轮式装载机铲斗制造问题的分析与解决

宋睿烜 李松陶 刘喆

摘要：工程机械结构件的变形，主要来自焊接热应力、残余应力及外力的作用。通过过程监控，对于铲斗制造中的问题进行分析，并制定防止措施进行避免。

关键词：铲斗;热输入量;线能量;焊接残余变形

轮式装载机的四大结构件是铲斗、动臂、前车架和后车架，铲斗和动臂的结构制造水准，决定了整机作业性能的优劣。本文将针对铲斗制造方面出现的问题，进行一些分析并提出解决措施。

1.结构形式

装载机一般配置正铲形式的铲斗，作业时，动臂油缸操纵动臂，带动铲斗高度的升降，摇臂油缸操纵摇臂带动连杆，调整铲斗的角度，完成挖、运、装的工作循环。作为钢结构类产品，如果焊接质量不高，就会给后续加工和使用过程带来困难，造成偏磨及举升不稳等问题。

2.制造过程

铲斗制造中的主要问题在于过量的变形，存在于铲刃板的加工、斗壁的压弯、支撑板的加工、铲斗的装焊等工序。

（I） 工艺流程

铲斗结构件的工艺路线一般为结构下料—机加工—铆焊，对于零部件加工的残余应力和热变形，装焊铲斗前采用机械或火焰矫正法进行变形的纠正，但对于复杂变形难以调整，误差会积累到后续工序中去。

（II） 焊缝设计

铲斗底部焊缝主要集中在背面，斗壁板较薄（8～10mm），焊缝数量密集分布不合理，焊缝焊高较大。同时由于下料误差，铲刃板与斗底加强板、斗壁板对接间隙过大且分布不均，对接间隙的加大势必增加焊接塑性变形区，这样焊接后，沿焊缝方向产生的纵向收缩增大，并伴随挠曲变形。

依据相关设计经验，减小焊缝横截面积，减小焊缝横贯构件长度，设计合理的产品结构形式，减小焊缝到构件中性轴的距离，可达到减少焊接纵向变形量和挠度的目的。

（III）焊装制造

铲斗装焊工序中的问题：

（1）在用三辊斗壁板卷板时，因两端受力不均、压型线与斗壁板两边不平行等原因而出现扭曲，与斗侧板对接后带动铲刃板扭曲。

（2）铺斗底加强板（压弯件）时，由于下料公差，使斗底加强板局部高出两侧斗侧板或铲刃板，破坏铲刃板与两斗侧板构成的平面。

（3）铲斗焊接工艺指导性不足，焊接操作不当。没有按焊接工艺制定的焊接顺序执行，线能量控制不足，尤其在焊接铲刃板与斗壁板、斗底加强板的对接焊缝时，任意施焊，造成焊接热输入量过分集中，焊接变形过量。

（4）焊接残余变形的影响，主要分为横向收缩和纵向收缩。横向收缩与焊接线能量和板厚有关，线能量越大，板厚越薄，收缩量就越大。我们可以通过控制线能量的输入及合理的结构设计对横向收缩加以控制，降低电流电压、提高焊接速度来减小横向收缩。采用多层多道焊接，大大降低值，可以较大程度的减小纵向收缩量。

3.质量提升措施

（I）  加强过程控制

在气割、机加工及装卸、运输、存储过程中，按照相关工艺操作规程执行。对平整度不符合要求的板材进行校平，控制挠曲变形，保证铲斗相关零部件的来料合格率。

（II） 改善工艺水平

（1）在卷板过程中要保证压型线与斗壁板两边平行，斗壁板两端受力均匀，防止产生扭曲;铺斗底板时，进行斗底板平整度矫正，保证其平整度，并且不高出两侧斗侧板与铲刃板构成的平面;

（2）优化铲斗装焊工艺，提高工艺指导性。

① 制定焊接规范，变形的大小主要受焊接规范的影响，选用较小电流（150～180A）或提高焊接速度（0.4～0.6m/min）都可以使线能量减小，从而降低热应力变形的影响程度。

② 减小焊缝尺寸，主要取决于板厚及设计的强度要求。在满足强度要求的前提下，对于图1所示的环焊缝，部分长直焊缝可适当降低焊高或改为断续焊。

③ 优化焊接工艺，合理制定焊接方向、焊接顺序和焊道层数等。遵循先大焊缝后小焊缝，先长焊缝后短焊缝，长直焊缝分段退步焊，8mm以上焊高采取多层多道焊接的原则。

④ 改善焊接结构，增强装焊刚性及采取边界约束措施。焊接铲斗时在专门设计的组立胎具上进行装配，芯轴定位，增加结构刚性及变形约束能力。

4.结论

通过实施有针对性的防止措施，在以后的装载机铲斗生产过程中，就可以保证铲斗结构件产品质量的稳定，缩短产品生产周期，有效减少铲斗制造中的过量变形。

参考文献：

[1]霍立兴.焊接结构工程强度 机械工业出版社.1995.4

[2]张文钺.焊接冶金学.机械工业出版社. 2004.2

[3]JB/T5943.工程机械焊接件通用技术条件

[4]GB/T12467.焊接质量要求—金属材料的熔化焊.