關尺寸加工出兩側的4個聯接孔，將中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳小部件吊裝至主臂臂頭處，穿工藝軸，確定位置合適后，將中間4個吊重滑輪組聯接鉸耳點焊在主臂臂頭結構上，磨掉拉筋，將吊重滑輪組分別與左、中、右3處4個吊重滑輪組聯接鉸耳配裝，配裝合適后，將吊重滑輪組與兩側的4個吊重滑輪組聯接鉸耳裝配，中間穿工藝軸固定（見圖1），將中間的4個吊重滑輪組聯接鉸耳焊接在主臂臂頭結構上。

4. 改進效果

1）按照改進工藝加工及配焊吊重滑輪組聯接鉸耳，后期裝配過程中吊重滑輪組與主臂臂頭未出現問題，保證了各相關位置關系，滿足了產品使用性能要求。

圖1 主臂臂頭的加工

2）通過由工藝軸保證同心，改為拉筋按圖樣相關尺寸焊成小部件，靠加工保證同心及相關尺寸，使工裝尺寸變小，工裝加工難度有所降低，工裝成本相應降低。

3）此次改進工藝的順利實施，為近兩年來加工此類型焊接結構件提供了成功的經驗。這是采用現有加工設備、利用工裝、通過焊接配合實現的有效工藝，大幅降低了生產成本。

專家點評

本文屬于典型的組焊件工藝改進，針對臂頭結構空間和8個滑輪組聯接鉸耳的加工難點，對現有的四種加工方案進行分析和論證，綜合其中的優點，以定位、加工和焊接為主線，將中間4個聯接鉸耳焊成整體小部件后，靠加工保證鉸耳孔的同軸度及相關尺寸，再利用工藝軸定位進行組焊，保證與兩側4個聯接鉸耳的位置關系，實現了工裝定位與精確焊接的完美配合。

文章中心明確，論據充分，工藝改進措施得力，尤其是分析問題與解決問題的邏輯思維，具有很好的創新潛力。作者靈活運用結構件的組焊和加工技巧，為此類焊接件的大跨度多孔加工摸索出一條成功之路。