关于可调底座优化设计的探讨

摘要：在钣金结构产品设计时，经常遇到焊接组件的设计，如何设计出加工性能最优的焊接组件，需要设计工程师在对钣金件加工工艺和焊接工艺有一定了解的基础上才能做到。本文以可调底座焊接组件为例，提出了三种设计方案，并从零件的拆分、组件焊接时的拼接便利性、焊缝数量以及材料利用率等方面对三种方案进行了分析，从中选出了最优方案。本文对钣金焊接结构件的设计具有一定的参考意义。

关键词：可调底座;结构设计;焊接优化

一、问题的提出

可调底座一次性加工了300套，焊接人員反馈可调底座的焊接量较多，能否优化一下。

二、GP011100000A机柜可调底座结构介绍

可调底座（图1）由下底座（图2）和上底座（图3）组成，主要用于在机房将机柜垫高，便于地上走线。

工程使用时，根据机房设计图，划线将下底座固定，再将上底座插入下底座，调节至所需的高度，并对准上下底座竖梁上的孔，然后通过螺钉和螺母将上下底座固定成一体，最后将机柜安装在底座上。

其中，下底座由五种零件组成，每种零件各两件，如图2所示。上底座由另外五种零件组成，每种零件各两件，如图3所示。

三、零件优化方案探讨

由于上、下底座结构形式类似，只是尺寸不一样，这样，只分析其中一种底座即可，下面以上底座为例进行分析。

下面列出几种方案，将分别从焊接焊缝数量、零件种类和数量、材料利用率等方面综合对该产品进行分析。

（1）方案一（已有方案）

已有方案的上底座由五种零件焊接生成，底座的四个角一共有5条焊缝，中间的两根竖梁分别有3条焊缝，这样总共有26（4*5+2*3）条焊缝。焊接时，零件上有拼装定位凸耳或凹陷缺口，这样方便拼装，为了方便焊接和保证组件尺寸，设计了工装定位。本方案的优点是材料利用率高，缺点是零件品种和数量较多，拼接相对不方便，焊缝较多，焊接工作量较大，容易变形。

（2） 方案二

将底座底部的横梁组合做成一个底板零件（图4），其由钢板冲出孔位和外形，然后再折弯成型，其余三种支架零件与方案一相同，焊接成一个组件（图5）。

此方案的优点是，减少了四道焊缝，减少了零件的数量和种类，减少了焊接拼接的难度，缺点是，材料利用率降低了（尽管底板的中空部分可以套排零件）。

（3）方案三

将上底座的前横梁和前部的两个支架做成一个U形零件，如图6所示。这样上底座就由三种零件（每种零件各两件）组成（前后黄色U形零件为一种零件），如图7所示。

此方案的优点是零件品种数和总数量均减少（零件品种数由5种减少至3种，总数量由10个减少至6个），焊接拼接更方便，减少了4道焊缝，材料浪费较少，利用率较高。

当然，还可以将上底座的左横梁和左部的两个支架做成一个U形零件，方案类同上方案，零件数量由5种减少至3种，数量由10个减少至6个，拼接、焊缝和材料利用率同上。

四、结论

通过对以上三种方案进行比较可知，方案三是较优的方案，主要是该方案的零件品种数和总数量均有减少，焊接拼接更方便，减少了4道焊缝，材料浪费较少，利用率较高。

在焊接组件进行设计时，可从零件种类和数量（拆分和拼接方式）、焊接焊缝数量、材料利用率等方面进行综合考虑，从中选择其中最佳的一种方案。

基金项目：

本文系武汉铁路职业技术学院铁道机车车辆学院何洲红与校外企业进行产学研合作的研究成果。