自行式平地机回转圈的设计与制造工艺技术
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摘 要：平地机回转圈是平地机的核心部件，其加工工艺集钣金、焊接、机加工、热切割、表面感应热处理、无损检测等技术为一体，文章通过分析回转圈的加工难点与重点，提出了平地机回转圈合理的制造工艺技术。
中图分类号：TH132.46 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）29-0030-03
近年来，工程机械行业出现了前所未有的快速发展，作为筑路机械设备之一的平地机产品，在国家对公路交通和基础设施建设的大力投入商机中，获得了非常好的发展势头。平地机的主要功能是把作业对象整平，而回转圈结构件作为平地机刮土工作装置的核心部件，起着传递动力与控制刮土板回转运动的作用，承受平整运动的所有应力与高冲击载荷，直接决定了平地机整机的性能与可靠性。文章以国外某品牌平地机回转圈设计加工为例，简述该结构件先进的设计与制造工艺技术。
1 平地机回转圈的基本结构
回转圈是平地机运动系统的回转基础，其部件结构如图1所示，由齿圈、左右侧板、左右肋板、管横梁、左右管支撑、左右盖板、定位块、定位环、吊耳、板支撑、楔形块、垫板及尾架组成。外形尺寸：Φ1590×621.6。齿圈采用高强度结构钢Q345E制造，其余结构分别采用Q345B、20Mn及20钢焊接而成，侧板、肋板、楔形块与齿圈的组合焊缝是Ⅰ类焊缝，其余均为Ⅱ类焊缝。齿圈内径加工有内啮合齿，所有齿均需进行表面感应热处理。
2 回转圈制造的重点难点和解决方案
①齿圈零件的节材结构设计技术。其中齿圆环（见图2）采用板材卷制设计技术，齿面板（见图3）采用四等分扇形板拼接设计技术，齿圈所有零件均采用火焰切割下料方式，取得高达80%以上的平均材料利用率，该技术大大提高了齿圈的性价比。
②八轴联动机器人焊接系统的技术。通过使用自动焊接技术，保证这种大型回转圈结构件的复杂焊缝质量稳定可靠，与手工焊接工艺相比提高焊接效率2倍以上。
③回转圈啮合齿表面感应热处理设计技术与加工工艺技术。国际先进的平地机回转圈啮合齿均采用表面感应热处理技术来提高齿的耐磨性能，这是其质量与可靠性高于国内平地机企业的一个重要设计技术。由于回转圈结构复杂，因此啮合齿的表面感应热处理工艺方法是重点也是难点，主要工艺方法有逐齿感应热处理与三段式整体感应热处理，需视感应器的功率大小而定。
④回转圈结构件全焊缝超声相控阵无损检测技术。该技术原是应用于军工与航空领域，国际先进企业将其应用于回转圈的焊缝内在质量检测中，确保了焊缝质量，提高回转圈的可靠性。
⑤长焊缝厚板自动焊接技术。主要解决板厚达
40 mm、焊缝周长达5 m以上齿圈的齿面板与支承圈焊接焊缝易产生裂纹的技术难题。设计采用自动焊接工艺技术，对研制过程中出现的裂纹问题进行研究，结合分析成形系数大小，设计出合理的焊接坡口角度，既保证焊接质量，又提高生产效率，降低制造成本。
⑥一体化拼点技术。设计高效合理的拼点工装设备，所有回转圈零件在一次组合过程中完成所有拼接工序。
3 平地机回转齿圈的制造工艺及要求
3.1 主要零件的制作
①齿圆环。采用数控双割炬火焰切割下料，需进行机械冷矫，矫正后的钢材表面的表面不能有明显的凹痕或损伤，确保高度方向的直线度，矫正后的高度方向直线度允许偏差应符合TB10212-98《铁路钢桥制造规范》中的规定。
②齿面板与侧板。采用数控火焰切割下料方法，其中侧板依据如图4所示套料工艺进行切割，材料利用率得以提高。
③斜管支撑。如图4所示，斜管支撑A面与B面为两空间平面，其精度与批加工尺寸一致性与拼点总装密切相关，需采用专用工装进行定位，并采用金属铣切机进行加工。
④坡口加工。由于直径达1.5 m以上的齿圆环系卷制而成，椭圆度允差为5 mm，因此坡口无法采用车加工方式，需采用坡口机加工，同时将坡口机改装成可绕周向柔性调节的专机，即可提高生产效率，又可确保坡口尺寸精度。
⑤成形加工。如图5所示，对左、右肋板与左、右侧板分别采用专用模具在大型油压机上进行冷弯成形。
3.2 拼点组装、焊接、切齿及机加工
①拼点组装。设计的拼点组装工装，一次性将14个零部件组装拼点一起，拼点后采用便携式关节臂三坐标机进行尺寸检验，确保各零件组装后的空间尺寸与位置满足要求。
②焊接。齿圆环与齿面板采用专用自动连续焊接机床，内外环均分两道焊接，焊接之前应采用U型夹消除齿圆环与齿面板间的间隙，焊接顺序为内环打底外环打底内环盖面外环盖面，可有效减小焊接变形。拼点后的回转圈采用八轴可转位变位机的焊接机器人进行焊接，质量可靠、稳定性好。要保证回转圈的焊接质量，并有效控制其焊接变形，焊接工艺是关键，要注意以下几点。其一，施焊前检查。应检测各拼点零件间的离隙是否超过1 mm以上，否则需先将离隙填补；必须进行抛丸以清除坡口及焊缝两侧的油、污、水、锈及其他杂质，需在抛丸后四小时之内完成焊接。其二，焊接参数选择。选用
Φ1.6 mm的焊丝，采用气体保护焊接，焊接电压35V，送丝速度12 m/min，保护气体为90%Ar+10%CO2，气流量为25 L/min。其三，焊接顺序。楔形块与齿圈、侧板焊接肋板与侧板焊接侧板与齿圈焊接垫板、尾架与齿圈焊接尾架、侧板与齿圈焊接侧板、垫板、尾架与齿面板焊接管支撑与侧板焊接管横梁与侧板焊接定位环与管横梁焊接吊耳与管支撑焊接定位环、板支撑与管横梁焊接垫板与齿圈焊接肋板与齿圈焊接侧板与齿圈焊接盖板与肋板、侧板、齿圈焊接。
③切齿。将回转圈定位在具有自定心功能的专用夹具上，采用精密数控火焰切割机切齿，加工关键是齿形精度的控制与切割表面粗糙度的控制，其中火焰的调整与预热方式是重要手段。
④齿形热处理。采用独特的卧式回转传动机构、逐齿连续加热淬火技术、可自动调节感应器与回转圈之间感应间距技术，实现360°的回转圈齿形表面全部淬硬，保证回转圈变形小且耐冲击。
⑤无损检测。回转圈结构件对焊缝质量要求高，焊缝形面复杂并需确保零缺陷，因此要求采用相控阵超声波无损检测方法。相控阵超声波技术具有检测灵活性高、速度快，现场检测时只需对焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测；检测结果直观、重复性好，可实时显示；可检测复杂形面或难以接近的部位，缺陷定位准确，检测灵敏度高。
4 结 语
平地机回转圈是平地机的一个核心部件，结构复杂，集钣金、焊接、机加工、热切割、表面感应热处理、无损检测等技术为一体。因此，笔者采用了合理的加工工艺技术措施、焊接顺序、专用坡口机设备、表面感应热处理设备等，成功开发出了平地机专用高性价比回转圈，满足了产品的尺寸与精度及内在质量要求。
参考文献：
[1] 张文钺.机械产品失效分析丛书-焊接工艺与失效分析[M].北京：机械工业出版社，1989.
[2] TB10212-98，铁路钢桥制造规范[S].