赵宇、李公川
上海振华重工（集团）股份有限公司上海201913
摘要：本文介绍了巴西12 000 t/h斗轮取料机分段式门架的制造工艺，根据技术规范的要求以及实际现场制造过程中遇到的问题，对比常规斗轮取料机门架整体制造工艺，探讨了分段式门架的制造难点及采用的工艺方法。
关键词：斗轮取料机；门式刚架；分段加工；连接板；轨道
中图分类号：U653.928+.5 文献标识码：B 文章编号：1001-0785 (2018) 12-0145-04
0 前言
巴西12000t/h斗轮取料机是我公司为全球最大的铁矿石生产商和供应商淡水河谷制造的产品，产品位于巴西亚马逊森林矿区，将成为全球最大的散货机械设备之一。同时，此项目也是公司目前制造的最大斗轮取料机。由于该项目地理位置特殊，项目技术规范对部件最终发运尺寸有严格的限制：长24m、宽4.5m、高3.3m。取料设备最重要部件之一的门架需要分段制造才能满足运输要求。针对项目要求，提前探讨门架制造难点，总结经验，研究开发分段式门架制造技术。
1.分段式门式刚架简介及难点分析
门框组装主要包括：门框（分三段，采用高强度螺栓连接）、平衡梁、旋转销及压板、轨道及压板及门框连接板，如图1所示。难点分析：
1）根据设计图纸，该门式刚架为φ10 000 mm/φ7 240 mm的圆形箱体结构，箱体高为2 100 mm。为了满足项目最终交付要求，经过前期现场勘察及车间生产经验，设计时将门式刚架分为三段，各段均为圆形结构。为保证连接板与连接部位结合面有效贴合，三段连接处连接板也为圆形板。每段螺栓孔600个，对应600套ASTM标准高强度螺栓（如图2所示），三段连接共计1 800套高强度螺栓。同时螺栓孔均按ASTM标准螺栓要求尺寸加工，要求螺栓安装后，螺栓与孔壁最大间隙不得超过1 mm。 圆箱分段后变形无法得到有效控制，且经过两个多月的海陆运输，门式刚架节段接头的变形无法估算，这些都会给现场拼装带来诸多困难。
图1 门框装配示意图
2）门架支撑斗轮取料机上部的回转机构，回转小车轨道、水平轮轨道及传动销均设计在门架结构上（如图3所示），向下与斗轮取料机行走机构小车相连，构成斗轮取料机不可缺少的核心部件。根据图纸要求，需保证回转销孔开口尺寸误差0～-1.78mm，销孔φ120mm的误差0～+0.035mm，共计129个销孔。回转小车轨道开口尺寸误差-3～+3mm，水平轮轨道开口尺寸误差-2～+2mm。另外，销孔与水平轮轨道开口还有同轴度要求。 对于常规的门式刚架制造，也很难同时保证三个位置的关键尺寸误差，焊接变形难以控制。对于这种分段式门架，不仅需要在分段前保证每个关键位置的尺寸，而且在运输到现场组装后，还要保证每个关键位置能够满足图纸和用户的要求。
图2 分段处连接示意图
图3 轨道及销钉位置示意图
2 门框生产计划
2.1 切割
为了在车间生产时有效控制门框焊接变形，减少分割时因切割带来的质量影响，提高钢板的利用率，根据图纸对门框的分割位置及结构特点进行认真分析。要求门框箱体底板、面板切割时，分割位置应断开，并避开面板的接缝位置。底板、面板拼接时，分割位置接缝处间隙调整在1mm以内，然后用夹具固定分割位置，最后按图纸要求进行焊接操作。箱体腹板在分割处整体切割，同样需要避开接缝位置。分割连接板（腹板）切割后，与腹板固定，同时进行滚压。滚压前，内外连接板上的孔需按要求预加工到位，确保分割处连接板接触面间隙符合要求。 同样，回转销上盖板的切割与门框箱体底板、面板的切割相同，在分割位置处进行断开切割。根据实际制造经验及加工要求，结合理论分析，切割时对横轮轨道厚度预留15mm加工余量，切割时对转盘轨道垫厚度预留8mm加工余量。
2.2门框整体制作
根据图纸尺寸及工艺切割拼板图，先将箱体面板、腹板、底板放置于预制的横轮架上进行拼板，并按批准的WPS进行焊接，注意控制面板的平整度。然后按箱体一般制造工艺组装成型门座架箱体。注意箱体三边成型时，需将分段处的箱体内连接板放到位，并用夹具固定在箱体内部（非分段处）。门座架箱体四边焊接成型后（如图4所示），按图纸要求整体标注横轮轨道位置线、回转小车轨道垫位置线。然后安装横轮轨道、回转小车轨道垫，并控制轨道、垫分段处调整间隙要求。轨道需同时对称焊接，以减少焊接变形。
图4 门框四边成型示意图
由于门式刚架结构复杂，肋条数量多，对焊缝要求高，对轨道、销孔等加工精度要求高，焊接变形难以控制，产生的焊接残余应力会影响结构件的加工精度。为防止门式刚架箱体焊接变形，采用预留收缩余量、减少面板焊缝的方法。门式刚架箱体腹板、面板、底板下料时，根据现场实测、实践经验及理论估算，在关键部位预留一定的焊接收缩余量，防止焊接后尺寸缩短。箱体面板、底板下料时，采用分段断开，减少焊缝焊接引起的变形，同时提高生产效率。采用常用的应力消除工艺方法，利用共振原理，由激振器对构件施加动态应力。 当动应力与参与应力叠加大于屈服强度时，迫使构件产生局部塑性变形，使残余应力峰值下降，使原有的拉压残余应力得到松弛和均匀化，从而消除残余应力。此方法的优点是设备简单、成本低、时间短，高温回火时无氧化问题。门框箱体制成后，进行振动时效处理。最后将门框调整到水平斗轮机钢结构检测项目，按图纸要求标记分段位置线，按标记的位置线将检验合格的外连接板固定到位，然后在分段处钻螺栓孔。首先在箱体的上下腹板上钻螺栓孔，孔加工完成后，用工艺螺栓连接固定，螺栓扭矩需达到70%以上，然后在箱体的腹板上钻螺栓孔。加工合格后，拆除外连接板。根据预先标记的位置线，使用半自动切割设备对箱体腹进行分段。 最后所有段体用连接板及工艺螺栓固定好后即可进入下一道工序。如图5所示。
图5 门框分段孔加工示意图
3.门框加工解决方案
门式架螺栓连接完成后，按要求检查各关键尺寸斗轮机钢结构检测项目，再次调整门式架整体水平。根据图纸要求，用激光全站仪标记门式架十字中心线及检查线。以此中心为基准，先标记转盘轨道面的余量线、加工线及检查线，如制造误差需修正，需保证整体水平及最薄板厚要求；再标记横轮支撑轨道的周向余量加工线及检查线，保证轨道整体的圆度及垂直度；最后标记销孔位置，用仿形刀加工底孔至φ90mm。转盘轨道面加工合格后，以转盘中心为基准，标记转盘轨道位置线及轨道压板螺栓孔位置。
根据门式车架的结构及加工要求，公司现有的普通机床无法连续加工水平小车轨道面、垂直水平车轮轨道面、垂直φ120mm销孔及回转轨道，经多次现场考察设备，结合回转机构原理，最终利用门式车架本身的结构特点，在门式车架中部安装专用箱形梁工装，再将预制的回转转盘装置（如图6所示）固定在箱形梁工装上，保证回转装置的
位置中心在龙门架的回转中心上，然后根据龙门架的加工尺寸及相关要求在转盘装置上安装另一台箱形梁工装，作为固定加工刀具的支臂。安装此转盘装置前需保证龙门架处于水平状态。加工前先调整好转盘装置，然后使用此装置根据图纸要求进行标记，并用徕卡进行复检。确保标记尺寸无误后，安装刀具进行加工。
图6 门框打标工艺示意图
根据门式刚架的加工要求及加工经验，采用此回转转台装置依次加工横轮轨道内侧、台车轨道垫块及台车轨道，最后加工销孔。每加工完一步后，对各加工位置的尺寸进行重新测量，如有偏差，及时调整修正，确保下一步加工的顺利进行。全部加工完成后，在监理及使用方的共同见证下，依据图纸要求进行全面检查，所有关键尺寸均在公差范围内。同时，为保证现场组装质量及技术规范的要求，回转结构及门式刚架需在制造车间进行预装并试车，如图7所示。试车结果较为顺利，也证明了此生产加工方案的可行性。 同时也确保了本项目按照计划节点提前完工，为后续的发运节点（如图8所示）节省了时间，为现场产品组装质量提供了有力保障，目前本项目已顺利完成现场组装。
图7 车间旋转机构预装配示意图
图8 门式刚架分段输送示意图
4。结论
该门架与常规斗轮取料机门架相比，设计结构复杂，精度要求高，难度大，装配关系复杂。该门架的成功生产为后续同类项目奠定了技术基础，节省了大量加工成本，缩短了生产周期，也为后续斗轮取料机项目的模块化设计、制造标准化提供了实用数据。项目现场的顺利组装得到了淡水河谷用户的高度认可。
参考
[1]美国焊接学会.AWS D1.1/D1.1M美国钢结构焊接规范[M].成都:西安交通大学出版社,2008.
[2]陈红军.金属切削加工速查及计算手册[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]唐世林.机械加工技术[M].北京:北京理工大学出版社,2009.
