挖掘機動臂焊接工藝分析設(shè)計【帶SolidWorks三維】【7張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

挖掘機動臂焊接工藝分析設(shè)計

19頁 7900字數(shù)+論文說明書+7張CAD圖紙【詳情如下】

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摘要

    隨著國內(nèi)工程機械行業(yè)的快速發(fā)展,挖掘機市場的競爭也日趨激烈,各主機廠不但從成本上,也在質(zhì)量上展開了激烈的競爭。動臂部分,作為挖掘機最重要的承載結(jié)構(gòu),在工作中承受著絕大多數(shù)的載荷,是最常發(fā)生故障的部分,而其中尤以動臂的失效影響最大,動臂質(zhì)量成為影響整機產(chǎn)品可靠性的因素之一。 我國生產(chǎn)的挖掘機從仿制開始起步，近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高。但受國產(chǎn)對挖掘機的焊接質(zhì)量及設(shè)計水平等的影響，我國目前生產(chǎn)的挖掘機的總體水平，與進口產(chǎn)品及港口用戶的要求仍有較大差距，焊接工藝之間的差距尤為明顯，為滿足市場及焊接工藝需求，對挖掘機焊接工藝進行深層次的研究和分析勢在必行！

    本畢業(yè)設(shè)計課題來自于企業(yè)的生產(chǎn)實際，通過對挖掘機焊接工藝進行分析和設(shè)計，掌握挖掘機焊接的整個生產(chǎn)流程，培養(yǎng)工程意識。隨著國家經(jīng)濟的繁榮及基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，挖掘機的應(yīng)用及需求日益增長。然而在挖掘機生產(chǎn)制造過程中的動臂焊接工藝成為挖掘機整機質(zhì)量及性能的重要決定因素，焊接變形的控制對挖掘機動臂焊接工藝有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：行業(yè)；挖掘機；焊接工藝；意義 

Abstract

 For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the eight legged robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So a large number of researchers around the world, start .This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism.

 Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking. 

Keywords：Manufacturing ,Location, Clamping, Process

目 錄

摘要 I

Abstract II

1緒論 1

  1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1

  1.2挖掘機的分類 3

  1.3本課題研究的主要內(nèi)容 5

2挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 7

  2.1挖掘機動臂的組成結(jié)構(gòu) 8

  2.2挖掘機動臂的工作原理 9

3挖掘機動臂的焊接工藝分析 10

  3.1挖掘機動臂用材料及其焊接性 11

  3.2焊接冷裂紋 12

  3.3沖擊韌性 12

  3.4挖掘機動臂焊接材料、工藝方法及裝備 13

  3.5焊接材料選擇 14

  3.6工藝方法及裝備 15

4挖掘機動臂焊接變形控制 15

  4.1焊接變形的主要形式及產(chǎn)生原因 16

  4.2控制焊接變形的方法 17

結(jié)論 18

致謝 19

參考文獻 20

1 緒論

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

 焊接自動化主要是指焊接生產(chǎn)過程的自動化，其主要任務(wù)就是：在采用先進的焊接、檢驗和裝配工藝過程的基礎(chǔ)上，建立不需要人直接參與焊接過程的焊接加工方法和工藝方案，以及焊接機械裝備和焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。2006年年底全世界服役的各類挖掘機超過6800萬臺。相比之下，美國挖掘機的數(shù)量到2001年達到1040臺，其中弧焊機器人占49%，點焊機器人占47%，尤其說隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近10年來，在發(fā)達的工業(yè)國家，例如德國，日本等，焊接設(shè)備的發(fā)展更是飛速，英、美、德和日本等過均有相當(dāng)規(guī)模、先進的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，西方資本主義國家對于挖掘機的焊接工藝進行了長時間的研究和嘗試，通過采用例如焊接機器人等以下的焊接工藝，使挖掘機的焊接工藝達到了世界一流水平。

1）高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性。由于焊接加工越來越向著“精細化”加工方向發(fā) 展，因此，焊接自動化系統(tǒng)也向著高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性方向發(fā)展。這要求系統(tǒng)的控制器及軟件系統(tǒng)有很高的信息處理速度，電氣機械裝置有很好的控制精度。如，機器人和焊接操作機行走機構(gòu)的定位精度可達0.1mm，移位速度的控制精度可達0.1%。  

2）集成化。焊接自動化系統(tǒng)的集成化技術(shù)包括硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集成、功能集成和控制技術(shù) 集成?，F(xiàn)代焊接自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都采用模塊化的設(shè)計，根據(jù)不同用戶對系統(tǒng)功能的要求，進行模塊的組合。而且其控制功能也采用模塊化設(shè)計，根據(jù)用戶需要，可以提供不同的控制軟件模塊，提供不同的控制功能。  

3）智能化。將現(xiàn)今的傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和智能控制技術(shù)應(yīng)用于焊接自動化系統(tǒng)中，使 其能夠在各種復(fù)雜環(huán)境、變化的焊接工況下實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的自動焊接。 智能化的焊接自動化系統(tǒng)，不僅可以根據(jù)指令完成自動焊接過程，而且可以根據(jù)連續(xù)實測焊接工件坡口寬度，確定每層焊縫的焊道數(shù)及相關(guān)參數(shù)、覆蓋層位置等，而且從坡口底部到蓋面層的所有焊道均由焊機自動提升、變道、完成焊接。  

4）柔性化。大型自動化焊接裝備或生產(chǎn)線的一次投資相對較高，在設(shè)計這種焊接裝備時必 須考慮柔性化，形成柔性制造系統(tǒng)，以充分發(fā)揮裝備的效能，滿足同類產(chǎn)品不同規(guī)格工件的生產(chǎn)需要。

5）網(wǎng)絡(luò)化。 由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也促進那里焊接自動化系統(tǒng)管控一體化技術(shù)的發(fā) 展。通過網(wǎng)絡(luò)，利用計算機技術(shù)、遠程通信技術(shù)等，將生產(chǎn)管理和焊接過程自動控制一體化，實現(xiàn)脫機編程，遠程監(jiān)控、診斷和檢修。

結(jié)  論

一轉(zhuǎn)眼，幾個月就這樣過去了，到如今，畢業(yè)設(shè)計總算接近尾聲了，通過這次對于挖掘機動臂的設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是挖掘機動臂焊接工藝分析，通過查找相關(guān)的設(shè)計資料和導(dǎo)師以及同學(xué)們溝通，聽取他們的建議然后開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。

致  謝

寫到這里，論文總算完成了，心里百感交集，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認真負責(zé)，無私奉獻，寬容豁達的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類挖掘機動臂焊接工藝分析的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。

幾年的學(xué)習(xí)和生活，隨著畢業(yè)答辯的結(jié)束而要結(jié)束了，在這四年里大學(xué)的生活和學(xué)習(xí)，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。

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本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 ： 挖掘機動臂焊接工藝分析 ________________________ 英文題目： on of 院： ________________________ 專 業(yè)： ________________________ 姓 名： ________________________ 學(xué) 號： ________________________ 指導(dǎo)教師 ： ________________________ 要 隨著國內(nèi)工程機械行業(yè)的快速發(fā)展 ,挖掘機市場的競爭也日趨激烈 ,各主機廠不但從成本上 ,也在質(zhì)量上展開了激烈的競爭。 動臂 部分 ,作為挖掘機最重要的承載結(jié)構(gòu) ,在工作中承受著絕大多數(shù)的載荷 ,是最常發(fā)生故障的部分 ,而其中尤以動臂的失效影響最大 ,動臂質(zhì)量成為影響整機產(chǎn)品可靠性的因素之一。 我國生產(chǎn)的挖掘機從仿制開始起步，近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高。但受國產(chǎn)對挖掘機的焊接質(zhì)量及設(shè)計水平等的影響，我國目前 生產(chǎn)的挖掘機的總體水平，與進口產(chǎn)品及港口用戶的要求仍有較大差距，焊接工藝之間的差距尤為明顯，為滿足市場及焊接工藝需求，對挖掘機焊接工藝進行深層次的研究和分析勢在必行！ 本畢業(yè)設(shè)計課題來自于企業(yè)的生產(chǎn)實際，通過對挖掘機焊接工藝進行分析和設(shè)計，掌握挖掘機焊接的整個生產(chǎn)流程，培養(yǎng)工程意識。隨著國家經(jīng)濟的繁榮及基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，挖掘機的應(yīng)用及需求日益增長。然而在挖掘機生產(chǎn)制造過程中的動臂焊接工藝成為挖掘機整機質(zhì)量及性能的重要決定因素，焊接變形的控制對挖掘機動臂焊接工藝有著重要的意義。 關(guān)鍵詞： 行業(yè) ；挖掘 機；焊接工藝；意義 or a of is or we to as as of to s a of to of is So a of to as to of of is by of it of is is do 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 錄 摘要 .............................................................. I ........................................................ 緒論 ............................................................ 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................. 1 掘機的分類 ................................................ 3 課題研究的主要內(nèi)容 ........................................ 5 2 挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ............................................ 7 掘機動臂的組成結(jié)構(gòu) ........................................ 8 掘機動臂的工作原理 ........................................ 9 3 挖掘機動臂的焊接工藝分析 ....................................... 10 掘機動臂用材料及其焊接性 ................................. 11 接冷裂紋 ................................................. 12 擊韌性 ................................................... 12 掘機動臂焊接材料、工藝方法及裝備 ......................... 13 接材料選擇 ............................................... 14 藝方法及裝備 ............................................. 15 4 挖掘機動臂焊接變形控制 ......................................... 15 接變形的主要形式及產(chǎn)生原因 ............................... 16 制焊接變形 的方法 ......................................... 17 結(jié)論 ............................................................. 18 致謝 ............................................................. 19 參考文獻 ......................................................... 20 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 焊接自動化主要是指焊接生產(chǎn)過程的自動化，其主要任務(wù)就是：在采用先進的焊接、檢驗和裝配工藝過程的基礎(chǔ)上，建立不需要人直接參與焊接過程的焊接加工方法和工藝方案，以及焊接機械裝備和焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。 2006 年年底全世界服役的各類挖掘機超過 6800 萬臺 。相比之下，美國挖掘機的數(shù)量到2001 年達到 1040 臺，其中弧焊機器人占 49%，點焊機器人占 47%，尤其說隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近 10 年來，在發(fā)達的工業(yè)國家，例如德國，日本等，焊接設(shè)備的發(fā)展更是飛速，英、美、德和日本等過均有相當(dāng)規(guī)模、先進的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，西方資本主義國家對于挖掘機的焊接工藝進行了長時間的研究和嘗試，通過采用例如焊接機器人等以下的焊接工藝，使挖掘機的焊接工藝達到了世界一流水平。 1）高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性。由于焊接加工越來越向著“精細化”加工方向發(fā) 展，因此，焊接自動化系統(tǒng)也向著高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性方向發(fā)展。這要求系統(tǒng)的控制器及軟件系統(tǒng)有很高的信息處理速度，電氣機械裝置有很好的控制精度。如，機器人和焊接操作機行走機構(gòu)的定位精度可達 位速度的控制精度可達 2）集成化。焊接自動化系統(tǒng)的集成化技術(shù)包括硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集成、功能集成和控制技術(shù) 集成?，F(xiàn)代焊接自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都采用模塊化的設(shè)計，根據(jù)不同用戶對系統(tǒng)功能的要求，進行模塊的組合。而且其控制功能也采用模塊化設(shè)計，根據(jù)用戶需要，可以提供不同的控制軟件模塊，提供不同的控制 功能。 3）智能化。將現(xiàn)今的傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和智能控制技術(shù)應(yīng)用于焊接自動化系統(tǒng)中，使 其能夠在各種復(fù)雜環(huán)境、變化的焊接工況下實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的自動焊接。 智能化的焊接自動化系統(tǒng)，不僅可以根據(jù)指令完成自動焊接過程，而且可以根據(jù)連續(xù)實測焊接工件坡口寬度，確定每層焊縫的焊道數(shù)及相關(guān)參數(shù)、覆蓋層位置等，而且從坡口底部到蓋面層的所有焊道均由焊機自動提升、變 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 道、完成焊接。 4）柔性化。大型自動化焊接裝備或生產(chǎn)線的一次投資相對較高，在設(shè)計這種焊接裝備時必 須考慮柔性化，形成柔性制造系統(tǒng)，以充分發(fā)揮裝備的效能 ，滿足同類產(chǎn)品不同規(guī)格工件的生產(chǎn)需要。 5）網(wǎng)絡(luò)化。 由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也促進那里焊接自動化系統(tǒng)管控一體化技術(shù)的發(fā) 展。通過網(wǎng)絡(luò)，利用計算機技術(shù)、遠程通信技術(shù)等，將生產(chǎn)管理和焊接過程自動控制一體化，實現(xiàn)脫機編程，遠程監(jiān)控、診斷和檢修。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 我國在焊接領(lǐng)域起步較晚，特別是對挖掘機進行焊接的操作，九十年代隨著重工業(yè)的發(fā)展，焊接設(shè)備也主要從前蘇聯(lián)引進。發(fā)展到同蘇聯(lián)斷交的七十年代，我國才陸續(xù)加強了在焊接領(lǐng)域的重視，建設(shè)了主要的焊接設(shè)備制造廠。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是改革開放之后的幾年， 在制造業(yè)中焊接成為重要的加工工藝方法之一，廣泛用于機械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行業(yè)。也就是基于此，我國對焊接相關(guān)設(shè)備的需求急速增長，各地相繼建立了許多中小型的焊接設(shè)備生產(chǎn)廠。發(fā)展至今，我國已有 10 多家焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，其中多數(shù)已實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)。 在發(fā)展初期，我國生產(chǎn)的焊接設(shè)備大多是比較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機等，多數(shù)都是人工或少數(shù)的半自動性質(zhì)，在自動化程度上比較低。進入 80 年代后，在我國大量引進成套焊接設(shè)備下，促使我國在焊接方面的成套性、自動化、設(shè)備精度等有了很 大的提高。在自動化焊接技術(shù)方面如機械控制技術(shù)、 接的自動化程度有了很大進步。 在焊接領(lǐng)域，我國同國外先進國家還是有很大差距。在 20 實際 80 年代初期，挖掘機的應(yīng)用在先進工業(yè)國家開始普及， 1996 年年底全世界服役的各類挖掘機超過 68 萬臺。其中，焊機機器人大約為一半以上。相比之下，我國挖掘機的數(shù)量到 2001 年達到 1040 臺，其中弧焊機器人占 49%，點焊機器人占 47%。尤其說隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 ,近 10 年來，在發(fā)達的工業(yè)國家，焊接設(shè)備的發(fā)展更是 飛速。如英、美、德和日本等過均有相當(dāng)規(guī) 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 模、先進的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。在 2001 年的第十五屆實際焊接與切割博覽會上參展的焊接設(shè)備廠商多達百家。當(dāng)下，多數(shù)焊接設(shè)備采用最先進的自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊機機器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線、集成制造系統(tǒng)。 此外，在綠色觀念的倡導(dǎo)下，由于焊接本身對環(huán)境和人體帶來的傷害，加之我國當(dāng)下焊接的手工化依然廣泛存在，尋求新的 掘機的分類 按照驅(qū)動方式的不同，挖掘機可以分為 內(nèi)燃機驅(qū)動挖掘機、電力驅(qū)動挖掘機； 按照規(guī)模大小的不同，挖掘機可以分為大型挖掘機、中型挖掘機、小型挖掘機； 按照行走方式的不同，挖掘機可分為履帶式挖掘機、輪式挖掘機； 按照傳動方式的不同，挖掘機可分為液壓挖掘機、機械挖掘機； 按照用途的不同，挖掘機可分為通用挖掘機、礦用挖掘機、船用挖掘機、特種挖掘機等不同類別； 按照鏟斗的不同，挖掘機可分為正鏟挖掘機、反鏟挖掘機、拉鏟挖掘機、抓鏟挖掘機。 傳統(tǒng)的挖掘機如下圖所示： 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 課題研究的主要內(nèi)容 本課題是對挖掘機焊接工藝分析。具體包括以下內(nèi)容： (1)介紹挖掘機機動臂的結(jié)構(gòu)原理，合理地設(shè)計和改善其焊接工藝等，確定挖掘機機動臂的結(jié)構(gòu)。 (2)對確定好的挖掘機機動臂進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (3)挖掘機動臂的材料選擇及其焊接工藝分析。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 掘機動臂的組成結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的挖掘機動臂主要由安裝板，上、下封板，吊耳等組成。其組成結(jié)構(gòu)圖如下圖 1示： 1掘機動臂組成結(jié)構(gòu)圖 掘機動臂的工作原理 液壓挖掘機主要由發(fā)動機、 液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。液壓挖掘機一般由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三大部分組成。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各 種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具?；剞D(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉(zhuǎn)臺上部設(shè)有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大多采用柴油要在方便的場地，也可改用電動機。液壓傳動系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業(yè) 。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 挖掘機動臂的焊接工藝分析 掘機動臂用材料及其焊接性 目前挖掘機焊接動臂所采用的鋼材大部分為低合金鋼，其中 6應(yīng)用最廣 泛，其它還包括國產(chǎn)的 國 國 表是 表 1. 化學(xué) 成分 C n S P o V - 力學(xué) 特性 抗拉強度 服強度 長率 A， % 沖擊功 J 470～ 630 345 21 - 鋼的焊接性是指鋼對焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度（工藝焊接性），以及材料在施工條件下，焊接成按規(guī)定要求設(shè)計的構(gòu)件，并滿足預(yù)先服役要求的能力（使用焊接性） [1]。焊接性受母材、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個方面因素的影響。工藝焊接性是指材料經(jīng)焊接加工后形成完整焊接接頭的能力，通常以材料對形成諸如裂紋、氣孔等焊接缺陷敏感性的大小，以及所采取的工藝措施的復(fù)雜程度來比較工藝焊接性的優(yōu)劣。使用焊接性是指材料經(jīng)焊接加工所形成的焊接接頭能滿足產(chǎn)品制造技術(shù)條件及安全服役要求的程度， 結(jié)構(gòu)及其所采用的材料不同，具體要求和指標(biāo)也不同。 接冷裂紋 由于裂紋是最危險的焊接缺陷，生產(chǎn)中常常把焊接裂紋作為重要的考核項目，對低合金鋼而言，熱影響區(qū)淬硬傾向大的鋼因急冷易產(chǎn)生焊接冷裂紋，嚴(yán)重 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 降低接頭的塑形。決定這類鋼的熱影響區(qū)淬硬性的主要因素之一是碳當(dāng)量 當(dāng)量 ++（ o+V） /5+（ u） /15[2] 經(jīng)驗表明，當(dāng) 材的淬硬傾向不大，焊接性優(yōu)良，焊接時不預(yù)熱；當(dāng) ，鋼材的淬硬傾向增大，焊接時要采 取預(yù)熱，控制焊接工藝參數(shù)、緩冷或消除擴散氫等工藝措施；當(dāng) ，鋼材的淬硬傾向強，屬于難焊的鋼材，需要采取較高的余熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。挖掘機主體用鋼+=挖掘機主體結(jié)構(gòu)部分焊接性較好，焊接冷裂紋敏感性小，無需采取預(yù)熱和緩冷等工藝措施。 擊韌性 母材和焊接區(qū)如有如有足夠的強度、塑形和缺口韌性，則表明焊接結(jié)構(gòu)具有可靠的使用性能。對低溫下服役的挖掘機焊接動臂，其 韌性保證值，以防止結(jié)構(gòu)在載荷下的脆性破毀。特雷克斯系列挖掘機動臂主體材料 表 板厚， 接材料 沖擊部位 J 規(guī)定值 12 焊縫 92， 86， 92 ≥ 27 12 熱影響區(qū) 85， 94， 94 焊接區(qū)特別是焊接過熱區(qū)的的沖擊韌性，由于熱輸入影響會使其下降。因此在焊接過程中應(yīng)合理選擇規(guī)范，盡量控制合理的焊接熱輸入。 掘機動臂焊接材料、工藝方法及裝備 接材料選擇 挖掘機動 臂焊接材料的選擇要根據(jù)結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接工藝性、使用工況、焊接件的形狀復(fù)雜程度及剛性、現(xiàn)場焊接設(shè)備和環(huán)境等因素綜合考慮。具體的原則如下幾方面： （ 1） 等強或低強度匹配原則，一般按照挖掘機動臂用鋼的強度來選擇相應(yīng)強度等級的焊接材料，有時對受力情況復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，也選用比母材強度等級低一級的焊接材料。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 2） 選用低氫焊接材料，為了改善挖掘機動臂焊接接頭的抗冷裂性能，要求采用低氫焊接材料，即焊條電弧焊采用低氫型焊條，二氧化碳氣體保護焊焊絲要選擇擴散氫含量低的焊絲，一般來說藥芯焊絲的擴散氫含量高于實芯焊絲，所以 優(yōu)先考慮使用實芯焊絲。 （ 3） 工作條件和使用性能，低溫溫工況使用的選用低溫用鋼焊接材料，受振動載荷和沖擊載荷的要選用強度、塑性、韌性高的焊接材料。 （ 4） 操作工藝性，根據(jù)焊縫空間位置選用適合平焊、立焊、仰焊以及全位置焊接材料。 藝方法及裝備 選擇焊接方法應(yīng)兼顧焊接制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率，目前挖掘機動臂焊接普遍采用二氧化碳氣體保護焊，采用自動或半自動二氧化碳氣體保護焊工藝的占 70%以上，有些動臂焊接生產(chǎn)為了提高效率還采用焊接專機、焊接機器人，目前大量焊接機器人工作站用于斗桿、鏟斗、動臂以及履帶架的焊接。 圖 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 4 挖掘機動臂焊接變形控制 接變形的主要形式及產(chǎn)生原因 挖掘機主要結(jié)構(gòu)是箱形結(jié)構(gòu)，采用鋼板厚度為 4? 40毫米，板的厚度是非常大的，使用焊接工藝參數(shù)變化很大，從而導(dǎo)致焊接熱和焊接熱溫度場是不均勻的。因此，如果在焊接過程中控制不當(dāng)，焊接變形會很大，對加工質(zhì)量的嚴(yán)重挖掘機結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和整機的組裝。挖掘機的結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計形式是對接焊縫和角焊縫，焊接變形的角度變形，收縮變形，而且接頭的變形。 在宏觀水平，主要的原因為在焊接材料和焊接方法的情況下，挖掘機的結(jié)構(gòu)的焊接變形的主要原因是： （ 1）的結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，而變形是容易產(chǎn)生變形 ; （ 2）焊接接頭的類型，焊縫的布置是不合理 ; （ 3）用于控制焊接變形的處理方法的應(yīng)用。 動臂 焊接變形的基本原因是不均勻的焊接殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致原件的應(yīng)力不均勻應(yīng)主要在焊接中的存儲器中的區(qū)域的組分的過程中的不均勻的溫度場。因此，焊接變形的控制必須控制焊接應(yīng)力。一般來說，可從以下兩方面考慮的焊接方法，一種是被固定的構(gòu)件，防止變形，再經(jīng)過噴丸和熱處理作為一個整體在后續(xù)過程 處理使得應(yīng)力釋放 ;二是在 動臂 不受約束的自由收縮，釋放應(yīng)該強制工件尺寸，以滿足設(shè)計要求。 挖掘機的結(jié)構(gòu)部件的焊接變形會影響生產(chǎn)過程的正常運行，并且使形狀大小和尺寸精度差，正確焊接變形的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，從而使生產(chǎn)成本增加，將增加機械加工，裝配等后續(xù)工藝和焊接變形的難度會降低結(jié)構(gòu)的承載能力，就會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多不良后果。因此，根據(jù)不同的形式焊接變形，以控制和消除挖掘機的結(jié)構(gòu)部件的焊接變形是非常重要的。 制焊接變形的方法 控制焊接變形的方法很多，各種方法的具體應(yīng)用要根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形式、 鋼板厚度、焊接方法等具體情況決定。通過實踐證明，對挖掘機動臂而言，主要從控制焊接變形的工藝方法入手，通過以下控制焊接變形方法的應(yīng)用或幾種方法綜合應(yīng)用可以有效的控制動臂的焊接變形。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 變形法 以動臂為例進行說明，根據(jù)生產(chǎn)中已經(jīng)發(fā)生的變形規(guī)律，預(yù)先把焊件人為地加工產(chǎn)生一個變形，使這個變形與焊后發(fā)生的變形方向相反而數(shù)值相等，這種方法稱反變形法。挖掘機動臂中的動臂和斗桿均屬于細長形動臂，焊接變形主要是焊縫縱向收縮引起的。通過對焊接生產(chǎn)中焊接變形的變形量大小的計算以及生產(chǎn)過程中現(xiàn)場驗證，確定合適的 反變形量，使焊接后的變形量正好與反變形量抵消，達到產(chǎn)品的設(shè)計要求。對于理論計算焊縫縱向收縮量的大小可以參考以下計算公式： △ L=（ L） /F[4] 式中：△ L— 縱向收縮量， 變形系數(shù)，與焊接方法及母材材料有關(guān)，其數(shù)值可由表 1查?。? 焊接截面面積， L— 結(jié)構(gòu)長度， F— 構(gòu)件截面積， 表 3 焊接動臂的變形系數(shù)值 焊接方法 埋弧焊 手工電弧焊 母材材質(zhì) 低碳鋼 低碳鋼 奧氏體鋼 變形系數(shù) 據(jù)以上公式計算現(xiàn)代 11噸挖掘機動臂的焊接收縮量如下： △ L=（ L） /F △ L=（ 128× 3700） /6400 △ L=此，在焊接點裝過程中，在工裝定位動臂前后兩端的定位點間距要人為放大約 3后對放大長度的動臂進行施焊，焊后尺寸 全滿足了焊接件后續(xù)機加工的要求。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 性固定法 焊接前將易變形的工件加以固定來限制和減小焊接變形的方 法稱為剛性固定法。特別是對結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，焊縫設(shè)計不對稱得構(gòu)件，焊縫主要集中在工件的一側(cè)時剛性固定法可以很好地控制焊接變形。常見的方式是點焊拉筋，使用剛性軸，工裝剛性制約以及依靠工件背對背互相制約變形的方法，都可以達到控制焊接變形的目的。 使用剛性固定法來控制焊接變形量現(xiàn)在已經(jīng)普遍應(yīng)用于挖掘機實際生產(chǎn)中，并取得了良好效果。如圖所示幾個實例： 圖 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 上平臺中部機架工裝剛性固定法 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 結(jié) 論 一轉(zhuǎn)眼，幾個月就這樣過去了，到如今，畢業(yè)設(shè)計總算接近尾聲了，通過這次對于挖掘機動臂的設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是挖掘機動臂焊接工藝分析，通過查找相關(guān)的設(shè)計資料和導(dǎo)師以及同學(xué)們溝通，聽取他們的建議然后開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到 做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 致 謝 寫到這里，論文總算完成了，心里百感交集，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué) 到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認真負責(zé)，無私奉獻，寬容豁達的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類挖掘機動臂焊接工藝分析的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。 幾年的學(xué)習(xí)和生活，隨著畢業(yè)答辯的結(jié)束而要結(jié)束了，在這四年里大學(xué)的生活和學(xué)習(xí) ，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 參考文獻 [1]李立編著 北京：電子工業(yè)出版社， 2000。 [2]黃缸著，邵遠編著 北京：高等教育出版社， 2006。 [3]張利平著 . 實用技術(shù)速查手冊 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [4]李寶仁著 . 機械綜合自動化 . 北京：機械工業(yè)出版社， [5]宋學(xué)義著 . 挖掘機動臂焊接工藝速查手冊 . 北京：機械工業(yè)出版社， [6]陳奎生著 . 焊接工藝分析 . 武漢：武漢理工大學(xué)出版社， [7]國）有限公司 . 挖掘機動臂焊接工藝實用技術(shù) . 北京：機械工業(yè)出版社， 8]徐文燦著 . 挖掘機動臂焊接工藝系統(tǒng)設(shè)計 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2005。 [9]曾孔庚 發(fā)展趨勢 . 機器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。 [10]高微 ,楊中平等 [11]孫兵 ,趙斌 ,施永輝 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [12]李如松 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫2004年第 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or a of is or we to as as of to s a of to of is So a of to as to of of is by of it of is is do 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 錄 摘要 .............................................................. I ........................................................ 緒論 ............................................................ 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................. 1 掘機的分類 ................................................ 3 課題研究的主要內(nèi)容 ........................................ 5 2 挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ............................................ 7 掘機動臂的組成結(jié)構(gòu) ........................................ 8 掘機動臂的工作原理 ........................................ 9 3 挖掘機動臂的焊接工藝分析 ....................................... 10 掘機動臂用材料及其焊接性 ................................. 11 接冷裂紋 ................................................. 12 擊韌性 ................................................... 12 掘機動臂焊接材料、工藝方法及裝備 ......................... 13 接材料選擇 ............................................... 14 藝方法及裝備 ............................................. 15 4 挖掘機動臂焊接變形控制 ......................................... 15 接變形的主要形式及產(chǎn)生原因 ............................... 16 制焊接變形 的方法 ......................................... 17 結(jié)論 ............................................................. 18 致謝 ............................................................. 19 參考文獻 ......................................................... 20 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 焊接自動化主要是指焊接生產(chǎn)過程的自動化，其主要任務(wù)就是：在采用先進的焊接、檢驗和裝配工藝過程的基礎(chǔ)上，建立不需要人直接參與焊接過程的焊接加工方法和工藝方案，以及焊接機械裝備和焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。 2006 年年底全世界服役的各類挖掘機超過 6800 萬臺 。相比之下，美國挖掘機的數(shù)量到2001 年達到 1040 臺，其中弧焊機器人占 49%，點焊機器人占 47%，尤其說隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，近 10 年來，在發(fā)達的工業(yè)國家，例如德國，日本等，焊接設(shè)備的發(fā)展更是飛速，英、美、德和日本等過均有相當(dāng)規(guī)模、先進的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，西方資本主義國家對于挖掘機的焊接工藝進行了長時間的研究和嘗試，通過采用例如焊接機器人等以下的焊接工藝，使挖掘機的焊接工藝達到了世界一流水平。 1）高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性。由于焊接加工越來越向著“精細化”加工方向發(fā) 展，因此，焊接自動化系統(tǒng)也向著高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性方向發(fā)展。這要求系統(tǒng)的控制器及軟件系統(tǒng)有很高的信息處理速度，電氣機械裝置有很好的控制精度。如，機器人和焊接操作機行走機構(gòu)的定位精度可達 位速度的控制精度可達 2）集成化。焊接自動化系統(tǒng)的集成化技術(shù)包括硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集成、功能集成和控制技術(shù) 集成。現(xiàn)代焊接自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都采用模塊化的設(shè)計，根據(jù)不同用戶對系統(tǒng)功能的要求，進行模塊的組合。而且其控制功能也采用模塊化設(shè)計，根據(jù)用戶需要，可以提供不同的控制軟件模塊，提供不同的控制 功能。 3）智能化。將現(xiàn)今的傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和智能控制技術(shù)應(yīng)用于焊接自動化系統(tǒng)中，使 其能夠在各種復(fù)雜環(huán)境、變化的焊接工況下實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的自動焊接。 智能化的焊接自動化系統(tǒng)，不僅可以根據(jù)指令完成自動焊接過程，而且可以根據(jù)連續(xù)實測焊接工件坡口寬度，確定每層焊縫的焊道數(shù)及相關(guān)參數(shù)、覆蓋層位置等，而且從坡口底部到蓋面層的所有焊道均由焊機自動提升、變 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 道、完成焊接。 4）柔性化。大型自動化焊接裝備或生產(chǎn)線的一次投資相對較高，在設(shè)計這種焊接裝備時必 須考慮柔性化，形成柔性制造系統(tǒng)，以充分發(fā)揮裝備的效能 ，滿足同類產(chǎn)品不同規(guī)格工件的生產(chǎn)需要。 5）網(wǎng)絡(luò)化。 由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也促進那里焊接自動化系統(tǒng)管控一體化技術(shù)的發(fā) 展。通過網(wǎng)絡(luò)，利用計算機技術(shù)、遠程通信技術(shù)等，將生產(chǎn)管理和焊接過程自動控制一體化，實現(xiàn)脫機編程，遠程監(jiān)控、診斷和檢修。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 我國在焊接領(lǐng)域起步較晚，特別是對挖掘機進行焊接的操作，九十年代隨著重工業(yè)的發(fā)展，焊接設(shè)備也主要從前蘇聯(lián)引進。發(fā)展到同蘇聯(lián)斷交的七十年代，我國才陸續(xù)加強了在焊接領(lǐng)域的重視，建設(shè)了主要的焊接設(shè)備制造廠。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是改革開放之后的幾年， 在制造業(yè)中焊接成為重要的加工工藝方法之一，廣泛用于機械制造、航空航天、能源交通、石油化工、建筑等行業(yè)。也就是基于此，我國對焊接相關(guān)設(shè)備的需求急速增長，各地相繼建立了許多中小型的焊接設(shè)備生產(chǎn)廠。發(fā)展至今，我國已有 10 多家焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，其中多數(shù)已實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)。 在發(fā)展初期，我國生產(chǎn)的焊接設(shè)備大多是比較簡單的焊接操作機、滾輪架、變位機、翻轉(zhuǎn)機等，多數(shù)都是人工或少數(shù)的半自動性質(zhì)，在自動化程度上比較低。進入 80 年代后，在我國大量引進成套焊接設(shè)備下，促使我國在焊接方面的成套性、自動化、設(shè)備精度等有了很 大的提高。在自動化焊接技術(shù)方面如機械控制技術(shù)、 接的自動化程度有了很大進步。 在焊接領(lǐng)域，我國同國外先進國家還是有很大差距。在 20 實際 80 年代初期，挖掘機的應(yīng)用在先進工業(yè)國家開始普及， 1996 年年底全世界服役的各類挖掘機超過 68 萬臺。其中，焊機機器人大約為一半以上。相比之下，我國挖掘機的數(shù)量到 2001 年達到 1040 臺，其中弧焊機器人占 49%，點焊機器人占 47%。尤其說隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 ,近 10 年來，在發(fā)達的工業(yè)國家，焊接設(shè)備的發(fā)展更是 飛速。如英、美、德和日本等過均有相當(dāng)規(guī) 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 模、先進的焊接設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。在 2001 年的第十五屆實際焊接與切割博覽會上參展的焊接設(shè)備廠商多達百家。當(dāng)下，多數(shù)焊接設(shè)備采用最先進的自動控制系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。廣泛采用焊機機器人作為操作單元，組成焊接中心、焊接生產(chǎn)線、集成制造系統(tǒng)。 此外，在綠色觀念的倡導(dǎo)下，由于焊接本身對環(huán)境和人體帶來的傷害，加之我國當(dāng)下焊接的手工化依然廣泛存在，尋求新的 掘機的分類 按照驅(qū)動方式的不同，挖掘機可以分為 內(nèi)燃機驅(qū)動挖掘機、電力驅(qū)動挖掘機； 按照規(guī)模大小的不同，挖掘機可以分為大型挖掘機、中型挖掘機、小型挖掘機； 按照行走方式的不同，挖掘機可分為履帶式挖掘機、輪式挖掘機； 按照傳動方式的不同，挖掘機可分為液壓挖掘機、機械挖掘機； 按照用途的不同，挖掘機可分為通用挖掘機、礦用挖掘機、船用挖掘機、特種挖掘機等不同類別； 按照鏟斗的不同，挖掘機可分為正鏟挖掘機、反鏟挖掘機、拉鏟挖掘機、抓鏟挖掘機。 傳統(tǒng)的挖掘機如下圖所示： 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 課題研究的主要內(nèi)容 本課題是對挖掘機焊接工藝分析。具體包括以下內(nèi)容： (1)介紹挖掘機機動臂的結(jié)構(gòu)原理，合理地設(shè)計和改善其焊接工藝等，確定挖掘機機動臂的結(jié)構(gòu)。 (2)對確定好的挖掘機機動臂進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (3)挖掘機動臂的材料選擇及其焊接工藝分析。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 2 挖掘機動臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 掘機動臂的組成結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的挖掘機動臂主要由安裝板，上、下封板，吊耳等組成。其組成結(jié)構(gòu)圖如下圖 1示： 1掘機動臂組成結(jié)構(gòu)圖 掘機動臂的工作原理 液壓挖掘機主要由發(fā)動機、 液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。液壓挖掘機一般由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三大部分組成。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各 種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具?；剞D(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉(zhuǎn)臺上部設(shè)有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大多采用柴油要在方便的場地，也可改用電動機。液壓傳動系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業(yè) 。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3 挖掘機動臂的焊接工藝分析 掘機動臂用材料及其焊接性 目前挖掘機焊接動臂所采用的鋼材大部分為低合金鋼，其中 6應(yīng)用最廣 泛，其它還包括國產(chǎn)的 國 國 表是 表 1. 化學(xué) 成分 C n S P o V - 力學(xué) 特性 抗拉強度 服強度 長率 A， % 沖擊功 J 470～ 630 345 21 - 鋼的焊接性是指鋼對焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度（工藝焊接性），以及材料在施工條件下，焊接成按規(guī)定要求設(shè)計的構(gòu)件，并滿足預(yù)先服役要求的能力（使用焊接性） [1]。焊接性受母材、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求四個方面因素的影響。工藝焊接性是指材料經(jīng)焊接加工后形成完整焊接接頭的能力，通常以材料對形成諸如裂紋、氣孔等焊接缺陷敏感性的大小，以及所采取的工藝措施的復(fù)雜程度來比較工藝焊接性的優(yōu)劣。使用焊接性是指材料經(jīng)焊接加工所形成的焊接接頭能滿足產(chǎn)品制造技術(shù)條件及安全服役要求的程度， 結(jié)構(gòu)及其所采用的材料不同，具體要求和指標(biāo)也不同。 接冷裂紋 由于裂紋是最危險的焊接缺陷，生產(chǎn)中常常把焊接裂紋作為重要的考核項目，對低合金鋼而言，熱影響區(qū)淬硬傾向大的鋼因急冷易產(chǎn)生焊接冷裂紋，嚴(yán)重 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 降低接頭的塑形。決定這類鋼的熱影響區(qū)淬硬性的主要因素之一是碳當(dāng)量 當(dāng)量 ++（ o+V） /5+（ u） /15[2] 經(jīng)驗表明，當(dāng) 材的淬硬傾向不大，焊接性優(yōu)良，焊接時不預(yù)熱；當(dāng) ，鋼材的淬硬傾向增大，焊接時要采 取預(yù)熱，控制焊接工藝參數(shù)、緩冷或消除擴散氫等工藝措施；當(dāng) ，鋼材的淬硬傾向強，屬于難焊的鋼材，需要采取較高的余熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。挖掘機主體用鋼+=挖掘機主體結(jié)構(gòu)部分焊接性較好，焊接冷裂紋敏感性小，無需采取預(yù)熱和緩冷等工藝措施。 擊韌性 母材和焊接區(qū)如有如有足夠的強度、塑形和缺口韌性，則表明焊接結(jié)構(gòu)具有可靠的使用性能。對低溫下服役的挖掘機焊接動臂，其 韌性保證值，以防止結(jié)構(gòu)在載荷下的脆性破毀。特雷克斯系列挖掘機動臂主體材料 表 板厚， 接材料 沖擊部位 J 規(guī)定值 12 焊縫 92， 86， 92 ≥ 27 12 熱影響區(qū) 85， 94， 94 焊接區(qū)特別是焊接過熱區(qū)的的沖擊韌性，由于熱輸入影響會使其下降。因此在焊接過程中應(yīng)合理選擇規(guī)范，盡量控制合理的焊接熱輸入。 掘機動臂焊接材料、工藝方法及裝備 接材料選擇 挖掘機動 臂焊接材料的選擇要根據(jù)結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接工藝性、使用工況、焊接件的形狀復(fù)雜程度及剛性、現(xiàn)場焊接設(shè)備和環(huán)境等因素綜合考慮。具體的原則如下幾方面： （ 1） 等強或低強度匹配原則，一般按照挖掘機動臂用鋼的強度來選擇相應(yīng)強度等級的焊接材料，有時對受力情況復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，也選用比母材強度等級低一級的焊接材料。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 2） 選用低氫焊接材料，為了改善挖掘機動臂焊接接頭的抗冷裂性能，要求采用低氫焊接材料，即焊條電弧焊采用低氫型焊條，二氧化碳氣體保護焊焊絲要選擇擴散氫含量低的焊絲，一般來說藥芯焊絲的擴散氫含量高于實芯焊絲，所以 優(yōu)先考慮使用實芯焊絲。 （ 3） 工作條件和使用性能，低溫溫工況使用的選用低溫用鋼焊接材料，受振動載荷和沖擊載荷的要選用強度、塑性、韌性高的焊接材料。 （ 4） 操作工藝性，根據(jù)焊縫空間位置選用適合平焊、立焊、仰焊以及全位置焊接材料。 藝方法及裝備 選擇焊接方法應(yīng)兼顧焊接制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率，目前挖掘機動臂焊接普遍采用二氧化碳氣體保護焊，采用自動或半自動二氧化碳氣體保護焊工藝的占 70%以上，有些動臂焊接生產(chǎn)為了提高效率還采用焊接專機、焊接機器人，目前大量焊接機器人工作站用于斗桿、鏟斗、動臂以及履帶架的焊接。 圖 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 4 挖掘機動臂焊接變形控制 接變形的主要形式及產(chǎn)生原因 挖掘機主要結(jié)構(gòu)是箱形結(jié)構(gòu)，采用鋼板厚度為 4? 40毫米，板的厚度是非常大的，使用焊接工藝參數(shù)變化很大，從而導(dǎo)致焊接熱和焊接熱溫度場是不均勻的。因此，如果在焊接過程中控制不當(dāng)，焊接變形會很大，對加工質(zhì)量的嚴(yán)重挖掘機結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和整機的組裝。挖掘機的結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計形式是對接焊縫和角焊縫，焊接變形的角度變形，收縮變形，而且接頭的變形。 在宏觀水平，主要的原因為在焊接材料和焊接方法的情況下，挖掘機的結(jié)構(gòu)的焊接變形的主要原因是： （ 1）的結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，而變形是容易產(chǎn)生變形 ; （ 2）焊接接頭的類型，焊縫的布置是不合理 ; （ 3）用于控制焊接變形的處理方法的應(yīng)用。 動臂 焊接變形的基本原因是不均勻的焊接殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致原件的應(yīng)力不均勻應(yīng)主要在焊接中的存儲器中的區(qū)域的組分的過程中的不均勻的溫度場。因此，焊接變形的控制必須控制焊接應(yīng)力。一般來說，可從以下兩方面考慮的焊接方法，一種是被固定的構(gòu)件，防止變形，再經(jīng)過噴丸和熱處理作為一個整體在后續(xù)過程 處理使得應(yīng)力釋放 ;二是在 動臂 不受約束的自由收縮，釋放應(yīng)該強制工件尺寸，以滿足設(shè)計要求。 挖掘機的結(jié)構(gòu)部件的焊接變形會影響生產(chǎn)過程的正常運行，并且使形狀大小和尺寸精度差，正確焊接變形的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，從而使生產(chǎn)成本增加，將增加機械加工，裝配等后續(xù)工藝和焊接變形的難度會降低結(jié)構(gòu)的承載能力，就會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多不良后果。因此，根據(jù)不同的形式焊接變形，以控制和消除挖掘機的結(jié)構(gòu)部件的焊接變形是非常重要的。 制焊接變形的方法 控制焊接變形的方法很多，各種方法的具體應(yīng)用要根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形式、 鋼板厚度、焊接方法等具體情況決定。通過實踐證明，對挖掘機動臂而言，主要從控制焊接變形的工藝方法入手，通過以下控制焊接變形方法的應(yīng)用或幾種方法綜合應(yīng)用可以有效的控制動臂的焊接變形。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 變形法 以動臂為例進行說明，根據(jù)生產(chǎn)中已經(jīng)發(fā)生的變形規(guī)律，預(yù)先把焊件人為地加工產(chǎn)生一個變形，使這個變形與焊后發(fā)生的變形方向相反而數(shù)值相等，這種方法稱反變形法。挖掘機動臂中的動臂和斗桿均屬于細長形動臂，焊接變形主要是焊縫縱向收縮引起的。通過對焊接生產(chǎn)中焊接變形的變形量大小的計算以及生產(chǎn)過程中現(xiàn)場驗證，確定合適的 反變形量，使焊接后的變形量正好與反變形量抵消，達到產(chǎn)品的設(shè)計要求。對于理論計算焊縫縱向收縮量的大小可以參考以下計算公式： △ L=（ L） /F[4] 式中：△ L— 縱向收縮量， 變形系數(shù)，與焊接方法及母材材料有關(guān)，其數(shù)值可由表 1查??； 焊接截面面積， L— 結(jié)構(gòu)長度， F— 構(gòu)件截面積， 表 3 焊接動臂的變形系數(shù)值 焊接方法 埋弧焊 手工電弧焊 母材材質(zhì) 低碳鋼 低碳鋼 奧氏體鋼 變形系數(shù) 據(jù)以上公式計算現(xiàn)代 11噸挖掘機動臂的焊接收縮量如下： △ L=（ L） /F △ L=（ 128× 3700） /6400 △ L=此，在焊接點裝過程中，在工裝定位動臂前后兩端的定位點間距要人為放大約 3后對放大長度的動臂進行施焊，焊后尺寸 全滿足了焊接件后續(xù)機加工的要求。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 性固定法 焊接前將易變形的工件加以固定來限制和減小焊接變形的方 法稱為剛性固定法。特別是對結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，焊縫設(shè)計不對稱得構(gòu)件，焊縫主要集中在工件的一側(cè)時剛性固定法可以很好地控制焊接變形。常見的方式是點焊拉筋，使用剛性軸，工裝剛性制約以及依靠工件背對背互相制約變形的方法，都可以達到控制焊接變形的目的。 使用剛性固定法來控制焊接變形量現(xiàn)在已經(jīng)普遍應(yīng)用于挖掘機實際生產(chǎn)中，并取得了良好效果。如圖所示幾個實例： 圖 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 上平臺中部機架工裝剛性固定法 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 結(jié) 論 一轉(zhuǎn)眼，幾個月就這樣過去了，到如今，畢業(yè)設(shè)計總算接近尾聲了，通過這次對于挖掘機動臂的設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度，本文所設(shè)計的是挖掘機動臂焊接工藝分析，通過查找相關(guān)的設(shè)計資料和導(dǎo)師以及同學(xué)們溝通，聽取他們的建議然后開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到 做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 致 謝 寫到這里，論文總算完成了，心里百感交集，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué) 到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認真負責(zé)，無私奉獻，寬容豁達的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類挖掘機動臂焊接工藝分析的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。 幾年的學(xué)習(xí)和生活，隨著畢業(yè)答辯的結(jié)束而要結(jié)束了，在這四年里大學(xué)的生活和學(xué)習(xí) ，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 青島 院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 參考文獻 [1]李立編著 北京：電子工業(yè)出版社， 2000。 [2]黃缸著，邵遠編著 北京：高等教育出版社， 2006。 [3]張利平著 . 實用技術(shù)速查手冊 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [4]李寶仁著 . 機械綜合自動化 . 北京：機械工業(yè)出版社， [5]宋學(xué)義著 . 挖掘機動臂焊接工藝速查手冊 . 北京：機械工業(yè)出版社， [6]陳奎生著 . 焊接工藝分析 . 武漢：武漢理工大學(xué)出版社， [7]國）有限公司 . 挖掘機動臂焊接工藝實用技術(shù) . 北京：機械工業(yè)出版社， 8]徐文燦著 . 挖掘機動臂焊接工藝系統(tǒng)設(shè)計 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2005。 [9]曾孔庚 發(fā)展趨勢 . 機器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。 [10]高微 ,楊中平等 [11]孫兵 ,趙斌 ,施永輝 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [12]李如松 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫2004年第 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