作者：濮建秀 字数：3095
摘 要：机车的车架侧梁是由一长十多米的横截面为U形钢与相应长度的底板组焊而成，现有焊接方法焊接质量很难控制。本文对此设计了一种可进行自动组焊装置，使用该车架侧梁自动组焊装置可保证产品的焊接质量和提高生产效率。
关键词：车架侧梁；自动焊接；质量；生产效率
1 概述
车架侧梁自动组焊装置主要由反挠度胎具、双边自动焊接小车、输送小车、液压夹紧装置、液压、电器控制系统和辅助系统钢结构所组成，如图1所示。在图1中，上左侧的调整座、6个支座及右侧的调整座的上端面形成一反挠度胎具，6个支座上的液压夹紧装置，将工件压紧在反挠度胎具上。双边自动焊接小车沿车架侧梁两侧边移动，确保两边焊缝同时同速焊接，焊缝质量好，外观漂亮。焊接小车的电源及氩气的线缆由输送小车供给，经横梁上的各滑轮挂件与焊接小车相连。输送小车由马达驱动，并使输送小车的移动速度与焊接小车基本一致，从而在双边自动焊接小车移动焊接过程中，电源及氩气能正常、安全地供应。当焊接小车将与液压夹紧装置相遇时，输送小车也接触左边行程开关，电器和液压控制系统会控制相应支座上的液压夹具打开，让焊接小车通过液压夹具后，输送小车又接触右边行程开关，电器和液压控制系统会控制相应支座上的液压夹具再夹紧，以确保焊接小车在焊接的同时安全经过该液压夹具所在的位置。本车架侧梁自动组焊装置，因是在预设的反挠度胎具上进行焊接，可以抵消焊接变形，最终控制车架侧梁的挠度在允许范围内，保证了产品焊接质量；另外，使用双边自动焊接小车进行自动化焊接，生产效率提高。
2 问题的提出
现机车车架侧梁c由一长十多米的横截面为U形钢a与相应长度的底板b焊接而成，如图2中红色图形所示。现有技术中的焊接方法是：采用夹具将车架侧梁的U形钢和底板固定，然后由工人在U形钢两侧同步焊接，以形成横截面类似口字形的车架侧梁。由于各人焊接技术不同，很难达到完全同步，焊接出的车架侧梁像麻花状，故产品质量难以控制。又由于焊缝比较长，工人手工焊接劳动强度大，也很难保证整条焊缝的内外质量。
3 车架侧梁自动组焊装置设计构思
首先从组装焊接过程考虑控制工件的初始状态，从产品结构分析焊接后会向底板方向产生弯曲变形，为此，使产品焊接前预设反挠度与焊接变形相抵消，最终控制车架侧梁的挠度在允许范围内。
使用双边自动焊接小车，由马达驱动，焊接速度可调。小车骑在U形钢上进行自动化焊接，两条焊缝同时同速焊接，保证焊接后侧边无扭曲变形。采用氩弧焊提高焊缝质量。电源及氩气的线缆，由输送小车供给。输送小车经横梁上的各滑轮挂件与焊接小车相连。输送小车由液压马达驱动，沿横梁同向移动，并使输送小车的移动速率与焊接小车基本一致，从而在焊接小车移动焊接过程中，电源及氩气能正常、安全地供应。
在焊接过程中，焊接小车遇到液压夹具时，夹具要能抬起，让焊接小车通过后，再放下液压夹具并夹紧，通过两端行程开关进行控制，使整个焊接过程实现自动化。
4 设计结构介绍
4.1 反挠度胎具
本车架侧梁自动组焊装置中，包括：用于放置车架侧梁的两调整座1、两调整座1之间的6个支座3、支座3上的液压夹具4和骑在车架侧梁上的焊接小车8；两调整座1包括：底座1-1、底座1-1底部的滚轮1-5、底座1-1上的前撑杆1-2和后撑杆1-3、绞接于前撑杆1-2和后撑杆1-3上端的支撑板1-4；前撑杆1-2为千斤顶。两调整座1的下方有限位板1-6；调整座1通过滚轮1-5在各自下方的限位板1-6上滚动，每个限位板1-6上有2个用于固定滚轮1-5的限位钩1-7。改变千斤顶的高度调整挠度的大小，纵向移动两端调整座1的位置满足不同长度的侧梁放置。
4.2 液压夹紧装置
反挠度胎具上，如图2所示。在6个支座上有液压夹紧装置4，将工件压紧并固定在反挠度胎具上。考虑工件的上下胎具的吊装，只能采用侧面安装液压夹紧装置4。现通过上压油缸压紧工件，侧推油缸及连杆组合使夹具打开和闭合，便于工件安放和卸下。
4.3 双边自动焊接小车
双边自动焊接小车8如图3所示。包括：小车架8-1、小车架8-1底部两侧的滚动轮8-2、小车架8-1内侧两端的限位轮8-3、小车架8-1底部的用于氩弧焊的氩气管8-4和焊丝、以及用于驱动滚动轮8-2转动的电动马达。焊接小车8的滚动轮8-2沿车架侧梁在U形钢上滚动；焊接小车8的限位轮8-3使焊接小车始终保持稳定移动，两条焊缝同时同速焊接，确保焊缝质量。
4.4 线缆输送小车
线缆输送小车7如图3所示。由液压马达7-1驱动，用于输送电源及氩气的线缆12经横梁上的各滑轮挂件10与焊接小车8相连，，并使线缆输送小车7的移动速率与焊接小车8基本一致，从而在双边自动焊接小车8移动焊接过程中，电源及氩气能正常、安全地供应。
4.5 行程开关、电器和液压控制系统
行程开关5-1、5-2如图3所示。设于各支座3左右正上方的横梁上。在焊接过程中，焊接小车8将与液压夹具4相遇时，输送小车7也接触左行程开关5-1，电器和液压控制系统控制相应支座上的液压夹具4松开，当焊接小车8通过液压夹具4的位置后，输送小车7又接触右行程开关5-2，电器和液压控制系统控制相应支座3上的液压夹具4闭合夹紧，确保焊接小车8在焊接的同时安全经过该液压夹具所在的位置。
4.6 辅助系统钢结构
如图1所示，在两调整座1之间的一侧设有8根立柱6，立柱6上端设有横梁5，横梁5上滑动连接一个由液压马达7-1驱动的输送小车7和许多个滑轮挂件10；各滑轮挂件10在输送小车7的一侧，用于输送电源及氩气的线缆12，经各滑轮挂件10和输送小车7与焊接小车8相连。保证输送小车7与焊接小车8）能同向同步运行。
5 具体实施
以下以东风8B为例：东风8B机车侧梁挠度350mm、长度17480mm。具体实施方法如下。
（1）调整用于放置车架侧梁的反挠度胎具。焊接东风8B侧梁时，两调整座下千斤顶放在最低位，两调整座各纵向外移375mm至限位板后用限位钩固定。两调整座之间的6个支座中，中间2支座的上端面等高。靠外两端的两个支座上的调整翻板翻开，两调整座的上端面相对倾斜；使左侧的调整座、各支座及右侧的调整座的上端面形成反挠度350mm的曲面。
（2）液压夹紧装置将工件压装固定在胎具上。将工件吊放在反挠度胎具上，然后由支座上的液压夹具将车架侧梁的U形钢和底板压紧固定于反挠度胎具上。
（3）焊接前准备工作。将双边自动焊接小车放置于侧梁的最左端，调整焊接小车的速度，并使输送小车的速度与其基本相同。
（4）侧梁的自动化焊接。在焊接过程中，双边自动焊接小车骑在工件上沿侧梁的两侧边移动，保持两条焊缝同时同速焊接。输送电源及氩气的线缆经各滑轮挂件和输送小车在液压马达的驱动下在立柱横梁上同向同步行走。当焊接小车接近工件上的液压夹紧装置时，输送小车也接触左行程开关，电器和液压控制系统控制相应支座上的液压夹具打开，当焊接小车通过液压夹具后，输送小车又接触右行程开关，电器和液压控制系统控制该液压夹具闭合再夹紧，确保焊接小车在焊接的同时安全经过该液压夹具所在的位置，整个侧梁组焊过程从一端到另一端需要通过6个液压夹紧装置。
6 结论
由于是在焊接前就预设了一个反挠度，在焊接完成后取下车架侧梁时，车架侧梁的变形与预设的反挠度相抵消，最终控制车架侧梁的挠度在允许范围内，保障了产品焊接质量。采用双边自动焊接，焊缝质量高，提高了生产效率。
参考文献
[1]《机械设计手册》1-5卷（第五版）化学工业出版社、《非标准机械设备设计手册》机械工业出版社
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