自行式平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈的設(shè)計(jì)與制造工藝技術(shù)

摘 要：平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈是平地機(jī)的核心部件，其加工工藝集鈑金、焊接、機(jī)加工、熱切割、表面感應(yīng)熱處理、無損檢測(cè)等技術(shù)為一體，文章通過分析回轉(zhuǎn)圈的加工難點(diǎn)與重點(diǎn)，提出了平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈合理的制造工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：自行式平地機(jī)；回轉(zhuǎn)圈；制造工藝

中圖分類號(hào)：TH132.46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）29-0030-03

近年來，工程機(jī)械行業(yè)出現(xiàn)了前所未有的快速發(fā)展，作為筑路機(jī)械設(shè)備之一的平地機(jī)產(chǎn)品，在國家對(duì)公路交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力投入商機(jī)中，獲得了非常好的發(fā)展勢(shì)頭。平地機(jī)的主要功能是把作業(yè)對(duì)象整平，而回轉(zhuǎn)圈結(jié)構(gòu)件作為平地機(jī)刮土工作裝置的核心部件，起著傳遞動(dòng)力與控制刮土板回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用，承受平整運(yùn)動(dòng)的所有應(yīng)力與高沖擊載荷，直接決定了平地機(jī)整機(jī)的性能與可靠性。文章以國外某品牌平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈設(shè)計(jì)加工為例，簡述該結(jié)構(gòu)件先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造工藝技術(shù)。

1 平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈的基本結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)圈是平地機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)基礎(chǔ)，其部件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由齒圈、左右側(cè)板、左右肋板、管橫梁、左右管支撐、左右蓋板、定位塊、定位環(huán)、吊耳、板支撐、楔形塊、墊板及尾架組成。外形尺寸：Φ1590×621.6。齒圈采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345E制造，其余結(jié)構(gòu)分別采用Q345B、20Mn及20鋼焊接而成，側(cè)板、肋板、楔形塊與齒圈的組合焊縫是Ⅰ類焊縫，其余均為Ⅱ類焊縫。齒圈內(nèi)徑加工有內(nèi)嚙合齒，所有齒均需進(jìn)行表面感應(yīng)熱處理。

2 回轉(zhuǎn)圈制造的重點(diǎn)難點(diǎn)和解決方案

①齒圈零件的節(jié)材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。其中齒圓環(huán)（見圖2）采用板材卷制設(shè)計(jì)技術(shù)，齒面板（見圖3）采用四等分扇形板拼接設(shè)計(jì)技術(shù)，齒圈所有零件均采用火焰切割下料方式，取得高達(dá)80%以上的平均材料利用率，該技術(shù)大大提高了齒圈的性價(jià)比。

②八軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的技術(shù)。通過使用自動(dòng)焊接技術(shù)，保證這種大型回轉(zhuǎn)圈結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜焊縫質(zhì)量穩(wěn)定可靠，與手工焊接工藝相比提高焊接效率2倍以上。

③回轉(zhuǎn)圈嚙合齒表面感應(yīng)熱處理設(shè)計(jì)技術(shù)與加工工藝技術(shù)。國際先進(jìn)的平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈嚙合齒均采用表面感應(yīng)熱處理技術(shù)來提高齒的耐磨性能，這是其質(zhì)量與可靠性高于國內(nèi)平地機(jī)企業(yè)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)技術(shù)。由于回轉(zhuǎn)圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此嚙合齒的表面感應(yīng)熱處理工藝方法是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，主要工藝方法有逐齒感應(yīng)熱處理與三段式整體感應(yīng)熱處理，需視感應(yīng)器的功率大小而定。

④回轉(zhuǎn)圈結(jié)構(gòu)件全焊縫超聲相控陣無損檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)原是應(yīng)用于軍工與航空領(lǐng)域，國際先進(jìn)企業(yè)將其應(yīng)用于回轉(zhuǎn)圈的焊縫內(nèi)在質(zhì)量檢測(cè)中，確保了焊縫質(zhì)量，提高回轉(zhuǎn)圈的可靠性。

⑤長焊縫厚板自動(dòng)焊接技術(shù)。主要解決板厚達(dá)

40 mm、焊縫周長達(dá)5 m以上齒圈的齒面板與支承圈焊接焊縫易產(chǎn)生裂紋的技術(shù)難題。設(shè)計(jì)采用自動(dòng)焊接工藝技術(shù)，對(duì)研制過程中出現(xiàn)的裂紋問題進(jìn)行研究，結(jié)合分析成形系數(shù)大小，設(shè)計(jì)出合理的焊接坡口角度，既保證焊接質(zhì)量，又提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。

⑥一體化拼點(diǎn)技術(shù)。設(shè)計(jì)高效合理的拼點(diǎn)工裝設(shè)備，所有回轉(zhuǎn)圈零件在一次組合過程中完成所有拼接工序。

3 平地機(jī)回轉(zhuǎn)齒圈的制造工藝及要求

3.1 主要零件的制作

①齒圓環(huán)。采用數(shù)控雙割炬火焰切割下料，需進(jìn)行機(jī)械冷矯，矯正后的鋼材表面的表面不能有明顯的凹痕或損傷，確保高度方向的直線度，矯正后的高度方向直線度允許偏差應(yīng)符合TB10212-98《鐵路鋼橋制造規(guī)范》中的規(guī)定。

②齒面板與側(cè)板。采用數(shù)控火焰切割下料方法，其中側(cè)板依據(jù)如圖4所示套料工藝進(jìn)行切割，材料利用率得以提高。

③斜管支撐。如圖4所示，斜管支撐A面與B面為兩空間平面，其精度與批加工尺寸一致性與拼點(diǎn)總裝密切相關(guān)，需采用專用工裝進(jìn)行定位，并采用金屬銑切機(jī)進(jìn)行加工。

④坡口加工。由于直徑達(dá)1.5 m以上的齒圓環(huán)系卷制而成，橢圓度允差為5 mm，因此坡口無法采用車加工方式，需采用坡口機(jī)加工，同時(shí)將坡口機(jī)改裝成可繞周向柔性調(diào)節(jié)的專機(jī)，即可提高生產(chǎn)效率，又可確保坡口尺寸精度。

⑤成形加工。如圖5所示，對(duì)左、右肋板與左、右側(cè)板分別采用專用模具在大型油壓機(jī)上進(jìn)行冷彎成形。

3.2 拼點(diǎn)組裝、焊接、切齒及機(jī)加工

①拼點(diǎn)組裝。設(shè)計(jì)的拼點(diǎn)組裝工裝，一次性將14個(gè)零部件組裝拼點(diǎn)一起，拼點(diǎn)后采用便攜式關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)機(jī)進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)，確保各零件組裝后的空間尺寸與位置滿足要求。

②焊接。齒圓環(huán)與齒面板采用專用自動(dòng)連續(xù)焊接機(jī)床，內(nèi)外環(huán)均分兩道焊接，焊接之前應(yīng)采用U型夾消除齒圓環(huán)與齒面板間的間隙，焊接順序?yàn)閮?nèi)環(huán)打底→外環(huán)打底→內(nèi)環(huán)蓋面→外環(huán)蓋面，可有效減小焊接變形。拼點(diǎn)后的回轉(zhuǎn)圈采用八軸可轉(zhuǎn)位變位機(jī)的焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，質(zhì)量可靠、穩(wěn)定性好。要保證回轉(zhuǎn)圈的焊接質(zhì)量，并有效控制其焊接變形，焊接工藝是關(guān)鍵，要注意以下幾點(diǎn)。其一，施焊前檢查。應(yīng)檢測(cè)各拼點(diǎn)零件間的離隙是否超過1 mm以上，否則需先將離隙填補(bǔ)；必須進(jìn)行拋丸以清除坡口及焊縫兩側(cè)的油、污、水、銹及其他雜質(zhì)，需在拋丸后四小時(shí)之內(nèi)完成焊接。其二，焊接參數(shù)選擇。選用

Φ1.6 mm的焊絲，采用氣體保護(hù)焊接，焊接電壓35V，送絲速度12 m/min，保護(hù)氣體為90%Ar+10%CO2，氣流量為25 L/min。其三，焊接順序。楔形塊與齒圈、側(cè)板焊接→肋板與側(cè)板焊接→側(cè)板與齒圈焊接→墊板、尾架與齒圈焊接→尾架、側(cè)板與齒圈焊接→側(cè)板、墊板、尾架與齒面板焊接→管支撐與側(cè)板焊接→管橫梁與側(cè)板焊接→定位環(huán)與管橫梁焊接→吊耳與管支撐焊接→定位環(huán)、板支撐與管橫梁焊接→墊板與齒圈焊接→肋板與齒圈焊接→側(cè)板與齒圈焊接→蓋板與肋板、側(cè)板、齒圈焊接。

③切齒。將回轉(zhuǎn)圈定位在具有自定心功能的專用夾具上，采用精密數(shù)控火焰切割機(jī)切齒，加工關(guān)鍵是齒形精度的控制與切割表面粗糙度的控制，其中火焰的調(diào)整與預(yù)熱方式是重要手段。

④齒形熱處理。采用獨(dú)特的臥式回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、逐齒連續(xù)加熱淬火技術(shù)、可自動(dòng)調(diào)節(jié)感應(yīng)器與回轉(zhuǎn)圈之間感應(yīng)間距技術(shù)，實(shí)現(xiàn)360°的回轉(zhuǎn)圈齒形表面全部淬硬，保證回轉(zhuǎn)圈變形小且耐沖擊。

⑤無損檢測(cè)?；剞D(zhuǎn)圈結(jié)構(gòu)件對(duì)焊縫質(zhì)量要求高，焊縫形面復(fù)雜并需確保零缺陷，因此要求采用相控陣超聲波無損檢測(cè)方法。相控陣超聲波技術(shù)具有檢測(cè)靈活性高、速度快，現(xiàn)場檢測(cè)時(shí)只需對(duì)焊縫進(jìn)行一次簡單的線性掃查而無需來回移動(dòng)即可完成全焊縫的檢測(cè)；檢測(cè)結(jié)果直觀、重復(fù)性好，可實(shí)時(shí)顯示；可檢測(cè)復(fù)雜形面或難以接近的部位，缺陷定位準(zhǔn)確，檢測(cè)靈敏度高。

4 結(jié) 語

平地機(jī)回轉(zhuǎn)圈是平地機(jī)的一個(gè)核心部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集鈑金、焊接、機(jī)加工、熱切割、表面感應(yīng)熱處理、無損檢測(cè)等技術(shù)為一體。因此，筆者采用了合理的加工工藝技術(shù)措施、焊接順序、專用坡口機(jī)設(shè)備、表面感應(yīng)熱處理設(shè)備等，成功開發(fā)出了平地機(jī)專用高性價(jià)比回轉(zhuǎn)圈，滿足了產(chǎn)品的尺寸與精度及內(nèi)在質(zhì)量要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張文鉞.機(jī)械產(chǎn)品失效分析叢書-焊接工藝與失效分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[2] TB10212-98，鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].