轻量化小车轨道专用焊接线研究

2018-12-20张宝柱王丰顺

现代制造技术与装备 2018年11期

张宝柱王丰顺王磊

（山起重型机械股份公司技术中心，青州 262515）

轻量化桥式起重机主梁采用全偏轨形式，轨道为方钢，且直接焊接在主腹板处的上盖板上，焊接工艺采用双面连续焊或断续焊，针对轨道焊接热变问题形通过相关焊接工艺进行控制。国内部分外起重机生产厂家采用非对称断续焊，轨道端部连续焊方法进行焊接，并通过断续焊减少焊接热变形影响，但是断续焊在每个焊段引弧、收弧部分热变形也比较大。另一种焊接工艺为采用连续自动焊形式，将小车轨道与主梁进行连续，主梁上翼缘板的波浪变形比断续焊更加剧烈，但可通过减小焊缝高度的方法控制焊接热变形。

小车轨道专用焊接线主要由专用组立平台、焊接系统和供电控装置组成。专用组立平台用于输送并承担主梁荷载作用，并对主梁、方钢轨道进行找正，做好焊接前准备工作；焊接系统用于方钢轨道焊接；供电控装置用于焊接系统移动供电，同时对焊接系统的速度、焊接电压以及电流进行控制，保证焊接质量。

1 研究的内容

2015年6～10月，山起重型机械股份公司技术中心课题组一行几人赴河南长垣卫华集团、矿山集团、大连华锐起重机、上海科尼公司、江苏靖江科尼摩睿公司以及苏州法兰泰克公司进行了工艺调研，与各厂家就轻量化起重机设计制造工艺技术进行了座谈交流，编写了《轻量化桥式起重机先进制造技术调研报告》（以下简称《报告》），报告内容主要包括：

（1）研究主梁焊接时，小车方钢轨道与主梁上盖板焊接的工艺方法；

（2）重点研究焊接变形控制技术；

（3）优化双头自动焊接电流、电压、速度等工艺参数的技术；

（4）研究轨道焊接后盖板变形的矫正工艺；（5）研究焊接过程中焊枪与方钢之间的定位及导向。（6）设计制造专用组立平台，方便组立工作，消除方钢轨道的盖板对主梁组立的影响。

2 研究的过程和方法

2.1 整体方案的确定

2.2.1 工件适用范围：

工件最大焊接长度为35000mm；工件宽度为50mm～120mm；工件高度为30mm～100mm；工件焊接处高度≥3000mm；工件焊缝长度≥100mm；工件焊缝间隔距离≥100mm；工件钢板厚度为6mm～24mm。

2.2.2 焊接方式的确定

因为焊接过程中，需要焊枪与工件进行相对运动，所以方钢轨道的自动焊接有两种方式可供选择：第一，焊接装置安装在固定支架上，工件（方钢轨道+主梁）固定在运行电动平车上；第二，工件（方钢轨道+主梁）固定在平台上，焊接装置安装在运行门架上。

前者因焊接装置固定，焊接控制部分不需运动，故布置简便。但工件质量较大，焊接运动需要消耗较大动力及轨道基础，不利于运行时定位导向；后者焊接装置质量较轻，运动需要消耗动力较小，轨道及基础较小，且便于运行时定位导向。故本方案选择第二种焊接方式，即工件固定、焊接装置运动。

2.2.3 焊接型式的确定

传统桥式起重机主梁采用中轨梁形式，铁路钢轨（或起重机专用钢轨）采用轨道压板固定，轨道压板焊主梁上盖板上，间距根据小隔板位置决定，约为500mm。在2011～2013国家支撑计划“通用型桥式起重机轻量化设计技术及应用”课题研究中提出，方钢轨道采用连续焊，可使轨道和箱型梁组成整体结构一起承受载荷，这样可以提高主梁强度和刚度，较大幅度降低箱型梁断面高度，减轻主梁重量。

实践证明，两种焊接型式对主梁拱度及腹板波浪有着不同的影响影响。连续焊比断续焊会造成更大的主梁下挠及腹板水平弯曲，轨道焊完后需要矫正的概率及矫正工作量也会更大。以下是20t轻量化桥式起重机三种跨度的主梁，结构如图1所示，主梁在两种焊接形势下的影响情况对比如表1示。

本装置采用连续焊及断续焊两种焊接型式，其原因在断续焊保证焊接质量及控制变形的基础上，进一步研究优化连续焊的工艺方法，满足设计需要。

2.2.4 门架结构

本装置采用箱型梁连接左右两侧十字操作机立柱，支撑行走机构在两根轨道上运动。通过双侧变频调速电机以及精密双级蜗轮蜗杆减速机驱动四个车轮同时转动，同时双侧设有平衡轮组件，防止移动时偏摆。利用变频器设置行走速度，实现设备正反向快速移动及焊接运动。

2.2.5 行走机构

选用优质的钢材焊接成型，其结构整体刚性好，组成双立柱十字操作机的行走机构。驱动轮选用高精度双级蜗轮蜗杆减速机，外壳用优质铝合金压制而成，传动速比扭矩大，散热快，噪音小，经久耐用，可保证设备长期平稳可靠运行，同时利用高频变频调速电机实现快速返程功能。

表1 20t轻量化桥式起重机主梁不同焊接工艺影响对比

图1 20t轻量化桥式起重机主梁

2.2.6 横梁小车

安装在左右立柱上，通过V型组合滚轮可以上下升降、左右伸缩时，并带有倾斜度，保证在焊接状态下依靠重力跟踪工件侧板。在非焊接状态，横梁小车用电控操作，在横臂梁伸缩时候依靠离合器—齿轮齿条传动匀速往返。在横梁前端配置带手动微调机构的埋弧焊机头/CO2气保焊自动焊枪调节机构，同时安装水平、垂直自动跟踪装置，保证焊缝和工件在垂直、水平方向的的一致性，其中伸缩距离为0～1200mm；升降距离为0～2800mm；工件自动跟踪垂直距离为0～250mm，水平距离为0～400mm。

2.2.7 左右辅助平台

在右立柱的两侧离地高度2米处设置辅助平台，水冷却系统布置在平台上。平台由型钢拼接而成，上面铺花纹板，四周安装护栏并设置人工梯，操作者可以在平台上行走，方便操作工观察。

2.2.7 电控系统

设备供电系统能在三相、380V±10%、50Hz±1%的网路电压下能够长期稳定运行，满足设备安全运行要求。操作系统采用7寸彩屏智能化触摸屏与主机通讯控制。焊接速度控制采用日本三菱高性能可编程器及高速编码记数器，在工控领域一体机中它是档次较高的超小型控制装置。控制系统采用先进的双变频器主从闭环控制系统，保证了设备运行稳定。

其他电气元件如继电器、接触器、存储单元、信号采集及传递元件、各种行程开关和按钮等均采用进口件，提升控制系统可靠性和使用寿命。另外本控制系统与焊接电源一体控制，实现专机动作与焊接过程无缝连接，更好地完成引弧及收弧作业，达到理想焊接质量。控制柜箱体采用烤漆工艺制作，外形美观，使专机操作更加方便、快捷。

2.2.9 电缆拖链系统

在行走大车的一侧安装电缆拖链滑行轨道，焊接机所有移动电缆必须通过拖链内置移动，从而保证设备安全运行，减少线缆的磨损。

2.2.10 水冷却系统及主要技术参数

专用一体化水冷焊枪为600A；水箱容量为180kg；循环水压≥2kg。其他技术参数如表2所示，该焊接机设计图如图2所示。