挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)件焊接設(shè)計的合理性分析及改進(jìn)

劉一鳴

摘 要：當(dāng)今社會不斷發(fā)展，各種機(jī)械設(shè)備的使用給生產(chǎn)實踐活動帶來了眾多便利，能夠提高工作效率，降低施工成本。挖掘機(jī)是建筑施工中不可或缺的機(jī)械設(shè)備，隨著工程建筑的不斷發(fā)展，也得到了廣泛應(yīng)用。其中挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)件焊接設(shè)計對其性能構(gòu)成了很大的影響，本文將對其展開分析并提出一些改進(jìn)策略。

關(guān)鍵詞：挖掘機(jī);工作裝置;結(jié)構(gòu)件焊接設(shè)計

液壓挖掘機(jī)在工作中需要依靠工作裝置的使用來完成對動臂的操作，工作裝置中主要由動臂、斗桿以及鏟斗組成。由于挖掘機(jī)面臨的工作環(huán)境比較惡劣，有時候會因為出現(xiàn)外力過大導(dǎo)致構(gòu)件上出現(xiàn)裂紋或者是形變等現(xiàn)象，造成疲勞破壞。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在挖掘機(jī)焊接件初期破壞中，通過對焊接結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計能夠有效地改善這種情況，保障挖掘機(jī)能夠順利工作。

一、結(jié)構(gòu)件設(shè)計應(yīng)具有工藝合理性

1.1 ?選用最優(yōu)的接頭型式

當(dāng)前很多挖掘機(jī)焊接結(jié)構(gòu)在設(shè)計時主要使用T形接頭，并且在實際焊接過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員沒有進(jìn)行強(qiáng)度分析計算，而是所有的焊接工作都是采用“等強(qiáng)設(shè)計原則”，這種工作方式能夠減小工作量，提高作業(yè)效率。但是卻具備著一定的不合理性，一旦出現(xiàn)焊腳高度過大的情況，并不能夠有效地提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，由于焊接過程中出現(xiàn)的過大熱應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件的承載能力大大降低，影響到了焊接結(jié)構(gòu)的性能。并且角焊縫的數(shù)量應(yīng)該要進(jìn)行精確計算，一般為承載斷面的平方值，才能夠發(fā)揮效果，很多實際焊接過程中出現(xiàn)的過大角焊縫就是不合理的情況。除了T型接頭之外，還有角接頭以及十字接頭等形式，這幾種不同的接頭都有著特定的規(guī)范，不能夠?qū)型接頭的規(guī)范套用到其他接頭中去。

考慮到焊接接頭的實際情況，可以采用坡口型式。當(dāng)然，在實際選擇過程中首先需要根據(jù)熔敷量和坡口加工的難易度，熔敷量過多就會造成生產(chǎn)成本增加，并且還對焊接殘余應(yīng)力構(gòu)成較大的影響。然后在這兩項因素的考慮基礎(chǔ)上再對單面焊縫角變形量、根部裂紋等進(jìn)行考量。在對兩塊厚度不同的鋼板進(jìn)行焊接時，會使用墊板進(jìn)行輔助焊接，此時使用V形坡口焊能夠具備簡單易行的特點。假如這兩塊鋼板的厚度值相差太大，就會造成對焊縫兩側(cè)金屬的熱影響，使得其性能發(fā)生變化，造成應(yīng)力突變的情況。針對這種情況，可以通過削薄厚板的方式，能夠有效的減小焊接過程中熱影響造成板材性能結(jié)構(gòu)損壞的情況。液態(tài)挖掘機(jī)再工作中面對的荷載實時在發(fā)生變化，為了克服應(yīng)力突變造成的影響，可以適當(dāng)削薄厚板的長度，能夠有效提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。目前挖掘機(jī)的所有工作裝置中的對接焊縫接頭都已經(jīng)采用了這種方式進(jìn)行處理，發(fā)揮出了優(yōu)秀的性能特征。

1.2 ?合理布置焊縫

焊縫的布置應(yīng)該要經(jīng)過科學(xué)分析之后才能夠確定，根據(jù)實際經(jīng)驗，一般將焊縫布置在非應(yīng)力薄弱和集中處，能夠有效地降低焊縫可能帶來的危害。在對挖掘機(jī)鏟斗前端的弧形板進(jìn)行焊接時，往往都會通過增加筋板來提高局部的強(qiáng)度。在進(jìn)行筋板設(shè)置時，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)力分析，如果筋板設(shè)置不合理，不僅不能夠提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還會造成對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力負(fù)擔(dān)，很有可能出現(xiàn)疲勞裂紋。一般來說，弧形板的折彎區(qū)屬于應(yīng)力薄弱區(qū)域，因此焊接位置應(yīng)該盡力避免該區(qū)域。挖掘機(jī)動臂背部的管夾底座出現(xiàn)崩裂和動臂箱體開裂是比較常見的故障，影響到了挖掘機(jī)應(yīng)用。從根源上分析這兩類問題，可以對動臂蓋板的管夾座進(jìn)行分析，并適當(dāng)對焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)。小焊接件往往在挖掘機(jī)工作中屬于輔助型受力結(jié)構(gòu)件，因此就可以適當(dāng)根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，并減少焊接量?？梢钥紤]管夾座直接焊在動臂背板上，這樣就不再需要底板發(fā)揮作用，可以直接進(jìn)行取消，這種方式不僅能夠保持一定的強(qiáng)度要求，還能夠極大地簡化結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行動臂設(shè)計時，需要將焊縫位置盡量避免出現(xiàn)在應(yīng)力集中區(qū)域。通過對于小焊接件焊縫的位置優(yōu)化，能夠有效的減小焊接缺陷對動臂造成的危害。此外，還需要盡量將焊縫設(shè)計與鋼板的軋制方向盡可能保持一致，能夠有效的提高焊接的質(zhì)量，提供更加可靠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

1.3 ?巧妙運(yùn)用聯(lián)系焊縫和加強(qiáng)板

在對挖掘機(jī)工件進(jìn)行拼接時，需要注意好對聯(lián)系焊縫的應(yīng)用。聯(lián)系焊縫能夠提高可靠性，保障工件的質(zhì)量，并且工藝比較簡單。加強(qiáng)版的應(yīng)用比較廣泛，正如其名，能夠有效的提高工件的強(qiáng)度，使得局部性能和整體性能都得到加強(qiáng)。但是在實際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)板只有在工件的剛性部位才能夠發(fā)揮加強(qiáng)作用。如果對加強(qiáng)板的使用方式不正確，不僅不會達(dá)到預(yù)期的加強(qiáng)作用，還會造成工件材料的浪費(fèi)，出現(xiàn)變形現(xiàn)象。一般挖掘機(jī)的工作裝置鉸接孔處的應(yīng)力一般都比較大，這與實際工作環(huán)境有關(guān)，并且其受力比較復(fù)雜。斗桿強(qiáng)度是必須要重視的一個方面，需要在其底部做好加強(qiáng)板的裝設(shè)，能夠有效地提供支撐作用。但是很多實際情況中，由于焊接時出現(xiàn)的應(yīng)力，導(dǎo)致斗桿的支撐強(qiáng)度降低，逐漸就會在焊縫處出現(xiàn)裂紋，造成斗桿開裂的現(xiàn)象，解決這種現(xiàn)象的方式就是去除加強(qiáng)板，經(jīng)過實踐檢驗，這樣能夠達(dá)到更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

二、規(guī)范化的焊接工藝

如果在焊接的過程中出現(xiàn)電流不穩(wěn)定等情況，就會造成很多焊接質(zhì)量問題，這是因為母材的溫度不能夠按照預(yù)期那樣進(jìn)行上升，就有可能導(dǎo)致母材和熔敷金屬熔合不良，導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，性能不達(dá)標(biāo)。因此在焊接中的起弧和收弧過程中，需要嚴(yán)格按照規(guī)范的工藝流程來進(jìn)行，做好精細(xì)化焊接。

當(dāng)在距焊縫端部還有10-20毫米時，就可以進(jìn)行引弧操作，確認(rèn)不斷弧返回端部，接下來就可以從正常的方向開始進(jìn)行焊接操作。為了確保焊接的質(zhì)量，在完成焊接工作之后，需要對焊點進(jìn)行嚴(yán)格檢查，一般使用超聲波和射線進(jìn)行該過程能夠十分精確的得到檢查的結(jié)果。需要注意的是，要避免在應(yīng)力角和拐角部位進(jìn)行起弧操作和收弧操作，避免出現(xiàn)不利情況導(dǎo)致工件結(jié)構(gòu)受損。要做好加強(qiáng)筋板的應(yīng)用，一般在動臂等受力較大的工件結(jié)構(gòu)中必須要使用加強(qiáng)筋板來提高工件的結(jié)構(gòu)性能，對其進(jìn)行焊接處理時也應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行，確保其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提升。經(jīng)過越來越多的實踐操作，已經(jīng)能夠確定比較合理的焊接流程，因此在對挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接時，需要按照焊接順序來進(jìn)行。對于子部件，應(yīng)該要設(shè)計好單獨的焊裝夾具，然后分別進(jìn)行焊接操作，對于阻焊工作，需要首先進(jìn)行固定焊，然后再進(jìn)行分散焊，采取的方式是從中間開始沿著四周進(jìn)行發(fā)散進(jìn)行交替焊接。為了避免出現(xiàn)熱量過于集中影響工件性能的情況，需要保持先縱焊縫，然后再橫焊縫的焊接順序，能夠發(fā)揮極佳的作用。內(nèi)筋板的使用應(yīng)該根據(jù)受力分析之后再進(jìn)行選用，使之能夠形成一個具備較強(qiáng)剛體的箱體結(jié)構(gòu)。完成所有的焊接以及加固工作之后，需要嚴(yán)格進(jìn)行檢查和試驗工作，模擬挖掘機(jī)真實面臨的場景進(jìn)行性能測試，確保能夠滿足復(fù)雜施工環(huán)境的需求。

三、結(jié)語

挖掘機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)件焊接是一項比較復(fù)雜的工作，其性能好壞直接影響到挖掘機(jī)在面對多種工況環(huán)境的性能，因此就需要對各個工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。本文通過對焊接殘余應(yīng)力、焊后變形以及裂紋等不利現(xiàn)象進(jìn)行了說明，并相應(yīng)的提出了進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)和工藝規(guī)范的策略，并對關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)論述，經(jīng)過實踐證明，本文所提出的改進(jìn)方式能夠較好的提高工作裝置的焊接質(zhì)量，提高挖掘機(jī)的整體工作效果。

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