【正文】 對(duì)動(dòng)臂和斗桿的工藝設(shè)計(jì)分析及其組裝焊接 15 焊接工藝規(guī)程 16 焊接準(zhǔn)備 20 本章小結(jié) 20 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 第三章 結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工工藝分析設(shè)計(jì) 24 回轉(zhuǎn)平臺(tái)（上車架） 31 機(jī)械加工工藝規(guī)程 31 本章小結(jié) 37 結(jié) 論 38 參考文獻(xiàn) 39 致謝 40 附錄 Ⅰ 51 附錄 Ⅲ 1919 年，阿特拉斯在德國成立 1921 年 5 月 13 日，小松制作所在東京成立。 1950 年，世界上第一臺(tái)挖掘機(jī)在德國的阿特拉斯下線。 2020 年 4 月，神鋼展出最新概念挖掘機(jī) — 油電混合動(dòng)力挖掘機(jī)。H 與 KOBELCO,LINGKBELT與 SUMITOMO,CATERPILLAR 與 MITSUBISHI。 液壓挖掘機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，在交通運(yùn)輸、民用建筑、礦山開采、市政工程 、現(xiàn)代軍事化工程 等場(chǎng)所有著重要的工作地位。 據(jù)統(tǒng)計(jì)一臺(tái)斗容量為 1m179。 液壓挖掘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ，整機(jī)的零部件有 3000 多件，包含機(jī)械、液壓、石油化工和電氣等行業(yè)，它的發(fā)展可以帶動(dòng)這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從而影響國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 或者說液壓挖掘機(jī)的制造技術(shù)和生產(chǎn)能力也可以反映出一個(gè)國家工程機(jī)械的整體水平，從而也可以反應(yīng)出該國家的裝備制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和水平。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 挖掘機(jī)的發(fā)展距今已經(jīng)有 170 多 年的歷史了 ,期間經(jīng)歷了由蒸汽 機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用杠桿原理驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)的有軌挖掘機(jī)，到由電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 1837 年，在美國誕生了第一臺(tái) 由蒸汽驅(qū)動(dòng)，利用杠桿原理進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)的有軌式移動(dòng)的機(jī)械式挖掘機(jī)，此挖掘機(jī)不具備回轉(zhuǎn)功能。 1930 年，柴油機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)式挖掘機(jī)產(chǎn)生，柴油機(jī)的應(yīng)用可以說是挖掘機(jī)發(fā)展史上的一次飛躍，移動(dòng)式挖掘機(jī)利用齒輪傳動(dòng)技術(shù)，通過履帶進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)，遺憾是沒能擺脫回轉(zhuǎn)角度小的缺陷。由剛開始的拖拉機(jī)上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)，到 今天的 拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。 挖掘機(jī)的 構(gòu)成 常見的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)有：動(dòng)力裝置、工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)施等。 挖掘機(jī)的分類 挖掘機(jī)分類 一 ：按驅(qū)動(dòng)方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng) 挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)兩種 。 挖掘機(jī)分類二：按行走的方式不同，挖掘機(jī)可分為履帶式挖掘機(jī)和輪式哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 挖掘機(jī) 。 挖掘機(jī)分類四：按照傳動(dòng)方式的不同，挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。 挖掘機(jī)分類五 ： 按照鏟斗來分，挖掘機(jī)又可以分為正鏟挖掘機(jī)和反鏟挖掘機(jī)。 反鏟挖掘機(jī)是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷模?其動(dòng)作形式特點(diǎn)是“ 向后向下，強(qiáng)制切土 ” 。 正鏟挖掘機(jī)的鏟土動(dòng)作形式，其特點(diǎn)是“前進(jìn)向上，強(qiáng)制切土”。正鏟的挖斗比同型號(hào)的反鏟的挖掘機(jī)的斗要略大一些，一般 可以挖掘含水量不高于 27%的Ⅰ～Ⅲ類土石方，并且與自卸汽車配合完成整個(gè)的挖掘運(yùn)輸 作業(yè)，還可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 國內(nèi)液壓挖掘機(jī)發(fā)展 概況 我們國家挖掘機(jī)的生產(chǎn)起步比較晚，從 1954 年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)的第一臺(tái)機(jī)械式單斗挖掘機(jī)到今天，基本上經(jīng)理了三個(gè)階段：測(cè)繪仿制、自主研發(fā) 和發(fā)展創(chuàng)新。因?yàn)閲医?jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，我國先后建立了十幾家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。 二十世紀(jì)八十年代末，中國的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家已經(jīng)突破 30 家，生產(chǎn)機(jī)型已經(jīng)有 40 余種。不等的十二個(gè)等級(jí)、 20 多種型號(hào)，還生產(chǎn) ～ 179。 12m179。的隧道挖掘機(jī)， 4m179。/h 的推土機(jī)等，還開發(fā)研制了斗容量為 179。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 總體來說我國挖掘機(jī)的生產(chǎn)批量小，生產(chǎn)地分散，生產(chǎn)工藝落后以及產(chǎn)品質(zhì)量低等， 很難與國際知名企業(yè)的挖掘機(jī)相比較，差距太大。通過多年的努力，我國液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能指標(biāo)得到了全面性的提高，與當(dāng)時(shí)國際上二十世紀(jì)八十年代的國際水平相媲美，產(chǎn)量也大大提高。 據(jù)相關(guān)人士表明，未來中國單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)該向全液壓的方向去發(fā)展，然而對(duì)于大型以及多斗挖掘機(jī)則因?yàn)橐簤涸闹圃?、裝配精度要求高，以及施工現(xiàn)場(chǎng)維修條件差等原因，仍然以機(jī)械式為主。 國外挖掘機(jī)發(fā)展概況 在國外，挖掘機(jī)最早的雛形出現(xiàn)在十六世紀(jì)意大利的威尼斯，那時(shí)還是靠人力驅(qū)動(dòng) 用于運(yùn)河的疏浚工程。到 1899 年人們開始將電動(dòng)機(jī)應(yīng)用到挖掘機(jī)上，電動(dòng)挖掘機(jī)也就產(chǎn)生了。 到二十世紀(jì)，液壓技術(shù)的應(yīng)用，讓挖掘機(jī)有了質(zhì)的飛躍。到二十世紀(jì)五十年代研制出了全液壓的挖掘機(jī)。尤其是到了六十年代，出現(xiàn)了專門為液壓挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的液壓技術(shù)和液壓元件，液壓挖掘機(jī)正式的踏上了蓬勃發(fā)展的道路。目前，我們所見的挖掘機(jī)幾乎都是液壓挖掘機(jī)，特別是中、小型液壓挖掘已基本占據(jù)的挖掘機(jī)市場(chǎng)。 設(shè)計(jì)加工工藝概敘 工藝過程是指在生產(chǎn)過程中，直接改變?cè)牧希ɑ蛎鳎┬螤?、尺寸和性能，使之變?yōu)槌善返倪^程。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接；改變材料 性能的熱處理；零件的機(jī)械加工等，都屬于工藝過程。一個(gè)零部件的加工工藝就是它整個(gè)的單一零件的加工工 藝過程。 為了達(dá)到目的，我們要對(duì)零部件進(jìn)行工藝分析，從單一零件的加工方式方法考慮，哪一種才是 最省力、最省時(shí)、最有效、最低成本 ，而且在我們的能力范圍之內(nèi)的方法，所謂的精益求精可以解釋一切。應(yīng)為 我們所加工的是一些大型的結(jié)構(gòu)件，在我們進(jìn)行加工的時(shí)候可能會(huì)需要一些專機(jī)和輔助機(jī)械，例如焊接變位機(jī)，對(duì)頭鏜床， 數(shù)控 加工中心等 本章小結(jié) 本章針對(duì)液壓挖掘機(jī)的發(fā)展過程、定義分類做了簡(jiǎn)單地介紹，并且就加工工藝給予了定義性的解釋，概括的描述了液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件所需的加工方法和設(shè)備。 Q345的化學(xué)成分和力學(xué)特性如下表所示： 表 2— 1 Q345的化學(xué)成分及力學(xué)特性 化學(xué) 成分 C Si Mn S P Cr Mo V Ni ≤ ≤ ～ ≤ ≤ ～ 力學(xué) 特性 抗拉強(qiáng)度Rm/Mpa 屈服強(qiáng)度Rel/Mpa 伸長率 A/% 沖擊功 Akv/J 470～ 630 345 21 鋼的焊接性是指鋼對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度（工藝焊接性），以及材料在施工條件下，焊接成按規(guī)定要求設(shè)計(jì)的構(gòu)件，并滿足預(yù)先服役要求的能力（使用焊接性）。工藝焊接性是指材料經(jīng)焊接加工后形成完整焊接接頭的能力，通常以材料對(duì)形成例如裂紋、氣孔等焊接缺陷敏感性的大小，以及所采取的工藝措施的復(fù)雜程度來比較工藝焊接性的優(yōu)劣。 ① 焊接冷裂紋 焊接冷裂紋是最危險(xiǎn)的焊接缺陷，在日常生產(chǎn)中我們常常把焊接冷裂紋作為重要的考核項(xiàng)目之一，就低碳 合金 鋼來說，裂紋主要發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)，熱影響區(qū)淬硬傾向大的鋼材會(huì)因急冷容易產(chǎn)生焊接冷裂紋，冷裂紋可以在焊接后立即出現(xiàn)，也有時(shí)要經(jīng)過一段時(shí)間（幾個(gè)小時(shí)，幾天甚至更長時(shí)間）才會(huì)出現(xiàn) 。 決定此 類鋼材的熱影響區(qū)淬硬性的主要因素是碳當(dāng)量 CE，其計(jì)算公式為： CE=C+Mn/6+（ Cr+Mo+V） /5+（ Ni+Cu） /15 有經(jīng)驗(yàn)表明。 挖 掘 機(jī) 主 要 用 鋼 為 Q345 ， , 其 碳 當(dāng) 量 計(jì) 算 值 為CE=++＜ ，所以說挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件部分的焊接性較好，焊接冷裂紋敏感性較小，不需要采取預(yù)熱和緩冷等工藝措施。對(duì)低溫下使用的挖掘機(jī)結(jié)合構(gòu)件的焊接，其 V 型缺口沖擊值的下線要達(dá)到其規(guī)定的溫度韌性保證值，用來防止結(jié)構(gòu)在負(fù)荷時(shí)脆性破損 。焊接結(jié)構(gòu)的鋼材與焊材除應(yīng)滿足必要的強(qiáng)度和剛度要求外 , 還應(yīng)滿足低溫沖擊韌度的要求。隨著挖掘機(jī)在使用過程中開裂問題的不斷發(fā)生，人們開始意識(shí)到焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)按地區(qū)作業(yè)溫度的不同選擇結(jié)構(gòu)用鋼材 ,包括焊接材料 ,在氣溫偏低的地區(qū) ,鋼材和焊材的選擇除了強(qiáng)度指標(biāo)要求外 ,材料的低溫沖擊韌度 ,特別是一 4 0℃ 的沖擊韌度指標(biāo) ,成為必須滿足的條件。表 2— 3列出了挖掘機(jī)焊接結(jié)構(gòu)件常用材 料的力學(xué)性能。 例如： 1 焊接 Q550 鋼：選用焊絲 SLD70 或等強(qiáng)度工藝匹配焊材。 3 焊接 20Mn2 鋼：選用焊絲 SLD70 或等強(qiáng)度工藝匹配焊材。 5 焊接 WELDOX900 鋼及 S890G1QL 鋼：選用焊絲 UnionX90 或 GM120 或等強(qiáng)度工藝匹配焊材。 7 焊接 WELDOX1100 鋼：選用焊絲 UnionX90 或 GM120 或等強(qiáng)度工藝匹配焊材。 ⑶工作條件和使用性能，低溫工作情況使用時(shí)選用低溫用鋼焊接材料，受振動(dòng)載荷和沖擊載荷的要選用強(qiáng)度，塑性韌性高的焊接材料。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 焊接 工藝方法和裝備 如何選擇焊接方法，應(yīng)考慮到焊接制造質(zhì)量和生產(chǎn)的效率問題，據(jù)目前液壓 挖掘 機(jī) 結(jié)構(gòu) 件 焊接 普遍 使 用 熔 化 極氣 體保 護(hù) 焊（ MAG ） (采用80%Ar+20%CO2 混合氣體保護(hù) )的方法，使用全自動(dòng)活半半自動(dòng)二氧化碳保護(hù)焊接工藝的約占到 70%，為了提高生產(chǎn)的效率有些結(jié)構(gòu)件采用了焊接專機(jī)、焊接機(jī)器人等，現(xiàn)在大量的焊接機(jī)器人工作站唄應(yīng)用到斗桿、動(dòng)臂、挖斗以及回轉(zhuǎn)架的焊接。其產(chǎn)生原因?yàn)椋菏湛s變形 — 是由于焊縫的縱向（沿焊縫方向）和橫向（垂直 焊縫方向）收所引起的；角變形 — 由于 V型坡口對(duì)接焊焊縫布置不對(duì)稱，造成焊縫上下橫向收縮量不均勻從而引起的變形；彎曲變形 — 由于焊縫布置不對(duì)稱，焊縫多的一面收縮量大而引起的結(jié)構(gòu)件彎曲，多出現(xiàn)在“ T”型梁的焊接加工過程中；扭曲變形 — 由于焊接過程中焊接順序和焊接方向不合理引起的結(jié)構(gòu)件扭曲，又稱為螺旋形變形，多出現(xiàn)在工字梁的焊接過程中；波浪邊形 — 這種變形易發(fā)生在薄板焊接過程中。錯(cuò)邊變形 — 焊接過程中，由于兩塊板材的熱膨脹系數(shù)不同，可能引起長度方向或者 厚度方向上的錯(cuò)邊。 焊接變形可以分為在焊接過程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和在溫室條件下的殘余變形。從主觀上看，在焊接材料以及焊接方法確定的前提下，就液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生焊接變形主要原因有：⑴結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)不當(dāng)，焊接時(shí)容易發(fā)生變形；⑵焊接接頭的形式、焊縫布置不合理；⑶控制焊接變形的工藝方法應(yīng)用不合理。 結(jié)構(gòu)件焊接變形的根本原因是焊接所產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力的不均勻性造成的，造成盈利不均勻的原因主要焊絲焊接過程中構(gòu)件區(qū)域內(nèi)存在不均勻的溫度場(chǎng)。按常理來說，在焊接方法確定的可以從兩方面考慮改善：①將結(jié)構(gòu)件固定，組織起變形，然后經(jīng)過拋丸，整體人處理等后續(xù)工序處理方法是應(yīng)力釋放；②使結(jié)構(gòu)件不受拘束而自由收縮，使其 釋放應(yīng)力后的工件尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以，根據(jù)焊接變形的不同形式，去控制盒消除液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件的焊接變形十分重要。在實(shí)際生產(chǎn)表明，對(duì)于液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件來說，主要是控制焊接變形的工藝方法，可以通過進(jìn)行控制焊接方法的應(yīng)用或者幾種綜合應(yīng)用可以有效的控制結(jié)構(gòu)件的焊接變形。 ⑵剛性固定法：焊接前將易變形的工件加以固定用來限制和減小焊接變形的方法稱為房型固定法。 ⑶制定合理的焊接順序：焊接件的焊接順序會(huì)給焊接結(jié)構(gòu)件帶來很大的影響，所以要針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式制定合理的焊接順序。以下是制定合理焊接順序的原則： ① 對(duì)稱焊縫盡量采用對(duì)稱焊接； ② 不對(duì)稱的焊縫先焊接短而小、焊縫少的一側(cè)； ③ 對(duì)于長焊縫采取分段退焊法、中間分段退焊法、跳焊法 以及交替焊法。④多層多道焊接工藝次序和方向：多層多道焊接可以提高焊縫金屬質(zhì)量，尤其是塑性，這是因?yàn)槎鄬雍缚p具有熱處理的作用，相當(dāng)于對(duì)焊縫進(jìn)行了一次正火處理，因而改善了二次組織采用多層多道焊可以有效減少熱輸入，故有效的減小了熱變形量。以上這些方法在后續(xù)說明結(jié)構(gòu)件加工順序的時(shí)候會(huì)得到證實(shí)。 對(duì)回轉(zhuǎn)平臺(tái)（上車架）的 工藝 設(shè)計(jì) 分析及其組裝焊接 回轉(zhuǎn)平臺(tái)（上車架）主要由三部分構(gòu)成：左架，右架和回轉(zhuǎn)支撐架。 它是挖掘機(jī)最重要的結(jié)構(gòu)件之一，整機(jī)的工作裝置、司機(jī)室、動(dòng)力等都是安裝在它之上的。 對(duì)于回轉(zhuǎn)平臺(tái)三個(gè)部件的焊接方法可以借助于焊接變位機(jī)，可以減少焊接時(shí)間，從而提升可以生產(chǎn)效率。 如圖所示： 圖 2— 2 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)支撐架背對(duì)