挖掘機工作裝置結構件焊接設計的合理性分析及改進

劉一鳴

摘 要：當今社會不斷發展，各種機械設備的使用給生產實踐活動帶來了眾多便利，能夠提高工作效率，降低施工成本。挖掘機是建筑施工中不可或缺的機械設備，隨著工程建筑的不斷發展，也得到了廣泛應用。其中挖掘機工作裝置結構件焊接設計對其性能構成了很大的影響，本文將對其展開分析并提出一些改進策略。

關鍵詞：挖掘機;工作裝置;結構件焊接設計

液壓挖掘機在工作中需要依靠工作裝置的使用來完成對動臂的操作，工作裝置中主要由動臂、斗桿以及鏟斗組成。由于挖掘機面臨的工作環境比較惡劣，有時候會因為出現外力過大導致構件上出現裂紋或者是形變等現象，造成疲勞破壞。這種現象主要發生在挖掘機焊接件初期破壞中，通過對焊接結構細節進行科學設計能夠有效地改善這種情況，保障挖掘機能夠順利工作。

一、結構件設計應具有工藝合理性

1.1 ?選用最優的接頭型式

當前很多挖掘機焊接結構在設計時主要使用T形接頭，并且在實際焊接過程中，結構設計人員沒有進行強度分析計算，而是所有的焊接工作都是采用“等強設計原則”，這種工作方式能夠減小工作量，提高作業效率。但是卻具備著一定的不合理性，一旦出現焊腳高度過大的情況，并不能夠有效地提升結構強度，由于焊接過程中出現的過大熱應力，導致結構件的承載能力大大降低，影響到了焊接結構的性能。并且角焊縫的數量應該要進行精確計算，一般為承載斷面的平方值，才能夠發揮效果，很多實際焊接過程中出現的過大角焊縫就是不合理的情況。除了T型接頭之外，還有角接頭以及十字接頭等形式，這幾種不同的接頭都有著特定的規范，不能夠將T型接頭的規范套用到其他接頭中去。

考慮到焊接接頭的實際情況，可以采用坡口型式。當然，在實際選擇過程中首先需要根據熔敷量和坡口加工的難易度，熔敷量過多就會造成生產成本增加，并且還對焊接殘余應力構成較大的影響。然后在這兩項因素的考慮基礎上再對單面焊縫角變形量、根部裂紋等進行考量。在對兩塊厚度不同的鋼板進行焊接時，會使用墊板進行輔助焊接，此時使用V形坡口焊能夠具備簡單易行的特點。假如這兩塊鋼板的厚度值相差太大，就會造成對焊縫兩側金屬的熱影響，使得其性能發生變化，造成應力突變的情況。針對這種情況，可以通過削薄厚板的方式，能夠有效的減小焊接過程中熱影響造成板材性能結構損壞的情況。液態挖掘機再工作中面對的荷載實時在發生變化，為了克服應力突變造成的影響，可以適當削薄厚板的長度，能夠有效提高結構強度。目前挖掘機的所有工作裝置中的對接焊縫接頭都已經采用了這種方式進行處理，發揮出了優秀的性能特征。

1.2 ?合理布置焊縫

焊縫的布置應該要經過科學分析之后才能夠確定，根據實際經驗，一般將焊縫布置在非應力薄弱和集中處，能夠有效地降低焊縫可能帶來的危害。在對挖掘機鏟斗前端的弧形板進行焊接時，往往都會通過增加筋板來提高局部的強度。在進行筋板設置時，需要對結構進行科學的應力分析，如果筋板設置不合理，不僅不能夠提高結構強度，還會造成對結構的應力負擔，很有可能出現疲勞裂紋。一般來說，弧形板的折彎區屬于應力薄弱區域，因此焊接位置應該盡力避免該區域。挖掘機動臂背部的管夾底座出現崩裂和動臂箱體開裂是比較常見的故障，影響到了挖掘機應用。從根源上分析這兩類問題，可以對動臂蓋板的管夾座進行分析，并適當對焊接工藝進行改進。小焊接件往往在挖掘機工作中屬于輔助型受力結構件，因此就可以適當根據實際應用環境對其結構進行簡化，并減少焊接量?？梢钥紤]管夾座直接焊在動臂背板上，這樣就不再需要底板發揮作用，可以直接進行取消，這種方式不僅能夠保持一定的強度要求，還能夠極大地簡化結構。在進行動臂設計時，需要將焊縫位置盡量避免出現在應力集中區域。通過對于小焊接件焊縫的位置優化，能夠有效的減小焊接缺陷對動臂造成的危害。此外，還需要盡量將焊縫設計與鋼板的軋制方向盡可能保持一致，能夠有效的提高焊接的質量，提供更加可靠的結構強度。

1.3 ?巧妙運用聯系焊縫和加強板

在對挖掘機工件進行拼接時，需要注意好對聯系焊縫的應用。聯系焊縫能夠提高可靠性，保障工件的質量，并且工藝比較簡單。加強版的應用比較廣泛，正如其名，能夠有效的提高工件的強度，使得局部性能和整體性能都得到加強。但是在實際應用中可以發現，加強板只有在工件的剛性部位才能夠發揮加強作用。如果對加強板的使用方式不正確，不僅不會達到預期的加強作用，還會造成工件材料的浪費，出現變形現象。一般挖掘機的工作裝置鉸接孔處的應力一般都比較大，這與實際工作環境有關，并且其受力比較復雜。斗桿強度是必須要重視的一個方面，需要在其底部做好加強板的裝設，能夠有效地提供支撐作用。但是很多實際情況中，由于焊接時出現的應力，導致斗桿的支撐強度降低，逐漸就會在焊縫處出現裂紋，造成斗桿開裂的現象，解決這種現象的方式就是去除加強板，經過實踐檢驗，這樣能夠達到更高的結構強度。

二、規范化的焊接工藝

如果在焊接的過程中出現電流不穩定等情況，就會造成很多焊接質量問題，這是因為母材的溫度不能夠按照預期那樣進行上升，就有可能導致母材和熔敷金屬熔合不良，導致焊接結構不穩定，性能不達標。因此在焊接中的起弧和收弧過程中，需要嚴格按照規范的工藝流程來進行，做好精細化焊接。

當在距焊縫端部還有10-20毫米時，就可以進行引弧操作，確認不斷弧返回端部，接下來就可以從正常的方向開始進行焊接操作。為了確保焊接的質量，在完成焊接工作之后，需要對焊點進行嚴格檢查，一般使用超聲波和射線進行該過程能夠十分精確的得到檢查的結果。需要注意的是，要避免在應力角和拐角部位進行起弧操作和收弧操作，避免出現不利情況導致工件結構受損。要做好加強筋板的應用，一般在動臂等受力較大的工件結構中必須要使用加強筋板來提高工件的結構性能，對其進行焊接處理時也應該嚴格按照相關規定來進行，確保其結構強度得到提升。經過越來越多的實踐操作，已經能夠確定比較合理的焊接流程，因此在對挖掘機工作裝置結構件進行焊接時，需要按照焊接順序來進行。對于子部件，應該要設計好單獨的焊裝夾具，然后分別進行焊接操作，對于阻焊工作，需要首先進行固定焊，然后再進行分散焊，采取的方式是從中間開始沿著四周進行發散進行交替焊接。為了避免出現熱量過于集中影響工件性能的情況，需要保持先縱焊縫，然后再橫焊縫的焊接順序，能夠發揮極佳的作用。內筋板的使用應該根據受力分析之后再進行選用，使之能夠形成一個具備較強剛體的箱體結構。完成所有的焊接以及加固工作之后，需要嚴格進行檢查和試驗工作，模擬挖掘機真實面臨的場景進行性能測試，確保能夠滿足復雜施工環境的需求。

三、結語

挖掘機工作裝置結構件焊接是一項比較復雜的工作，其性能好壞直接影響到挖掘機在面對多種工況環境的性能，因此就需要對各個工件結構進行研究。本文通過對焊接殘余應力、焊后變形以及裂紋等不利現象進行了說明，并相應的提出了進行結構設計改進和工藝規范的策略，并對關鍵部位的細節設計進行了詳細論述，經過實踐證明，本文所提出的改進方式能夠較好的提高工作裝置的焊接質量，提高挖掘機的整體工作效果。

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