折臂式隨車起重機(jī)吊臂選型

折臂式隨車起重機(jī)吊臂選型

1序言1.1汽車起重機(jī)概述隨車重量是由車輛重量從車輛重量中衍生出來的重量工具。當(dāng)隨車重量裝置安裝在載車底部時，它還被稱為“隨車重量車身”。它不僅能實現(xiàn)汽車起重機(jī)的絕大多數(shù)的起重功能,而且具有汽車起重機(jī)所不具備的“載貨運(yùn)輸”、“快速機(jī)動”能力。它能實現(xiàn)自裝自卸,短途運(yùn)輸。綜合來說,既是載貨汽車,也是起重機(jī)。由于隨車起重機(jī)有上述優(yōu)點,所以有廣泛的應(yīng)用前景和市場需求,在近十幾年,隨車起重機(jī)在國內(nèi)取得了長足的發(fā)展,可以預(yù)見,國產(chǎn)隨車起重機(jī)將會有10~15年的快速發(fā)展階段和相對旺盛的市場需求。2吊臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計隨車起重機(jī)最重要的受力構(gòu)件是吊臂。吊臂必須有足夠的強(qiáng)度,并且要求自重較輕,這樣才能使吊機(jī)具有較高的“起重性能系數(shù)”,簡單說就是起重能力與自身重量的比值要大。所以吊臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和制造工藝是隨車起重機(jī)制造廠家在開發(fā)隨車起重機(jī)時關(guān)注的重點技術(shù)之一。吊臂是薄壁箱型承載梁,在承受負(fù)載時不但要保證足夠的強(qiáng)度和剛度,還要能實現(xiàn)各節(jié)吊臂之間能相互滑動并保持其平穩(wěn),要達(dá)到這些要求,六邊形是一種比較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu),也是目前各個制造廠家優(yōu)先采用的結(jié)構(gòu)型式。六邊形吊臂結(jié)構(gòu)可分為4焊縫結(jié)構(gòu)、2焊縫結(jié)構(gòu)和1條焊縫結(jié)構(gòu),下面分別介紹這幾種結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用。2.14生產(chǎn)效率低下4焊縫結(jié)構(gòu)的截面簡圖如圖1所示。由圖1可知,4焊縫結(jié)構(gòu)由上下蓋板及左右腹板構(gòu)成,上下蓋板是由折彎機(jī)折彎成型的。這種結(jié)構(gòu)必須由4條結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行連接,為了保證吊臂在焊接后變形很小(根據(jù)JB/T9738-2000汽車起重機(jī)和輪胎起重機(jī)技術(shù)要求,通常要求蓋板及腹板平面度≤2.5mm/m,平行度≤2.5mm/m),必須采用比較復(fù)雜的制造焊接工藝才有可能將變形控制在許可范圍內(nèi),焊后的去應(yīng)力處理及焊縫的探傷檢查、缺陷修補(bǔ)等工作量都比較大,故而生產(chǎn)效率低下。同時,由于制造吊臂的材料都是高強(qiáng)度板材(中大型起重機(jī)吊臂采用的材料的抗拉強(qiáng)度一般都在700MPa以上,SQ12噸以下起重機(jī)所使用材料的抗拉強(qiáng)度也都在600MPa左右),與之相應(yīng)的焊材(指焊絲)的強(qiáng)度級別也要求高,焊絲價格貴;焊縫多,所需的焊絲的量也大,所以這種結(jié)構(gòu)的吊臂的成本是比較高的。更重要的是吊臂在受負(fù)載時,始終有兩條焊縫承受拉應(yīng)力,(焊縫對拉應(yīng)力敏感)吊臂的疲勞強(qiáng)度也相對較低。因此,4焊縫結(jié)構(gòu)的六邊形吊臂只適用于單件生產(chǎn)或小批量生產(chǎn)模式,在國產(chǎn)隨車起重機(jī)起步時期較為常見,多應(yīng)用于SQ12噸以下的隨車起重機(jī)上。當(dāng)然,這種結(jié)構(gòu)的吊臂也有它的優(yōu)點:由于整個截面由4件板構(gòu)成,它對下料的精度要求不高,半自動或手工下料均可滿足要求,無需投入較昂貴的下料設(shè)備。再者,上下蓋板的形狀也相對簡單,只需普通的折彎機(jī)床就可制造。成型精度偏差大時,容易矯形。所以,生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的吊臂,對制造商的硬件要求不高,一次性投入較低。因此,早期國內(nèi)隨車起重機(jī)制造商在企業(yè)創(chuàng)業(yè)初期,考慮到投資風(fēng)險的問題,較多傾向采用這種結(jié)構(gòu)的吊臂,用于生產(chǎn)中小型隨車起重機(jī)。2.2吊臂的成型和結(jié)構(gòu)由于4焊縫結(jié)構(gòu)的缺點,導(dǎo)致它無法在中大型隨車起重機(jī)中獲得廣泛應(yīng)用。隨著國內(nèi)中大型隨車起重機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了2焊縫結(jié)構(gòu)的吊臂型式,它的截面簡圖如圖2所示。由圖2可見2焊縫結(jié)構(gòu)比4焊縫結(jié)構(gòu)的焊縫減少了一半,只有2條焊縫,它的上下2個構(gòu)件都由高精度數(shù)控折彎機(jī)直接折彎成型,吊臂的尺寸精度有了大幅提高。焊縫布置在截面的中性層,焊縫所受應(yīng)力最小,因而此種結(jié)構(gòu)的吊臂的疲勞強(qiáng)度相對4焊縫結(jié)構(gòu)吊臂有了大幅提高。生產(chǎn)效率也比4焊縫結(jié)構(gòu)提升一倍以上。但在施焊兩條焊縫時必須采取特殊工藝措施,防止焊接后截面兩側(cè)腹板向內(nèi)收縮變形,如果變形過大,不但裝配困難,也會導(dǎo)致吊臂在伸縮時不平穩(wěn)。更重要的是,腹板向內(nèi)收縮量過大時(超過2.5mm),將導(dǎo)致吊臂腹板容易發(fā)生失穩(wěn)屈服,直接影響吊臂的強(qiáng)度。所以,制造這種結(jié)構(gòu)的吊臂,控制腹板焊接后向內(nèi)收縮變形量,是需要掌握的關(guān)鍵工藝。另外,上下2個構(gòu)件各有3處折彎,形狀較復(fù)雜,為了保證上下構(gòu)件的形狀一致,也需要采用控制精度高的數(shù)控折彎機(jī)床進(jìn)行折彎成型,對板料的下料設(shè)備精度要求也較高。所以,當(dāng)制造這種結(jié)構(gòu)的吊臂時,制造商的一次性投入較大。2.31折彎成型吊臂檢測與控制為了克服上述兩種結(jié)構(gòu)的缺點,近幾年,工程技術(shù)人員開發(fā)了另一種六邊形結(jié)構(gòu)的吊臂,并已經(jīng)在產(chǎn)品上開始應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)的吊臂僅有1條焊縫,它的截面簡圖如圖3所示。從圖3可看出,整個吊臂僅有1條焊縫,吊臂的幾何尺寸精度是由高精度數(shù)控折彎機(jī)床(折彎成型)保證的,并且1條焊縫對吊臂的尺寸精度的影響極為有限,所以1條焊縫結(jié)構(gòu)吊臂尺寸精度比前面兩種結(jié)構(gòu)都要高得多,并且穩(wěn)定性好(焊接殘余應(yīng)力逐步釋放后也不會對吊臂精度有明顯影響)。更重要的是,在設(shè)計這種結(jié)構(gòu)的吊臂時,將焊縫布置在受壓應(yīng)力(向下)的方向上,(焊縫的抗壓強(qiáng)度較抗拉強(qiáng)度高)整個吊臂的疲勞強(qiáng)度大大提高,幾乎不受焊縫的影響,接近無焊縫截面梁的強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)的吊臂的制造工藝的核心是折彎成型,依靠高精度專用數(shù)控折彎機(jī)床,只要工藝參數(shù)設(shè)定,輸入至數(shù)控系統(tǒng),就能實現(xiàn)批量生產(chǎn),效率很高,吊臂的尺寸精度高,質(zhì)量也穩(wěn)定,并且成型后只需施焊一條焊縫,無需特殊工裝,就能實現(xiàn)半自動焊接,焊接過程中無需翻轉(zhuǎn),焊縫成型好,焊縫質(zhì)量也有保證,焊接效率也相當(dāng)高。實踐經(jīng)驗表明,1條焊縫的六邊形結(jié)構(gòu)吊臂的制造綜合成本比2焊縫和4焊縫結(jié)構(gòu)分別下降約7%和15%,經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。當(dāng)然,制造這種結(jié)構(gòu)的吊臂,板料的下料控制精度要求較高,鋼板的厚度公差也要求嚴(yán)格,通常要求±0.08,偏大時,折彎成型的精度波動較大;同時這種結(jié)構(gòu)也必須依靠控制精度高的專用數(shù)控折彎機(jī)床才能保證吊臂折彎成型的精度,所以企業(yè)必須一次性投資購買相對昂貴的高精度專用數(shù)控折彎機(jī)床和數(shù)控下料設(shè)備來保證整個制造工藝的實現(xiàn),企業(yè)必須承擔(dān)一次性投資的經(jīng)濟(jì)壓力。3增加在機(jī)械