單梁起重機(jī)U形槽連續(xù)滾碾成型工藝

高明利 任海濤 馬文波河南省礦山起重機(jī)有限公司 長(zhǎng)垣 453400

摘 要：電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁制造用的U 形槽是該類型起重機(jī)主梁的重要組成部分，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法為分段壓制成形，并進(jìn)行焊接組合加長(zhǎng)，但該方法存在許多缺陷，影響起重機(jī)質(zhì)量、限制起重機(jī)大批量生產(chǎn)等。為解決傳統(tǒng)方法存在的問題，設(shè)計(jì)并使用一種連續(xù)滾碾成形工藝技術(shù)，生產(chǎn)制造電動(dòng)單梁U 形槽，取消了U 形槽組合加長(zhǎng)焊接工序；通過量化分析，U 形槽連續(xù)滾碾成形工藝具有許多優(yōu)越性。

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(hào)：TG335.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-0785（2020）12-0060-04

0 引言LD電動(dòng)單梁主梁是該類起重機(jī)最主要的承載部件，同時(shí)也是電動(dòng)葫蘆小車的運(yùn)行軌道，因此電動(dòng)單梁主梁的質(zhì)量直接影響著起重機(jī)的安全使用，在這其中，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(zhǎng)期以來電動(dòng)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(tái)寬度限制，U 形槽每節(jié)長(zhǎng)度一般為1 500 mm，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(zhǎng)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?、主梁U 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(dòng)單梁起重機(jī)主梁U 形槽連續(xù)滾碾工藝技術(shù)（以下簡(jiǎn)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2、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5、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

1 U 形槽連續(xù)滾碾工藝原理電動(dòng)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(jiǎn)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(zhǎng)并考慮滾碾延伸率定制符合U 形槽周長(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，工作場(chǎng)地足夠長(zhǎng)，U 形槽長(zhǎng)度可以不受限制的延長(zhǎng)，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(zhǎng)度，滾壓到一定長(zhǎng)度可自動(dòng)剪切，直接制造出合格的U 形槽工件。

目前根據(jù)市場(chǎng)需要以及運(yùn)輸長(zhǎng)度限制，31 m 及以下跨度的電動(dòng)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(duì)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(jiǎn)圖

2 工藝對(duì)比分析2.1 耗材對(duì)比以LD5t-22.5m 跨度電動(dòng)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(duì)比分析。U 形槽材為Q235B，截面尺寸為-6×452×575 mm，跨度22.5m 主梁所需U 形槽長(zhǎng)度為222 20 mm。1）鋼板原材料浪費(fèi)情況對(duì)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(zhǎng)度1 500 mm，組合成222 20 mm 長(zhǎng)度需要為14.813 節(jié)，故制造生產(chǎn)一臺(tái)5 t 跨度22.5m 的主梁U 形槽，需要用15 節(jié)1 500 mm 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(zhǎng)度280 mm 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=20.71 kg，可見相比使用傳統(tǒng)方法，連續(xù)滾碾成形工藝可節(jié)約20.71 kg 鋼板原材料。

2）U 形槽組合焊接焊條原材料消耗對(duì)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5 mm, 焊縫寬10 mm，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=18.94 kg，采用連續(xù)滾碾工藝生產(chǎn)制造U 形槽無對(duì)接接口，不需要消耗焊接焊條。

2.2 制造工時(shí)對(duì)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(chǎng)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)5 min，15 節(jié)合計(jì)需時(shí)75 min；2）短節(jié)U 形槽放置工裝胎具上每節(jié)需時(shí)5 min，15 節(jié)合計(jì)需時(shí)75 min；3）找正、點(diǎn)焊每一個(gè)接口需單個(gè)接口需時(shí)5 min，14 個(gè)接口合計(jì)需時(shí)70 min；4）U 形槽焊接每米需時(shí)1 min，14 個(gè)接口焊接合計(jì)需時(shí)44 min；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)56 min；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)70 min；7）清理焊渣、藥皮每個(gè)接口需時(shí)1 min，14 個(gè)接口合計(jì)需時(shí)14 min。

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404 min；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2.222 min；與傳統(tǒng)工藝相比，采用連續(xù)滾碾工藝可節(jié)約時(shí)間401.778 min；

2.3 工件強(qiáng)度質(zhì)量影響對(duì)比分析1）不同工藝對(duì)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(jí)為K4 級(jí)，U 形槽構(gòu)件工作級(jí)別為E4，拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力的基本值為[1]：［σ-1］L=62.2 MPa

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=182.1 MPa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(zhǎng)條成品U 形槽制成的電動(dòng)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(píng)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(dòng)單梁主梁，該主梁沒有U 形對(duì)接焊縫，主要有4 條縱向焊縫，如圖6 所示, 構(gòu)件焊縫評(píng)級(jí)應(yīng)為I 類焊縫，此種情況脆性應(yīng)力影響評(píng)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?？芍捎眠B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(dòng)強(qiáng)度影響對(duì)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(dòng)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22.5 m 使用的22 220 mm 長(zhǎng)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(tái)高度一般800 mm，每節(jié)U 形槽重量為110.94 kg，工人需要承擔(dān)巨大的勞動(dòng)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22 220 mm 長(zhǎng)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(dòng)強(qiáng)度。

2.5 工藝對(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)葫蘆小車運(yùn)行通暢。

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