張寶柱 王豐順 王 磊

（山起重型機械股份公司技術(shù)中心，青州 262515）

輕量化橋式起重機主梁采用全偏軌形式，軌道為方鋼，且直接焊接在主腹板處的上蓋板上，焊接工藝采用雙面連續(xù)焊或斷續(xù)焊，針對軌道焊接熱變問題形通過相關(guān)焊接工藝進行控制。國內(nèi)部分外起重機生產(chǎn)廠家采用非對稱斷續(xù)焊，軌道端部連續(xù)焊方法進行焊接，并通過斷續(xù)焊減少焊接熱變形影響，但是斷續(xù)焊在每個焊段引弧、收弧部分熱變形也比較大。另一種焊接工藝為采用連續(xù)自動焊形式，將小車軌道與主梁進行連續(xù)，主梁上翼緣板的波浪變形比斷續(xù)焊更加劇烈，但可通過減小焊縫高度的方法控制焊接熱變形。

小車軌道專用焊接線主要由專用組立平臺、焊接系統(tǒng)和供電控裝置組成。專用組立平臺用于輸送并承擔主梁荷載作用，并對主梁、方鋼軌道進行找正，做好焊接前準備工作；焊接系統(tǒng)用于方鋼軌道焊接；供電控裝置用于焊接系統(tǒng)移動供電，同時對焊接系統(tǒng)的速度、焊接電壓以及電流進行控制，保證焊接質(zhì)量。

1 研究的內(nèi)容

2015年6～10月，山起重型機械股份公司技術(shù)中心課題組一行幾人赴河南長垣衛(wèi)華集團、礦山集團、大連華銳起重機、上海科尼公司、江蘇靖江科尼摩睿公司以及蘇州法蘭泰克公司進行了工藝調(diào)研，與各廠家就輕量化起重機設(shè)計制造工藝技術(shù)進行了座談交流，編寫了《輕量化橋式起重機先進制造技術(shù)調(diào)研報告》（以下簡稱《報告》），報告內(nèi)容主要包括：

（1）研究主梁焊接時，小車方鋼軌道與主梁上蓋板焊接的工藝方法；

（2）重點研究焊接變形控制技術(shù)；

（3）優(yōu)化雙頭自動焊接電流、電壓、速度等工藝參數(shù)的技術(shù)；

（4）研究軌道焊接后蓋板變形的矯正工藝；（5）研究焊接過程中焊槍與方鋼之間的定位及導(dǎo)向。（6）設(shè)計制造專用組立平臺，方便組立工作，消除方鋼軌道的蓋板對主梁組立的影響。

2 研究的過程和方法

2.1 整體方案的確定

2.2.1 工件適用范圍：

工件最大焊接長度為35000mm；工件寬度為50mm～120mm；工件高度為30mm～100mm；工件焊接處高度≥3000mm；工件焊縫長度≥100mm；工件焊縫間隔距離≥100mm；工件鋼板厚度為6mm～24mm。

2.2.2 焊接方式的確定

因為焊接過程中，需要焊槍與工件進行相對運動，所以方鋼軌道的自動焊接有兩種方式可供選擇：第一，焊接裝置安裝在固定支架上，工件（方鋼軌道+主梁）固定在運行電動平車上；第二，工件（方鋼軌道+主梁）固定在平臺上，焊接裝置安裝在運行門架上。

前者因焊接裝置固定，焊接控制部分不需運動，故布置簡便。但工件質(zhì)量較大，焊接運動需要消耗較大動力及軌道基礎(chǔ)，不利于運行時定位導(dǎo)向；后者焊接裝置質(zhì)量較輕，運動需要消耗動力較小，軌道及基礎(chǔ)較小，且便于運行時定位導(dǎo)向。故本方案選擇第二種焊接方式，即工件固定、焊接裝置運動。

2.2.3 焊接型式的確定

傳統(tǒng)橋式起重機主梁采用中軌梁形式，鐵路鋼軌（或起重機專用鋼軌）采用軌道壓板固定，軌道壓板焊主梁上蓋板上，間距根據(jù)小隔板位置決定，約為500mm。在2011～2013國家支撐計劃“通用型橋式起重機輕量化設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用”課題研究中提出，方鋼軌道采用連續(xù)焊，可使軌道和箱型梁組成整體結(jié)構(gòu)一起承受載荷，這樣可以提高主梁強度和剛度，較大幅度降低箱型梁斷面高度，減輕主梁重量。

實踐證明，兩種焊接型式對主梁拱度及腹板波浪有著不同的影響影響。連續(xù)焊比斷續(xù)焊會造成更大的主梁下?lián)霞案拱逅綇澢?，軌道焊完后需要矯正的概率及矯正工作量也會更大。以下是20t輕量化橋式起重機三種跨度的主梁，結(jié)構(gòu)如圖1所示，主梁在兩種焊接形勢下的影響情況對比如表1示。

本裝置采用連續(xù)焊及斷續(xù)焊兩種焊接型式，其原因在斷續(xù)焊保證焊接質(zhì)量及控制變形的基礎(chǔ)上，進一步研究優(yōu)化連續(xù)焊的工藝方法，滿足設(shè)計需要。

2.2.4 門架結(jié)構(gòu)

本裝置采用箱型梁連接左右兩側(cè)十字操作機立柱，支撐行走機構(gòu)在兩根軌道上運動。通過雙側(cè)變頻調(diào)速電機以及精密雙級蝸輪蝸桿減速機驅(qū)動四個車輪同時轉(zhuǎn)動，同時雙側(cè)設(shè)有平衡輪組件，防止移動時偏擺。利用變頻器設(shè)置行走速度，實現(xiàn)設(shè)備正反向快速移動及焊接運動。

2.2.5 行走機構(gòu)

選用優(yōu)質(zhì)的鋼材焊接成型，其結(jié)構(gòu)整體剛性好，組成雙立柱十字操作機的行走機構(gòu)。驅(qū)動輪選用高精度雙級蝸輪蝸桿減速機，外殼用優(yōu)質(zhì)鋁合金壓制而成，傳動速比扭矩大，散熱快，噪音小，經(jīng)久耐用，可保證設(shè)備長期平穩(wěn)可靠運行，同時利用高頻變頻調(diào)速電機實現(xiàn)快速返程功能。

表1 20t輕量化橋式起重機主梁不同焊接工藝影響對比

圖1 20t輕量化橋式起重機主梁

2.2.6 橫梁小車

安裝在左右立柱上，通過V型組合滾輪可以上下升降、左右伸縮時，并帶有傾斜度，保證在焊接狀態(tài)下依靠重力跟蹤工件側(cè)板。在非焊接狀態(tài)，橫梁小車用電控操作，在橫臂梁伸縮時候依靠離合器—齒輪齒條傳動勻速往返。在橫梁前端配置帶手動微調(diào)機構(gòu)的埋弧焊機頭/CO2氣保焊自動焊槍調(diào)節(jié)機構(gòu)，同時安裝水平、垂直自動跟蹤裝置，保證焊縫和工件在垂直、水平方向的的一致性，其中伸縮距離為0～1200mm；升降距離為0～2800mm；工件自動跟蹤垂直距離為0～250mm，水平距離為0～400mm。

2.2.7 左右輔助平臺

在右立柱的兩側(cè)離地高度2米處設(shè)置輔助平臺，水冷卻系統(tǒng)布置在平臺上。平臺由型鋼拼接而成，上面鋪花紋板，四周安裝護欄并設(shè)置人工梯，操作者可以在平臺上行走，方便操作工觀察。

2.2.7 電控系統(tǒng)

設(shè)備供電系統(tǒng)能在三相、380V±10%、50Hz±1%的網(wǎng)路電壓下能夠長期穩(wěn)定運行，滿足設(shè)備安全運行要求。操作系統(tǒng)采用7寸彩屏智能化觸摸屏與主機通訊控制。焊接速度控制采用日本三菱高性能可編程器及高速編碼記數(shù)器，在工控領(lǐng)域一體機中它是檔次較高的超小型控制裝置?？刂葡到y(tǒng)采用先進的雙變頻器主從閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證了設(shè)備運行穩(wěn)定。

其他電氣元件如繼電器、接觸器、存儲單元、信號采集及傳遞元件、各種行程開關(guān)和按鈕等均采用進口件，提升控制系統(tǒng)可靠性和使用壽命。另外本控制系統(tǒng)與焊接電源一體控制，實現(xiàn)專機動作與焊接過程無縫連接，更好地完成引弧及收弧作業(yè)，達到理想焊接質(zhì)量?？刂乒裣潴w采用烤漆工藝制作，外形美觀，使專機操作更加方便、快捷。

2.2.9 電纜拖鏈系統(tǒng)

在行走大車的一側(cè)安裝電纜拖鏈滑行軌道，焊接機所有移動電纜必須通過拖鏈內(nèi)置移動，從而保證設(shè)備安全運行，減少線纜的磨損。

2.2.10 水冷卻系統(tǒng)及主要技術(shù)參數(shù)

專用一體化水冷焊槍為600A；水箱容量為180kg；循環(huán)水壓≥2kg。其他技術(shù)參數(shù)如表2所示，該焊接機設(shè)計圖如圖2所示。

表2 項目技術(shù)參數(shù)

圖2 自動焊接機設(shè)計圖

2.2 方案論證

小車軌道焊接裝置方案確定后，山起重型機械股份公司技術(shù)中心于2016年6月組織召開了專家論證會，與會專家在肯定此方案可行性的同時，提出以下意見：

第一，要實現(xiàn)焊槍與工件間的準確定位，導(dǎo)向比較關(guān)鍵，軌道是導(dǎo)向的基礎(chǔ)，所以要對軌道直線度的校正及軌道安裝誤差要提出明確的要求；第二，為保證焊接質(zhì)量，焊槍應(yīng)有可靠的伸縮功能；第三，需要進一步研究方鋼軌道連續(xù)焊對主梁變形的影響及矯正措施。

3 總結(jié)

本文研究方案可實現(xiàn)對輕量化橋式起重機方鋼軌道的自動焊接、連續(xù)焊機及斷續(xù)焊，可滿足不同噸位、跨度及材質(zhì)的主梁生產(chǎn)需要。運行機構(gòu)的導(dǎo)向、定位、焊槍伸縮可保證焊接質(zhì)量要求，可達到提高焊接質(zhì)量與工作效率、減少人工焊接工作量與勞動強度的要求，滿足自動化生產(chǎn)作業(yè)的要求。