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挖掘机工作装置结构件焊接设计的合理性分析及改进

刘一鸣
摘 要：当今社会不断发展，各种机械设备的使用给生产实践活动带来了众多便利，能够提高工作效率，降低施工成本。挖掘机是建筑施工中不可或缺的机械设备，随着工程建筑的不断发展，也得到了广泛应用。其中挖掘机工作装置结构件焊接设计对其性能构成了很大的影响，本文将对其展开分析并提出一些改进策略。
关键词：挖掘机;工作装置;结构件焊接设计
液压挖掘机在工作中需要依靠工作装置的使用来完成对动臂的操作，工作装置中主要由动臂、斗杆以及铲斗组成。由于挖掘机面临的工作环境比较恶劣，有时候会因为出现外力过大导致构件上出现裂纹或者是形变等现象，造成疲劳破坏。这种现象主要发生在挖掘机焊接件初期破坏中，通过对焊接结构细节进行科学设计能够有效地改善这种情况，保障挖掘机能够顺利工作。
一、结构件设计应具有工艺合理性
1.1  选用最优的接头型式
当前很多挖掘机焊接结构在设计时主要使用T形接头，并且在实际焊接过程中，结构设计人员没有进行强度分析计算，而是所有的焊接工作都是采用“等强设计原则”，这种工作方式能够减小工作量，提高作业效率。但是却具备着一定的不合理性，一旦出现焊脚高度过大的情况，并不能够有效地提升结构强度，由于焊接过程中出现的过大热应力，导致结构件的承载能力大大降低，影响到了焊接结构的性能。并且角焊缝的数量应该要进行精确计算，一般为承载断面的平方值，才能够发挥效果，很多实际焊接过程中出现的过大角焊缝就是不合理的情况。除了T型接头之外，还有角接头以及十字接头等形式，这几种不同的接头都有着特定的规范，不能够将T型接头的规范套用到其他接头中去。
考虑到焊接接头的实际情况，可以采用坡口型式。当然，在实际选择过程中首先需要根据熔敷量和坡口加工的难易度，熔敷量过多就会造成生产成本增加，并且还对焊接残余应力构成较大的影响。然后在这两项因素的考虑基础上再对单面焊缝角变形量、根部裂纹等进行考量。在对两块厚度不同的钢板进行焊接时，会使用垫板进行辅助焊接，此时使用V形坡口焊能够具备简单易行的特点。假如这两块钢板的厚度值相差太大，就会造成对焊缝两侧金属的热影响，使得其性能发生变化，造成应力突变的情况。针对这种情况，可以通过削薄厚板的方式，能够有效的减小焊接过程中热影响造成板材性能结构损坏的情况。液态挖掘机再工作中面对的荷载实时在发生变化，为了克服应力突变造成的影响，可以适当削薄厚板的长度，能够有效提高结构强度。目前挖掘机的所有工作装置中的对接焊缝接头都已经采用了这种方式进行处理，发挥出了优秀的性能特征。
1.2  合理布置焊缝
焊缝的布置应该要经过科学分析之后才能够确定，根据实际经验，一般将焊缝布置在非应力薄弱和集中处，能够有效地降低焊缝可能带来的危害。在对挖掘机铲斗前端的弧形板进行焊接时，往往都会通过增加筋板来提高局部的强度。在进行筋板设置时，需要对结构进行科学的应力分析，如果筋板设置不合理，不仅不能够提高结构强度，还会造成对结构的应力负担，很有可能出现疲劳裂纹。一般来说，弧形板的折弯区属于应力薄弱区域，因此焊接位置应该尽力避免该区域。挖掘机动臂背部的管夹底座出现崩裂和动臂箱体开裂是比较常见的故障，影响到了挖掘机应用。从根源上分析这两类问题，可以对动臂盖板的管夹座进行分析，并适当对焊接工艺进行改进。小焊接件往往在挖掘机工作中属于辅助型受力结构件，因此就可以适当根据实际应用环境对其结构进行简化，并减少焊接量。可以考虑管夹座直接焊在动臂背板上，这样就不再需要底板发挥作用，可以直接进行取消，这种方式不仅能够保持一定的强度要求，还能够极大地简化结构。在进行动臂设计时，需要将焊缝位置尽量避免出现在应力集中区域。通过对于小焊接件焊缝的位置优化，能够有效的减小焊接缺陷对动臂造成的危害。此外，还需要尽量将焊缝设计与钢板的轧制方向尽可能保持一致，能够有效的提高焊接的质量，提供更加可靠的结构强度。
1.3  巧妙运用联系焊缝和加强板
在对挖掘机工件进行拼接时，需要注意好对联系焊缝的应用。联系焊缝能够提高可靠性，保障工件的质量，并且工艺比较简单。加强版的应用比较广泛，正如其名，能够有效的提高工件的强度，使得局部性能和整体性能都得到加强。但是在实际应用中可以发现，加强板只有在工件的刚性部位才能够发挥加强作用。如果对加强板的使用方式不正确，不仅不会达到预期的加强作用，还会造成工件材料的浪费，出现变形现象。一般挖掘机的工作装置铰接孔处的应力一般都比较大，这与实际工作环境有关，并且其受力比较复杂。斗杆强度是必须要重视的一个方面，需要在其底部做好加强板的装设，能够有效地提供支撑作用。但是很多实际情况中，由于焊接时出现的应力，导致斗杆的支撑强度降低，逐渐就会在焊缝处出现裂纹，造成斗杆开裂的现象，解决这种现象的方式就是去除加强板，经过实践检验，这样能够达到更高的结构强度。
二、規范化的焊接工艺
如果在焊接的过程中出现电流不稳定等情况，就会造成很多焊接质量问题，这是因为母材的温度不能够按照预期那样进行上升，就有可能导致母材和熔敷金属熔合不良，导致焊接结构不稳定，性能不达标。因此在焊接中的起弧和收弧过程中，需要严格按照规范的工艺流程来进行，做好精细化焊接。
当在距焊缝端部还有10-20毫米时，就可以进行引弧操作，确认不断弧返回端部，接下来就可以从正常的方向开始进行焊接操作。为了确保焊接的质量，在完成焊接工作之后，需要对焊点进行严格检查，一般使用超声波和射线进行该过程能够十分精确的得到检查的结果。需要注意的是，要避免在应力角和拐角部位进行起弧操作和收弧操作，避免出现不利情况导致工件结构受损。要做好加强筋板的应用，一般在动臂等受力较大的工件结构中必须要使用加强筋板来提高工件的结构性能，对其进行焊接处理时也应该严格按照相关规定来进行，确保其结构强度得到提升。经过越来越多的实践操作，已经能够确定比较合理的焊接流程，因此在对挖掘机工作装置结构件进行焊接时，需要按照焊接顺序来进行。对于子部件，应该要设计好单独的焊装夹具，然后分别进行焊接操作，对于阻焊工作，需要首先进行固定焊，然后再进行分散焊，采取的方式是从中间开始沿着四周进行发散进行交替焊接。为了避免出现热量过于集中影响工件性能的情况，需要保持先纵焊缝，然后再横焊缝的焊接顺序，能够发挥极佳的作用。内筋板的使用应该根据受力分析之后再进行选用，使之能够形成一个具备较强刚体的箱体结构。完成所有的焊接以及加固工作之后，需要严格进行检查和试验工作，模拟挖掘机真实面临的场景进行性能测试，确保能够满足复杂施工环境的需求。
三、结语
挖掘机工作装置结构件焊接是一项比较复杂的工作，其性能好坏直接影响到挖掘机在面对多种工况环境的性能，因此就需要对各个工件结构进行研究。本文通过对焊接残余应力、焊后变形以及裂纹等不利现象进行了说明，并相应的提出了进行结构设计改进和工艺规范的策略，并对关键部位的细节设计进行了详细论述，经过实践证明，本文所提出的改进方式能够较好的提高工作装置的焊接质量，提高挖掘机的整体工作效果。
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-全文完-