新型机架组对工艺装备的设计与应用

王铁铭 李君杰 王海娟 邵德强

中车大连机车车辆有限公司 辽宁省 大连 116000

摘要：新型的机架组对的研发设计，可以使工艺设备可以更好的缓解生产压力和减少生产周期，使机架不必在大型机床上进行加工，从而减少工件二次组装，简化加工和转运工序，提高生产效率，经济效益和社会效益显著。

关键词：新型机架；工艺装备；设计

1 带式输送机机架

机架为带式输送机的关键基础部件，结构如图1所示。某大型带式输送机的机架外形尺寸（长×宽×高）为5 m×4 m×3 m，目前在国内同行业中还没有相应的机架组对工艺装备用来对机架进行加工工序定位控制。机架组对工艺装备可以缓解生产压力和减少机架生产周期。

图1 带式输送机机架示意图 

为保证机架各加工面的相对位置尺寸，安装后达到整机的设计性能和整体使用性，加工时要严格达到机架设计要求：加工面在同一个垂直剖面内，平面度要求为0.3 mm，两垂直加工面的相互垂直度要求为0.8 mm。对于超过镗铣床加工范围的机架，采取临时短工艺横梁将机架两侧架组对起来，缩小机架加工面尺寸；在落地镗铣床上加工完后，拆开机架工艺横梁，放在平台上找正后用实际的长横梁重新进行整机组对装配。这种分2次组装的方式工序繁琐，起吊运输转运难度大，加工效率低，制作成本高，而且会造成1 mm精度的二次组装误差。

1 研发目标

研发机架组对工艺装备，使机架不必在大型镗铣床上进行加工，利用现有的刨床、钻床分片加工完后即可进行组对，可减少工件二次组装，简化工件加工和转运工序，加工效率可提高近1倍，而且可降低工件的加工难度、操作人员的劳动强度和提高操作安全性。同时不降低机架整体使用性，机架加工面各形位公差均符合图纸9级公差等级技术要求，加工平面度、垂直度控制在1 mm以内。组对机架结构如图2所示。

图2 组对机架结构示意图 

1.底座2.斜梁3.立柱4.连接模板5.定位座6.平台

使用该装备前后机架组装加工工序对比：

2 研发流程

研制过程分为3个阶段：

第1阶段为产品设计和工艺调研阶段，在此阶段，研发人员统计梳理公司近5 a生产的机架的主要尺寸数据做为装备设计依据，设计所有装备图纸，对相应机架生产厂家进行工艺调研；

第2阶段为试制验证阶段，对项目外协件和自制件进行技术协调和加工制造，对相应机架进行针对性组装验证检测；

第3阶段为验收调试阶段，制定了针对性验收调试方案，经过对各项数据确认，机架组对工艺装备各项技术指标符合天地科技项目部验收条件要求。

3 试验方法

(1）梳理机架的主要定位尺寸数据，设计的装备平台、模板可广泛应用于现生产的所有机架。

(2）对装备材料试块进行了拉力弯曲性能检测试验，试验结果：σb为347 MPa和342 MPa，远大于装备所用材质HT200的抗拉强度200 MPa，装备材质强度符合使用要求。

(3）制定机架组对验证过程检测记录过程表，可全程现场控制机架组焊情况。

3.1 机架焊前检测记录

机架焊前检测数据如表1所示。

表1 焊前检测数据表（mm)

(1）视图A向加工面平面度实测0.8 mm;

(2）孔对角误差0.75 mm;

(3）主视图D向加工面与底面垂直度实测0.8 mm;

(4）左视图D向加工面平面度实测0.2 mm;

(5）孔对角误差0.8 mm。

3.2 机架焊后检测记录

机架焊后检测数据如表2所示。

表2 焊后检测数据表（mm)    

(1）视图A向加工面平面度实测1 mm;

(2）孔对角误差0.8 mm;

(3）视图D向加工面与底面垂直度实测0.8 mm;

(4）视图D向加工面平面度实测0.25 mm;

(5）孔对角误差1 mm。

机架焊后检测示意图如图3所示。

图3 机架检测示意

为降低工件焊后残余应力，对焊后机架构件进行了振动时效处理，并用盲孔法进行了振动时效检测。

4 关键技术

4.1 大型组对平台的设计

(1）由于平台尺寸大、支撑强度要求高，为减轻其自重，但又不能降低其支撑强度，平台支撑肋采用了菱形、T形结构布局，工作面采用了凸形结构。工作台面平面度不大于0.15 mm，保证了工作面基准。组对平台尺寸为4 m×6 m，质量23 t，承重40 t。

(2）平台工作面上设计有T形槽，便于工件定位装夹，有效解决了工件定位基准偏移的问题。

(3）平台工作面上设计刻度尺寸，使操作人员在机架整体组对时不再采用量具找正，既提高了工作效率，又可随时检验工件尺寸。

4.2 减小机架焊接变形的措施

(1）针对机架分体构件焊接，制定了合理详细的工艺技术程序，包括焊接参数、焊接顺序和焊接方法等，用以控制减小机架分体构件的焊接变形。

(2）为降低机架分体构件的残余应力，构件在焊后制定了系统的振动时效工艺措施，使用盲孔法对其进行了全方位振动时效检测，平均降低残余应力48.23%，超过了JB/T 10375-2002标准中有关焊接构件残余应力降低30%以上的要求。

(3）机架在整体组对焊接时，利用装备上的模板和定位座工装进行刚性装夹固定焊接，约束工件热收缩，采取合理的装配焊接顺序。在整体组焊后，进行了去应力时效检测，测试应力数值与之前测试的数值变化不大，说明采取的焊接控制程序是有效可控的。

4.3 组装检测质量技术

机架组装完成后，为检测机架主要加工面的平面度、垂直度及其他形位公差是否符合图纸技术要求，使用数控镗铣床数显，结合百分表量具对其进行了机床检测，检测数据质量得到了保证。经检测各项数据符合图纸技术要求，可以保证正常使用。

5 结语

(1）经组焊检测，机架主要加工面、孔的形位公差均符合图纸技术要求；

(2）为大型机架、座体等钢结构件的有序正规生产奠定了基础，应用前景广阔，经济效益和社会效益显著。

参考文献

[1]刘文剑.夹具工程师手册[M].哈尔滨:科学技术出版社，1987.