履带起重机主臂臂头结构加工工艺改进

■ 太原重工工程机械分公司 （山西太原 030024） 任 洁

履带起重机臂架采用桁架结构，桁架由低合金高强度的钢管焊接而成，其主要由弦杆、腹杆及铰耳等组成。作为履带起重机最重要的受力结构部件，臂架承载着履带起重机起重物的全部重量。通过臂架能够将起重物提升到一定的高度，改变臂架倾角可以达到变幅的目的，以增大作业范围。而臂架结构中的主臂臂头更是重中之重，臂头结构是一个空间桁架，后端与主臂中间节相联接，前端与变幅副臂相联接，上端安装导向滑轮组，下端安装吊重滑轮组。

1. 原结构存在的问题及解决方案

主臂臂头下端安装吊重滑轮组处为8个单板铰耳，上部4个，下部4个，要求上下部4个铰耳联接孔同心，且上下部铰耳联接孔有相关尺寸公差要求，因设备原因，直角铣头直径较大，联接孔中心至与其焊接的斜腹杆边缘垂直距离比直角铣头半径稍微大一点，空间有限，如果按图样和实际使用状态，将与主臂中间节联接侧铰耳向下，并以此为基准一次性将主臂臂头装夹在旋转平台上，这样吊重滑轮组安装铰耳与机床不处于平行，会发现直角铣头加工时与斜腹杆干涉。为解决上述问题，更换了加工基准，将吊重滑轮组安装铰耳向下，并以此为基准将主臂臂头装夹在旋转平台上，将其余孔以吊重滑轮组联接孔为基准，换算出相对尺寸，进行加工，可以满足加工空间，没有干涉。

2. 新结构存在的问题及解决方案

随着新产品的研发，在起吊吨位变大的同时，为保证结构可靠，节约空间，减轻重量，结构相对更加紧凑。吊重滑轮组联接孔中心至与其焊接的斜腹杆边缘垂直距离小于直角铣头半径，已经无法用现有设备直接加工。装配结构为：大吨位吊重时，两侧的两组4个联接铰耳同时装配2个吊重滑轮组；小吨位吊重时，中间4个联接铰耳装配1个吊重滑轮组。

现有的四种解决方案如下：

（1）方案一 分别将8个吊重滑轮组联接铰耳联接孔加工到要求尺寸，用工艺轴穿联接孔定位后进行焊接。此方案虽然保证了联接孔同心，但无法保证上下部吊重滑轮组联接铰耳的相对位置。

（2）方案二 分别将8个吊重滑轮组联接铰耳联接孔加工到要求尺寸，与吊重滑轮组装配定位后进行焊接。此方案虽然解决了方案一存在的问题，在保证联接孔同心的同时，也保证了上下部联接孔的相对位置，但无法保证吊重滑轮组与其他零件的相对位置，且吊重滑轮组无法同时与左、中、右3处4个吊重滑轮组联接铰耳配装，进行焊接，无法保证中间4个吊重滑轮组联接铰耳的相对位置。

（3）方案三 将两侧的4个吊重滑轮组联接铰耳直接焊接在主臂臂头结构上，主臂臂头整体加工时，根据图样相关尺寸加工出两侧的4个联接孔，分别将中间的4个吊重滑轮组联接铰耳联接孔加工到尺寸，上下部分别穿2根工艺轴，用外部4个已加工孔定位，确定位置合适后，将中间的4个吊重滑轮组联接铰耳焊在主臂臂头结构上。此方案保证了联接孔同心，通过加工保证了上下部联接孔的相对位置，同时也保证了吊重滑轮组与其他零件的相对位置。但是所用的工艺轴太长，浪费材料，同时工艺轴长细比很大，增加了工装的制作难度，且因刚性不好，焊后容易产生变形，同心度超差。

（4）方案四 将两侧的4个吊重滑轮组联接铰耳直接焊接在主臂臂头结构上，主臂臂头整体加工时，根据图样相关尺寸加工出两侧的4个联接孔，将中间的4个吊重滑轮组联接铰耳按图样尺寸在中间点焊拉筋，将其组装成一个整体小部件后，按图样相对尺寸将联接孔加工到尺寸。将中间4个吊重滑轮组联接铰耳小部件吊装至主臂臂头处，两端分别穿4根工艺轴，确定位置合适后，将中间的4个吊重滑轮组联接铰耳焊在主臂臂头结构上。此方案使工艺轴变短，降低了工装的制作难度，节约了工装成本，但因两端分别穿工艺轴，会由于轴孔配合间隙且中间4个吊重滑轮组联接铰耳小部件较重，引起中间结构件偏斜，但联接铰耳尺寸较小，为了结构刚性好，不易变形，焊接拉筋紧凑，导致无法将其与吊重滑轮组支架进行配装，焊后变形无法确定，可能引起后期装配问题。同时因4个吊重滑轮组联接铰耳与斜腹杆焊接处并不是一个平面，单独拉筋将4个吊重滑轮组联接铰耳焊接成小部件，没有焊接基准，后续4个吊重滑轮组联接铰耳与主臂臂头结构焊接时，可能会有接口处对不上的情况。

3. 工艺改进

综合以上四种解决方案的优点，改进工艺方案为：将两侧的4个吊重滑轮组联接铰耳直接焊接在主臂臂头结构上，将中间的4个吊重滑轮组联接铰耳点焊在主臂臂头结构上，保证8个吊重滑轮组的相关位置关系，在中间4个吊重滑轮组联接铰耳处焊接拉筋，使其成为一个整体小部件，磨开焊点，将中间4个吊重滑轮组联接铰耳小部件取下，根据图样相关尺寸加工出联接孔，主臂臂头整体加工时，根据图样相关尺寸加工出两侧的4个联接孔，将中间4个吊重滑轮组联接铰耳小部件吊装至主臂臂头处，穿工艺轴，确定位置合适后，将中间4个吊重滑轮组联接铰耳点焊在主臂臂头结构上，磨掉拉筋，将吊重滑轮组分别与左、中、右3处4个吊重滑轮组联接铰耳配装，配装合适后，将吊重滑轮组与两侧的4个吊重滑轮组联接铰耳装配，中间穿工艺轴固定（见图1），将中间的4个吊重滑轮组联接铰耳焊接在主臂臂头结构上。

4. 改进效果

1）按照改进工艺加工及配焊吊重滑轮组联接铰耳，后期装配过程中吊重滑轮组与主臂臂头未出现问题，保证了各相关位置关系，满足了产品使用性能要求。

图1 主臂臂头的加工

2）通过由工艺轴保证同心，改为拉筋按图样相关尺寸焊成小部件，靠加工保证同心及相关尺寸，使工装尺寸变小，工装加工难度有所降低，工装成本相应降低。

3）此次改进工艺的顺利实施，为近两年来加工此类型焊接结构件提供了成功的经验。这是采用现有加工设备、利用工装、通过焊接配合实现的有效工艺，大幅降低了生产成本。

专家点评

本文属于典型的组焊件工艺改进，针对臂头结构空间和8个滑轮组联接铰耳的加工难点，对现有的四种加工方案进行分析和论证，综合其中的优点，以定位、加工和焊接为主线，将中间4个联接铰耳焊成整体小部件后，靠加工保证铰耳孔的同轴度及相关尺寸，再利用工艺轴定位进行组焊，保证与两侧4个联接铰耳的位置关系，实现了工装定位与精确焊接的完美配合。

文章中心明确，论据充分，工艺改进措施得力，尤其是分析问题与解决问题的逻辑思维，具有很好的创新潜力。作者灵活运用结构件的组焊和加工技巧，为此类焊接件的大跨度多孔加工摸索出一条成功之路。