楊柳

（徐州徐挖機械制造有限公司，徐州 221116）

·設(shè)計與研究·

中型液壓挖掘機斗桿拼點工裝的設(shè)計

楊柳

（徐州徐挖機械制造有限公司，徐州 221116）

本文主要根據(jù)了中型液壓挖掘機斗桿的結(jié)構(gòu)特點與機加工的精度要求，設(shè)計了適用生產(chǎn)的工裝設(shè)備。此工裝可以克服以前因為定位不準(zhǔn)確，不可靠等原因造成的產(chǎn)品質(zhì)量不達標(biāo)等問題。

液壓挖掘機斗桿拼點工裝

液壓挖掘機是一種應(yīng)用于開挖土方、石方為主要用途的通用機械設(shè)備，在工程建設(shè)中得到廣泛使用，如礦山開采、水利水電施工、工業(yè)與民用建筑工程、交通運輸工程、機場建設(shè)、油田建設(shè)、港口建設(shè)、農(nóng)業(yè)與林業(yè)工程以及國防建設(shè)工程，對節(jié)省人力、物力，減輕體力勞動，保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低工程造價具有非常重要的作用。目前中型液壓挖掘機是市場上常見機型，它一般由動力裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、行走裝置和工作裝置組成，其中工作裝置主要由動臂、動臂油缸、斗桿、斗桿油缸、鏟斗、鏟斗油缸、搖臂、連桿以及相關(guān)液壓管路、銷軸等部分組成。斗桿在挖掘作業(yè)中是運動較為頻繁、運動幅度較大的部件，因而要求斗桿的質(zhì)量輕而又具有足夠的強度。斗桿的組焊是否能達到設(shè)計要求直接影響了挖掘機的整體性能，為了保證斗桿質(zhì)量，提高工作效率，本文針對中型液壓挖掘機斗桿的結(jié)構(gòu)特點和功能要求，設(shè)計出了一套組合式拼點工裝。

1斗桿結(jié)構(gòu)分析及其加工流程分析

為了節(jié)約成本，加快生產(chǎn)節(jié)拍，將斗桿分為幾個小部件先拼點焊接，然后總拼總焊。斗桿一般由扇形支承“1”、前支承“2”、后支承“3”、斗桿油缸耳板“4”、鏟斗油缸耳板“5”、上蓋板“6”、下蓋板“7”與側(cè)板“8”等部分組成。

圖1

圖2

圖1為某公司斗桿的三維圖，圖2為斗桿的二維圖。由圖中尺寸可知，斗桿組件尺寸較大，由上下蓋板、兩側(cè)側(cè)板與支承件焊接成箱體。這樣設(shè)計一方面斗桿結(jié)構(gòu)中空，質(zhì)量較輕，有利于挖掘機的整體性能，另一方它的強度又足以滿足設(shè)計要求，可以承受比較大的側(cè)向彎矩。斗桿組件中幾組孔的位置度、平行度同軸度與尺寸精度等要求非常高。前支承至扇形支承的距離為3016mm，前支承至鏟斗油缸耳板距離為2697mm，扇形支承至斗桿油缸耳板的距離為836mm，這些空間鉸點的之間的尺寸非常重要，工裝必須要保證的。由于中型挖掘機斗桿的體積比較大，考慮到以上實際情況，故決定此拼點工裝斗桿橫放，即以一側(cè)的側(cè)板為基準(zhǔn)面水平放置，如圖3所示。

2中型液壓挖掘機斗桿拼點工裝的設(shè)計

與大部分平臺類似，在在保證斗桿關(guān)鍵尺寸和相對位置的前提下節(jié)約成本，采用槽鋼和厚鋼板為主要材料制作成拼點平臺，如圖3所示。

圖3

圖4

（1）斗桿前支承、后支承部分的設(shè)計。如圖4所示，此處專為斗桿前支承、后支承與相應(yīng)的側(cè)板部分的設(shè)計，首先將不帶集中潤滑孔的側(cè)邊裝入定位軸2，通過限位塊來確定側(cè)板的高度，然后將前支承與后支承分別插入定位軸“1”和定位軸“2”，通過下面的限位隔套“3”與“4”限定支承的高度，并與側(cè)板相貼合。這樣便限定了側(cè)板的所有自由度，而前、后支承限定了 5個自由度，只有繞著軸心轉(zhuǎn)動。安裝另一側(cè)帶集中潤滑孔的側(cè)板并貼合前、后支承，由于后支承的臺階設(shè)計可以限定側(cè)板的高度，這樣此側(cè)板也被全部限定。調(diào)整前、后支承的位置，用集中潤滑管將支承與側(cè)板連起來，這樣將前、后支承的最有一個自由度也限定了。使用夾緊工具“5”、“6”將所有工件夾緊。

（2）斗桿扇形支承與其中一側(cè)側(cè)板部分的設(shè)計。如圖5所示，將斗桿焊成整體的扇形支承裝入定位軸中，通過下部的限位塊來確定扇形支承的高度，并使用限定方向的擋塊限定扇形支承的轉(zhuǎn)動方向，從而將工件的6個自由度全部限定。

圖5

圖6

如圖6所示，將斗桿一側(cè)的側(cè)板“A”放入工裝中，支承的臺階可以限定側(cè)板的高度。調(diào)整側(cè)板的方向，使側(cè)板與扇形支承按照圖紙要求裝配。將斗桿同一側(cè)的側(cè)板“B”放入工裝中，根據(jù)側(cè)“A”與前后支承同側(cè)側(cè)板的位置調(diào)整側(cè)板“B”的位置。將裝配好的扇形支承、側(cè)板“A”、側(cè)板“B”和焊縫的襯板點焊上。

圖7

圖8

（3）斗桿下蓋板部分的設(shè)計。如圖7所示，將斗桿下蓋板“A”吊裝到工裝上，通過限定高度的定位塊確定蓋板的高度。使用定位裝置“1”限定下蓋板“A”，前后位置。將下蓋板“A”緊貼側(cè)板與扇形支承，并使用夾緊裝置將下蓋板“A”夾緊，這樣下蓋板“A”的所有自由度全部限定（圖8）。裝配好下蓋板“A”后，將下蓋板“B”吊裝到工裝上，通過限定高度的定位塊確定其高度。將下蓋板“B”緊貼側(cè)板與扇形支承，并根據(jù)圖紙的設(shè)計要求與下蓋板“A”進行裝配，使用夾緊裝置將下蓋板“B”夾緊（圖9）。將裝配好的下蓋板“A”、“B”與已經(jīng)點焊好的部分點焊在一起。

圖9

圖10

（4）斗桿上蓋板部分的設(shè)計。如圖10所示，將斗桿上蓋板吊裝到工裝上，通過限定高度的定位塊確定蓋板的高度。使用定位裝置限定上蓋板前后位置。將上蓋板緊貼側(cè)板與前后支承，并使用夾緊裝置將其夾緊。將裝配好的上蓋板已經(jīng)點焊好的部分點焊在一起。

（5）斗桿支撐板部分的設(shè)計。

如圖11所示，將斗桿支撐板吊裝到工裝上，插裝進扇形支承中后調(diào)整支承板的位置使其與上蓋板接觸。將支撐板與扇形支承、側(cè)板、上蓋板焊接在一起。

圖11

圖12

（6）斗桿另一側(cè)側(cè)板部分的設(shè)計。如圖12所示，裝配斗桿另一側(cè)的側(cè)板。由于斗桿內(nèi)部已經(jīng)裝焊好了內(nèi)襯板，側(cè)板的高度可以確定，使用夾緊裝置將側(cè)板夾緊壓實。將側(cè)板與上下蓋板拼焊在一起。

（7）鏟斗油缸耳板部分設(shè)計。如圖13所示，裝配的為鏟斗油缸耳板。以定位和底布限位支承體“1”限制了5個自由度，只有繞著軸心轉(zhuǎn)動的自由度為限制并且確定了叉形支承的高度。中間的隔套“2”確定了兩個耳板之間的距離，保證油缸的安裝尺寸。將耳板的底面貼近斗桿上蓋板從而將最后一個自由度限定。夾緊螺栓將耳板固定死。

圖13

圖14

（8）斗桿油缸耳板部分設(shè)計。如圖14所示，裝配的為斗桿油缸耳板。以定位和底布限位支承體“1”限制了5個自由度，只有繞著軸心轉(zhuǎn)動的自由度為限制并且確定了叉形支承的高度。中間的隔套“2”確定了兩個耳板之間的距離，保證油缸的安裝尺寸。將耳板的底面貼近斗桿上蓋板從而將最后一個自由度限定。夾緊螺栓將耳板固定死。

3工裝設(shè)計中考慮的其他問題

在實際生產(chǎn)過程中，結(jié)構(gòu)件焊接后會產(chǎn)生一定的變形，并在內(nèi)部存在一定的殘余應(yīng)力，所以變形和應(yīng)力在焊接過程中是同時存在并且不可避免的。焊接應(yīng)力和變形直接影響結(jié)構(gòu)件的形狀和尺寸，變形嚴(yán)重時甚至?xí)a(chǎn)生局部撕裂現(xiàn)象。變形還對整體機加工造成一定的困難，會增加矯正變形和機械加工的成本，造成不必要的浪費。因此在了解了斗桿焊接后的變形情況后在設(shè)計拼點工裝中注意了各個零件之間的定位尺寸關(guān)系，根據(jù)焊縫的位置、形式、數(shù)量以及大小來確定焊縫的收縮余量，并把收縮余量疊加到設(shè)計尺寸作為工裝設(shè)計的定位尺寸。而后續(xù)的焊接工藝順序、焊接工藝參數(shù)的選擇也直接影響各焊接尺寸的收縮余量的留取，因此在拼點工裝設(shè)計時也將此因素考慮進去了。

設(shè)計拼點工裝的充分考慮了工裝的強度和剛度，能承受每日斗桿拼點時點焊和裝卸時產(chǎn)生的作用力并保持不變形。

斗桿零件在上拼點工裝前為零散工件，而吊卸下工裝時已被點焊成整體，因此在設(shè)計時注意了動臂脫離工裝時的運動方向和運動空間，以避免出現(xiàn)零部件碰撞工裝的現(xiàn)象。

斗桿為比較復(fù)雜的組焊件，在設(shè)計工裝時已經(jīng)充分考慮到人體工學(xué)例如操作者的身高、臂長、彎腰的次數(shù)等方面的因素，給操作人員留有一定的操作空間，保證操作人員的安全性和舒適性，并能保證需要點焊的部位能有一定的點焊強度。

結(jié)束語

這套工裝已經(jīng)投入使用，經(jīng)實踐證明，該工裝非常實用。此工裝能很好地保證斗桿各構(gòu)件的位置關(guān)系及其與其它零件的轉(zhuǎn)配關(guān)系，不但降低了勞動強度，準(zhǔn)確的保證了工件的尺寸，提高了斗桿批量生產(chǎn)的合格率，對下料零件質(zhì)量控制也起到一定作用。同時又可避免很多劃線工序為保證后續(xù)機器人焊接的焊接質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)，

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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.

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