液压机主要焊接结构件的设计

主要焊接结构件的设计

1、液压机的本体

液压机的本体分为铸造结构、焊接结构以及铸焊混合结构。近代由于焊接技术的进步，液压机本体采用焊接结构的已很普遍，焊接结构对单件小批量生产的企业非常合适。焊接结构的优点是：制造工艺灵活、方便、结构重量轻、外形美观、制造成本低，铸造结构有其自身的特点，对某些使用工艺是很合适的，因此目前焊接结构还是不能完全代替铸造结构的。

液压机的主要焊接结构件是指上横梁(CROWN)、滑块(SLIDE)、底座(BED)、立柱(UPRIGHT)、移动工作台(MOVING BOLSTER)等。这些焊接构件的结构设计不应是铸造结构模式的简单变化，不同用途，公称力大小不同，外形尺寸不同的液压机的焊接构件也不能简单地采用一种结构模式，整体焊接框架不能简单地按组合框架的模式简单的变形。但任何一个具体的结构设计必须按实际的情况考虑问题，所以下面介绍的原则必须结合具体的设计创造性的灵活运用。

焊接结构设计的另一个重要问题是焊接接头的设计。焊接构件中，甚么部位采用全焊透接头，甚么部位采用不焊透接头，甚么接头开坡口，甚么接头不开坡口，坡口应该是甚么型式和大小等。因此研究液压机结构件的设计对提高设计水平、设计质量、降低成本是很有意义的。

本资料的目的是研究这些问题，提出一些设计原则或总结一些经验，用来指导设计。

2、关于焊接接头

焊接接头必须保证连接部位的强度，接头的形式及大小必须适应当代焊接技术并满足施焊的要求。现代工艺一般都采用气保焊，焊接接头与接头部位的受力状况，与板厚有关。接头的设计应该是在满足

受力的前提下尽量简单，尽量的小。这样才能减少变形，降低成本。理论上对T型接头

的研究证明，三分之一钝边的坡口的焊接接头即和被焊板等强度，下面提出的C方式接头就是根据这个理论并参照日本小松株式会社压力机溶接基准制订的。对接焊缝及要求受力处则要求采用下面提出的D方式接头。一般联系筋板采用A方式接头的不开坡口的角焊缝。焊接接头及其坡口型式见表一。特殊的部位，如应力集中的地方应在设计图纸上特别说明并标注E方式。

3、焊接结构上横梁(CROWN)的设计

对立式上传动液压机，上横梁的作用主要是安放工作缸，回程缸以及其它辅助机构，如滑块悬挂装置等。

液压机焊接构件用的钢板一般为Q235-A，焊接上横梁设计以强度为主要依据，主要断面，按简支梁方法计算时，其弯曲应力控制在σ≤50~70N/mm2，Q235-A钢板的屈服限σs≌205-235N/mm2所以安全系数Ns≌3~5。上横梁设时应特别注意，支撑工作缸的部位，刚度应尽量均匀，且有足够的刚度。支撑立柱(COLUMN)或拉杆(TIEROD)螺母的部位同样要有足够的刚度，此处的主要承力板距立柱中心距的尺寸应在螺母外径的附近。焊接上横梁的典型结构如图一到图四。如图一所示，1、2 板为上下盖板，3、4板为主腹板，5、6、7、8板为外面板(或称外腹板)，9、10、11、12板为主筋板，13、14、15、16为主承力板，17、18、19、20为辅助承力板，21、22为联系筋板，23、24、25、26为局部加强筋板，27、28为接触面板。L1、L2为立柱中心距，L3、L4为主腹板及主承力板的间距，L5、L6为立柱中心到主承力板的距离，D1为工作缸支撑外径，D2为立柱或拉杆螺母外径。H为梁高。

上横梁的主断面一般为工字形，长跨(L1)的断面一般为四条腹板，小压机也可设计成两条。上下盖板、腹板、筋板的尺寸及布置不

能作太死的规定，设计时要按实际的结构考虑，但要注意两点，一是要考虑总体设计的要求，二是各受力断面必须满足强度要求。上横梁的高度应按强度计算确定。梁高H的大小对强度的影响很大，加大梁高是减少挠度,减小重量的有效方法。大量的设计实践是，上下盖板较厚、腹板次之，其它筋板均可很薄。初步确定板厚，梁高就自然确定了。如果以梁的重量为目标函数，以梁的强度和刚度为约束条件再加上一些板厚的经验数据为附加约束，用优化方法设计就更好。表二列出了各板厚度的一些经验数据，在确定梁高之前可初步选用，然后在计算梁高时调整。初次设定梁高时，可以按立柱直径的4~5倍，立柱直径按纯拉计算。σ≌60N/mm2。

表二

L1、L2应在方案设计时确定，(L3=L4)≤D1，可人为地使L5≌0.5D2，L6尺寸是按结构确定的，当L6大约为0.5D2时辅助支承板可按图一所示方向布置，当L6尺寸远大于0.5D2时应按图四所示方向布置。关于各板连接处的焊接接头型式，主要应视结构情况及各部

位的受力状况而定，可参照图一到图四的标注。原则上可作如下规定。支承大螺母处的承力板(13-16板)与上下盖板(1-2板)的连接应采用D 方式，当上梁下面与立柱(UPRIGHT)连接时该接头可为C方式。主腹板、主筋板与上下盖板的连接，各筋板与主腹板的连接可采用C 方式，外腹板与上下盖板的连接为C方式，各筋板与外腹板的连接视结构大小而定，当尺寸较大可开人孔时,可采用A方式的角焊缝，当工人无法进入时可适当地采用一些塞焊缝，目的是让外面板与筋板贴紧，使面板平整。至于C、D各方式中是采用单边坡口或是双边坡口，应根据结构的实际情况而定。

工作缸的柱塞直径dg大于400mm时除了四块主承力板之外，中间还要加四块斜的半筋板，其高度约为梁高的1/3~1/2，筋板的间隔一般在600-800mm。大螺母或立柱与上梁的接触面可直接在该处刮平(加工去2-3mm)即可，工作缸与上梁的接触面应区别情况处理，工作缸法兰与上梁用螺栓连接时，此处可拚接一块厚板，当工作缸用大背帽在上梁上平面紧固时，此处亦可用刮平的方式处理，但当立柱中心距很大，梁的长度很长时此处最好是用贴板的方式处理，此板的厚度为20-30mm，此板用角焊锋和塞焊的方法使之与下盖板贴紧。

上下盖板与外腹板可以是平齐的也可使外腹板距上下盖板的边缘留10-15mm，前者对施焊的要求较高，否则外形尺寸误差太大，造成错边，后者可用加工上下盖板外边缘的办法，保证外形尺寸。上面所述的共性问题也适用于滑块，底座等其它构件。

4、焊接结构滑块(SLIDE)的设计

滑块的作用是传递力量及固定模具并且要考虑滑块运动时的导向，然滑块上可能还有其它机构，打料装置、悬挂机构等。滑块的结构视本体结构的不同而不同，框架结构滑块采用平面导向，立柱结构滑块采用圆柱面导向。

滑块的受力要按实际工况而定。一般情况只考虑传递力量，当双