高明利任海濤馬文波
河南省礦山起重機(jī)有限公司長垣453400
摘要：電動單梁起重機(jī)主梁制造用的單梁U形槽是該類型起重機(jī)主梁的重要組成部分，傳統(tǒng)的起重生產(chǎn)方法為分段壓制成形，并進(jìn)行焊接組合加長，形槽但該方法存在許多缺陷，連續(xù)影響起重機(jī)質(zhì)量、滾碾工藝限制起重機(jī)大批量生產(chǎn)等。成型為解決傳統(tǒng)方法存在的單梁問題，設(shè)計(jì)并使用一種連續(xù)滾碾成形工藝技術(shù)，起重生產(chǎn)制造電動單梁U形槽，形槽取消了U形槽組合加長焊接工序；通過量化分析，連續(xù)U形槽連續(xù)滾碾成形工藝具有許多優(yōu)越性。滾碾工藝
關(guān)鍵詞：U形槽制造；連續(xù)滾碾工藝；結(jié)果分析
中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：100785（2020）0004
0引言
LD電動單梁主梁是成型該類起重機(jī)最主要的承載部件，同時(shí)也是單梁電動葫蘆小車的運(yùn)行軌道，因此電動單梁主梁的起重質(zhì)量直接影響著起重機(jī)的安全使用，在這其中，形槽制造工藝方法又是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
傳統(tǒng)的主梁制作工藝是：主梁U形槽翻轉(zhuǎn)口向上置于工裝胎具上，調(diào)直、調(diào)平、墊出上拱度；按圖紙要求栽焊隔板、焊接工字鋼、焊接側(cè)板、焊接斜板、焊接掛板等完成主梁制作。長期以來電動單梁起重機(jī)主梁U形槽的生產(chǎn)制造工藝方法是用液壓設(shè)備分段壓制短節(jié)U形槽，工藝設(shè)備如圖1所示，這種生產(chǎn)制造方法由于受鋼板幅面寬度以及液壓工作臺寬度限制，U形槽每節(jié)長度一般為1500mm，需將多段U形槽短節(jié)組合焊接成滿足起重機(jī)跨度要求的長條U形槽，見圖2。按照這種傳統(tǒng)工藝方法生產(chǎn)制作出的單梁主梁存在許多問題，例如：由于焊接應(yīng)力集中主梁負(fù)載后容易下?lián)献冃巍⒅髁篣形槽焊縫處易出現(xiàn)疲勞破壞、主梁旁彎大影響葫蘆小車運(yùn)行等，同時(shí)存在浪費(fèi)原材料、生產(chǎn)效率低的問題。為了解決上述問題，特研制了新式電動單梁起重機(jī)主梁U形槽連續(xù)滾碾工藝技術(shù)（以下簡稱連續(xù)滾碾工藝），采用連續(xù)滾碾工藝，取得創(chuàng)新性成功，工藝設(shè)備如圖3所示。傳統(tǒng)工藝與連續(xù)滾碾工藝生產(chǎn)制造的U形槽如圖圖4所示，與傳統(tǒng)工藝相比，采用連續(xù)滾碾最終生產(chǎn)的主梁實(shí)物無橫向焊縫，見圖圖6。
圖1傳統(tǒng)短節(jié)壓槽工藝設(shè)備
圖2傳統(tǒng)工藝成型的短節(jié)U形槽
圖3無接縫U形槽滾碾工藝設(shè)備
圖4連續(xù)滾碾工藝成型的無接縫U形槽
圖5傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的主梁實(shí)物
圖6連續(xù)滾碾工藝生產(chǎn)的主梁實(shí)物
1U形槽連續(xù)滾碾工藝原理
電動單梁起重機(jī)主梁U形槽連續(xù)滾碾工藝技術(shù)，改變傳統(tǒng)的上下垂直擠壓成形方式(見圖7a)。U形槽水平延伸連續(xù)漸變滾壓成形輸出。成形工藝原理簡圖如圖7b所示，主要包括工序過程為：
1）首先按照產(chǎn)品U形槽周長并考慮滾碾延伸率定制符合U形槽周長尺寸要求寬度的板卷；
2）將鋼板卷安裝在滾碾開卷機(jī)上，啟動設(shè)備，由喂料機(jī)構(gòu)拉伸卷板頭給開平工部送料，卷板拉伸后在平板區(qū)搟平，再傳遞給漸變成形碾制區(qū)滾碾成形。滾碾成形后的U形槽繼續(xù)向前輸送進(jìn)入整形區(qū)，通過整形區(qū)整形進(jìn)一步提高U形槽工件精度，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求；
3）定長剪切U形槽由于輥碾機(jī)為連續(xù)滾碾工作，理論上鋼板長度足夠長，工作場地足夠長，U形槽長度可以不受限制的延長，生產(chǎn)中只需要根據(jù)起重機(jī)的跨度要求剪切斷開U形槽?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中需根據(jù)合同要求將跨度參數(shù)編程，通過設(shè)置所需U形槽長度，滾壓到一定長度可自動剪切，直接制造出合格的U形槽工件。
目前根據(jù)市場需要以及運(yùn)輸長度限制，31m及以下跨度的電動單梁起重機(jī)主梁U形槽均可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)成形，不需要對接。
1.U形槽2.U形槽壓型3.液壓機(jī)4.液壓機(jī)機(jī)架
（a）U形槽傳統(tǒng)壓形工藝原理圖
1.鋼卷2.鋼板搟平區(qū)3.成形區(qū)4.整形區(qū)5.U形槽
（b）U形槽輥軋成形連續(xù)滾碾工藝原理圖
圖7成形工藝原理簡圖
2工藝對比分析
2.1耗材對比
以跨度電動單梁主梁U形槽為例，將兩種工藝方法制造出來的產(chǎn)品進(jìn)行對比分析。U形槽材為Q235B，截面尺寸為-6×452×575mm，跨度22.5m主梁所需U形槽長度為22220mm。
1）鋼板原材料浪費(fèi)情況對比分析
采用連續(xù)滾碾工藝可以直接制造出截面，避免鋼材原材料浪費(fèi)的問題；傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)制作U形槽，必須分段制作，每段長度1500mm，組合成22220mm長度需要為14.813節(jié)，故制造生產(chǎn)一臺5t跨度22.5m的主梁U形槽，需要用15節(jié)1500mm的短節(jié)組合焊接一起才能實(shí)現(xiàn)，其中，多余的U形槽長度280mm這一段原材料屬于浪費(fèi)料。因而可得浪費(fèi)料折合質(zhì)量為1570.26×0.006×0.28×7.85=20.71kg，可見相比使用傳統(tǒng)方法，連續(xù)滾碾成形工藝可節(jié)約20.71kg鋼板原材料。
2）U形槽組合焊接焊條原材料消耗對比分析采用傳統(tǒng)的分段組合焊接有14道U形焊縫需要焊接，焊縫高5mm,焊縫寬10mm，14道焊縫需要的焊接焊條質(zhì)量為15×2×1570.26×0.005×0.01×7.85=18.94kg，采用連續(xù)滾碾工藝生產(chǎn)制造U形槽無對接接口，不需要消耗焊接焊條。
2.2制造工時(shí)對比分析
若采用傳統(tǒng)的分段壓槽組合焊接成形工藝，需要15段短節(jié)U形槽組合焊接成形，經(jīng)現(xiàn)場計(jì)時(shí)考察需要以下工序時(shí)間完成：
1）上料-壓槽-出槽每節(jié)需時(shí)5min，15節(jié)合計(jì)需時(shí)75min；
2）短節(jié)U形槽放置工裝胎具上每節(jié)需時(shí)5min，15節(jié)合計(jì)需時(shí)75min；
3）找正、點(diǎn)焊每一個(gè)接口需單個(gè)接口需時(shí)5min，14個(gè)接口合計(jì)需時(shí)70min；
4）U形槽焊接每米需時(shí)1min，14個(gè)接口焊接合計(jì)需時(shí)44min；
5）平均每個(gè)接口需焊條8根，更換單根需時(shí)0.5min，14個(gè)接口合計(jì)需時(shí)56min；
6）調(diào)整焊接位置、工件翻轉(zhuǎn)平均每個(gè)接口需時(shí)5min，14個(gè)接口合計(jì)需時(shí)70min；
7）清理焊渣、藥皮每個(gè)接口需時(shí)1min，14個(gè)接口合計(jì)需時(shí)14min。
不考慮焊U形槽焊接后整形時(shí)間，采用傳統(tǒng)的分節(jié)壓制成型，然后進(jìn)行組合，所需工序時(shí)間為404min；采用連續(xù)滾碾成形工藝制造相同規(guī)格U形槽，直接使用設(shè)備制造，需時(shí)為2.222min；
與傳統(tǒng)工藝相比，采用連續(xù)滾碾工藝可節(jié)約時(shí)間401.778min；
2.3工件強(qiáng)度質(zhì)量影響對比分析
1）不同工藝對U形槽構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響分析使用傳統(tǒng)工藝分段壓制成形，然后再焊接組合成形制造出來的U形槽，接口處為U形連續(xù)焊接焊縫，焊接件的焊接應(yīng)力集中等級為K4級，U形槽構(gòu)件工作級別為E拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力的基本值為[1]：
［σ-1］L=62.2MPa
采用連續(xù)滾碾成形工藝制造U形槽，U形槽中間無焊縫，拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力基本值為[1]：
［σ-1］X=182.1MPa
比較兩種情況的疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力基本值，可知在其它條件相同的情況下，連續(xù)滾碾工藝制作的工件強(qiáng)度要明顯的高于老工藝制作的工件強(qiáng)度。
2）脆性破壞因素分析
如圖5所示，采用傳統(tǒng)工藝分段壓制成形U形槽，再組合成長條成品U形槽制成的電動單梁主梁存在著許多縱橫交叉焊接焊縫，焊縫匯聚，屬于高度應(yīng)力集中現(xiàn)象，工件脆性破壞的危險(xiǎn)性最大，脆性應(yīng)力影響評價(jià)系數(shù)
ZA=σG/0.3σS+1
表明結(jié)構(gòu)件材料受焊接影響的脆性嚴(yán)重。采用連續(xù)滾碾成形的U形槽制造而成的電動單梁主梁，該主梁沒有U形對接焊縫，主要有4條縱向焊縫，如圖6所示,構(gòu)件焊縫評級應(yīng)為I類焊縫，此種情況脆性應(yīng)力影響評價(jià)系數(shù)
ZA=σG/0.3σS-1
表明結(jié)構(gòu)件脆性破壞的可能性比較低。
可知，采用連續(xù)滾碾工藝制造的主梁強(qiáng)度明顯高于傳統(tǒng)工藝制造的主梁，連續(xù)滾碾工藝制造的起重機(jī)安全系數(shù)明顯高于傳統(tǒng)工藝制造的起重機(jī)。
2.4工人勞動強(qiáng)度影響對比分析
就U形槽制作而言，分段壓型的傳統(tǒng)工藝，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，板料上料和U形槽卸料都是由人工搬抬完成。要制作跨度22.5m使用的22220mm長的U形槽，僅壓型一道工序，工人需要將15節(jié)U形槽板料和U形槽分別搬上和搬下15次，而壓槽工作臺高度一般800mm，每節(jié)U形槽重量為110.94kg，工人需要承擔(dān)巨大的勞動強(qiáng)度。
采用連續(xù)滾碾成形工藝，生產(chǎn)過程中，上鋼板卷和下22220mm長的U形槽采用的是起重機(jī)吊裝方式，工人無需搬抬做功，大大降低了勞動強(qiáng)度。
2.5工藝對比分析小結(jié)
使用連續(xù)滾碾工藝制造的產(chǎn)品，表面沒有對接焊縫，顯著減少制作時(shí)的相關(guān)焊接工作量，焊接材料消耗明顯降低。同時(shí)減少焊縫數(shù)量，減少了焊接應(yīng)力集中，焊接變形明顯減小，工件內(nèi)在質(zhì)量明顯提高。起重機(jī)產(chǎn)品性能和幾何尺寸明顯提高，同時(shí)提高了安全系數(shù)。
3結(jié)語
采用連續(xù)滾碾制造電動單梁主梁U形槽的新工藝技術(shù)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)顯著的降低工人勞動強(qiáng)度、改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率；采用連續(xù)滾碾工藝方法進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)制造，可以顯著提高主梁鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高起重機(jī)安全使用可靠度、保證電動葫蘆小車運(yùn)行通暢。
參考文獻(xiàn)
[1]GB/T3811—2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]JB/T1306—2008電動單梁起重機(jī)[S].
[3]張質(zhì)文起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：鐵道出版社,2013.