中型液压挖掘机斗杆拼点工装的设计

2016-08-05 00:57:14杨柳
现代制造技术与装备 2016年6期
关键词:斗杆耳板侧板

杨柳

(徐州徐挖机械制造有限公司,徐州 221116)

·设计与研究·

中型液压挖掘机斗杆拼点工装的设计

杨柳

(徐州徐挖机械制造有限公司,徐州 221116)

本文主要根据了中型液压挖掘机斗杆的结构特点与机加工的精度要求,设计了适用生产的工装设备。此工装可以克服以前因为定位不准确,不可靠等原因造成的产品质量不达标等问题。

液压挖掘机斗杆拼点工装

液压挖掘机是一种应用于开挖土方、石方为主要用途的通用机械设备,在工程建设中得到广泛使用,如矿山开采、水利水电施工、工业与民用建筑工程、交通运输工程、机场建设、油田建设、港口建设、农业与林业工程以及国防建设工程,对节省人力、物力,减轻体力劳动,保证工程质量,缩短工期,降低工程造价具有非常重要的作用。目前中型液压挖掘机是市场上常见机型,它一般由动力装置、回转装置、液压系统、电气系统、行走装置和工作装置组成,其中工作装置主要由动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、摇臂、连杆以及相关液压管路、销轴等部分组成。斗杆在挖掘作业中是运动较为频繁、运动幅度较大的部件,因而要求斗杆的质量轻而又具有足够的强度。斗杆的组焊是否能达到设计要求直接影响了挖掘机的整体性能,为了保证斗杆质量,提高工作效率,本文针对中型液压挖掘机斗杆的结构特点和功能要求,设计出了一套组合式拼点工装。

1斗杆结构分析及其加工流程分析

为了节约成本,加快生产节拍,将斗杆分为几个小部件先拼点焊接,然后总拼总焊。斗杆一般由扇形支承“1”、前支承“2”、后支承“3”、斗杆油缸耳板“4”、铲斗油缸耳板“5”、上盖板“6”、下盖板“7”与侧板“8”等部分组成。

图1

图2

图1为某公司斗杆的三维图,图2为斗杆的二维图。由图中尺寸可知,斗杆组件尺寸较大,由上下盖板、两侧侧板与支承件焊接成箱体。这样设计一方面斗杆结构中空,质量较轻,有利于挖掘机的整体性能,另一方它的强度又足以满足设计要求,可以承受比较大的侧向弯矩。斗杆组件中几组孔的位置度、平行度同轴度与尺寸精度等要求非常高。前支承至扇形支承的距离为3016mm,前支承至铲斗油缸耳板距离为2697mm,扇形支承至斗杆油缸耳板的距离为836mm,这些空间铰点的之间的尺寸非常重要,工装必须要保证的。由于中型挖掘机斗杆的体积比较大,考虑到以上实际情况,故决定此拼点工装斗杆横放,即以一侧的侧板为基准面水平放置,如图3所示。

2中型液压挖掘机斗杆拼点工装的设计

与大部分平台类似,在在保证斗杆关键尺寸和相对位置的前提下节约成本,采用槽钢和厚钢板为主要材料制作成拼点平台,如图3所示。

图3

图4

(1)斗杆前支承、后支承部分的设计。如图4所示,此处专为斗杆前支承、后支承与相应的侧板部分的设计,首先将不带集中润滑孔的侧边装入定位轴2,通过限位块来确定侧板的高度,然后将前支承与后支承分别插入定位轴“1”和定位轴“2”,通过下面的限位隔套“3”与“4”限定支承的高度,并与侧板相贴合。这样便限定了侧板的所有自由度,而前、后支承限定了 5个自由度,只有绕着轴心转动。安装另一侧带集中润滑孔的侧板并贴合前、后支承,由于后支承的台阶设计可以限定侧板的高度,这样此侧板也被全部限定。调整前、后支承的位置,用集中润滑管将支承与侧板连起来,这样将前、后支承的最有一个自由度也限定了。使用夹紧工具“5”、“6”将所有工件夹紧。

(2)斗杆扇形支承与其中一侧侧板部分的设计。如图5所示,将斗杆焊成整体的扇形支承装入定位轴中,通过下部的限位块来确定扇形支承的高度,并使用限定方向的挡块限定扇形支承的转动方向,从而将工件的6个自由度全部限定。

图5

图6

如图6所示,将斗杆一侧的侧板“A”放入工装中,支承的台阶可以限定侧板的高度。调整侧板的方向,使侧板与扇形支承按照图纸要求装配。将斗杆同一侧的侧板“B”放入工装中,根据侧“A”与前后支承同侧侧板的位置调整侧板“B”的位置。将装配好的扇形支承、侧板“A”、侧板“B”和焊缝的衬板点焊上。

图7

图8

(3)斗杆下盖板部分的设计。如图7所示,将斗杆下盖板“A”吊装到工装上,通过限定高度的定位块确定盖板的高度。使用定位装置“1”限定下盖板“A”,前后位置。将下盖板“A”紧贴侧板与扇形支承,并使用夹紧装置将下盖板“A”夹紧,这样下盖板“A”的所有自由度全部限定(图8)。装配好下盖板“A”后,将下盖板“B”吊装到工装上,通过限定高度的定位块确定其高度。将下盖板“B”紧贴侧板与扇形支承,并根据图纸的设计要求与下盖板“A”进行装配,使用夹紧装置将下盖板“B”夹紧(图9)。将装配好的下盖板“A”、“B”与已经点焊好的部分点焊在一起。

图9

图10

(4)斗杆上盖板部分的设计。如图10所示,将斗杆上盖板吊装到工装上,通过限定高度的定位块确定盖板的高度。使用定位装置限定上盖板前后位置。将上盖板紧贴侧板与前后支承,并使用夹紧装置将其夹紧。将装配好的上盖板已经点焊好的部分点焊在一起。

(5)斗杆支撑板部分的设计。

如图11所示,将斗杆支撑板吊装到工装上,插装进扇形支承中后调整支承板的位置使其与上盖板接触。将支撑板与扇形支承、侧板、上盖板焊接在一起。

图11

图12

(6)斗杆另一侧侧板部分的设计。如图12所示,装配斗杆另一侧的侧板。由于斗杆内部已经装焊好了内衬板,侧板的高度可以确定,使用夹紧装置将侧板夹紧压实。将侧板与上下盖板拼焊在一起。

(7)铲斗油缸耳板部分设计。如图13所示,装配的为铲斗油缸耳板。以定位和底布限位支承体“1”限制了5个自由度,只有绕着轴心转动的自由度为限制并且确定了叉形支承的高度。中间的隔套“2”确定了两个耳板之间的距离,保证油缸的安装尺寸。将耳板的底面贴近斗杆上盖板从而将最后一个自由度限定。夹紧螺栓将耳板固定死。

图13

图14

(8)斗杆油缸耳板部分设计。如图14所示,装配的为斗杆油缸耳板。以定位和底布限位支承体“1”限制了5个自由度,只有绕着轴心转动的自由度为限制并且确定了叉形支承的高度。中间的隔套“2”确定了两个耳板之间的距离,保证油缸的安装尺寸。将耳板的底面贴近斗杆上盖板从而将最后一个自由度限定。夹紧螺栓将耳板固定死。

3工装设计中考虑的其他问题

在实际生产过程中,结构件焊接后会产生一定的变形,并在内部存在一定的残余应力,所以变形和应力在焊接过程中是同时存在并且不可避免的。焊接应力和变形直接影响结构件的形状和尺寸,变形严重时甚至会产生局部撕裂现象。变形还对整体机加工造成一定的困难,会增加矫正变形和机械加工的成本,造成不必要的浪费。因此在了解了斗杆焊接后的变形情况后在设计拼点工装中注意了各个零件之间的定位尺寸关系,根据焊缝的位置、形式、数量以及大小来确定焊缝的收缩余量,并把收缩余量叠加到设计尺寸作为工装设计的定位尺寸。而后续的焊接工艺顺序、焊接工艺参数的选择也直接影响各焊接尺寸的收缩余量的留取,因此在拼点工装设计时也将此因素考虑进去了。

设计拼点工装的充分考虑了工装的强度和刚度,能承受每日斗杆拼点时点焊和装卸时产生的作用力并保持不变形。

斗杆零件在上拼点工装前为零散工件,而吊卸下工装时已被点焊成整体,因此在设计时注意了动臂脱离工装时的运动方向和运动空间,以避免出现零部件碰撞工装的现象。

斗杆为比较复杂的组焊件,在设计工装时已经充分考虑到人体工学例如操作者的身高、臂长、弯腰的次数等方面的因素,给操作人员留有一定的操作空间,保证操作人员的安全性和舒适性,并能保证需要点焊的部位能有一定的点焊强度。

结束语

这套工装已经投入使用,经实践证明,该工装非常实用。此工装能很好地保证斗杆各构件的位置关系及其与其它零件的转配关系,不但降低了劳动强度,准确的保证了工件的尺寸,提高了斗杆批量生产的合格率,对下料零件质量控制也起到一定作用。同时又可避免很多划线工序为保证后续机器人焊接的焊接质量打下良好的基础,

[1]花杏华.挖掘机动臂焊接工装设计[J].金属加工(热加工),2010(4)44-45.

[2]刘崇.浅谈组焊件的拼点工装设计方法[J].工程机械,2002 (3)40-42.

[3]郭启博.小型农用液压挖掘机动臂焊接工装的设计[J].金属加工(热加工),2010(22)25-26.

[4]黄亚强.焊接反变形工艺在中厚板对接中的应用[J].电焊机,2002(9)39-40.

Design of the Assembly Point of the Bucket Rod of the Hydraulic Excavator

YANG Liu
(Xuzhou Xu digging Machinery Manufacturing Co.,Ltd.,Xuzhou 221116,China)

According to the structural characteristics of the hydraulic excavator bucket rod and the accuracy of the machining,tooling equipment was designed to the application of the production equipment. This tool can overcome the problem that the previous position is not accurate,unreliable and other reasons caused by product quality standards and other issues.

hydraulic excavator,bucket rod,assembly point

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