焊装作业工位悬臂吊设计
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焊装作业工位悬臂吊设计
柏琦 绍文煜 芜湖奇瑞装备有限责任公司
摘要:
阐述了一种焊装作业工位用悬臂吊的设计思路、设计步骤。
关键词:焊装;悬臂吊;作业工位。
前言:
在奇瑞汽车股份有限公司焊装车间,主要作业工位采用门形钢结构下面吊挂焊机、焊钳
的方式,但也有一些分总成件的生产,只需要一个单独的工位,以前通常采用L型钢结构
的方式,占地面积较大,操作不便。为此,我们改进设计了一种可以同时悬挂焊机、焊钳的
悬臂吊。本文就此悬臂吊的设计思路,设计步骤,主要优势进行了阐述,供广大同行参考。
一、 原有L型钢结构介绍
原有L型钢结构是门型钢结构的一种演变方式。焊机悬挂在立柱的背面,正面人采用
传统的纵横平移滑轨、滑车的形式,下面吊挂平衡器、焊钳,作业员在下面进行焊接作业(详
见附图1)。但这种结构存在如下不足之处:
1. 焊机与焊钳距离较远;
2. 钢结构占地面积较大,限制了夹具及工位器具的摆放,还可能将作业员绊倒。
二、 设计思路
为了规避L型钢结构的以上确定,同时满足生产的需要,我们参考悬臂吊结构,并在
悬臂吊立柱侧面增加一个吊杆,用于悬挂焊机,焊钳仍然采用平衡器、滑轨、滑车吊挂在悬
臂上面,并在立柱顶端增加一根横梁,用于安装焊机所需的循环水、压缩空气、母线槽等动
能管线,主要结构见附图2。
根据夹具尺寸和操作需要,确定悬臂长度1.7米,下面悬挂的滑轨可伸出工字钢悬臂
0.5-1米,总长度约2.5米,悬臂高度3米左右;焊机吊挂在立柱侧面,横杆长度0.6-0.75米
可调;柱顶横梁需安装压缩空气、循环水进、循环水回三根管路及母线槽,相互间间距不小
于0.3米,初步确定横梁长度1.6米。
附图1 附图2
三、 材料选型
1. 焊机吊杆选型:
我们设计采用圆钢插在钢管里面的方式。并在圆钢和钢管上打孔固定,以调节焊机悬挂
长度。(见附图3)
吊杆一端与立柱固接,为典型的悬臂梁,最大悬臂长度为0.75米,焊机最大重量约为
250kg,即在梁端点处产生2.5KN的静载荷。初选圆钢尺寸为Φ45,钢管尺寸为Φ70*12。
利用钢结构设计软件,核算其最大应力和挠度满足要求。
2. 悬臂梁选型
悬臂总成采用工字钢与转轴焊接,上下采用两端轴承控制,详图见附图4。
可简化为悬臂一端与立柱固接,焊钳最大重量50kg,即产生0.5KN的动载荷,同时平
衡器、滑轨、滑车保守以30kg计算,即产生0.3KN的静载荷,最大悬臂长度2.7米。初选
悬臂材料为12#工字钢,利用钢结构设计软件核算,最大弯曲正应力35.4MPa,最大相对挠
度1/1034,满足要求。
3. 转轴尺寸选型
转轴受通过焊缝传递过来的悬臂梁弯矩作用,根据悬臂梁选型中参数,保守选择计算最
大弯矩为4.0 KN*M,通过上下两个轴承提供的与转轴垂直两个相反的力来与之平衡,两轴
承之间距离为0.22m,则每个轴承提供的径向推力为18.2 KN;依次选择转轴最小直径为Φ
40。
4. 轴承选型
由转轴选型中数据,每个轴承提供的径向推力为18.2 KN,下轴承同时还承受焊钳、悬
臂等元件重量保守按照3KN计算。所以下轴承可选择可以同时承受径向力和轴向力的圆锥
滚子轴承,根据受力大小和转轴直径,选择下轴承型号为32208;上轴承只承受径向力,可
选择调心轴承,根据受力大小和转轴直径,选择上轴承型号为2208。
5. 横梁选型
参照普通门型钢结构的管道固定横梁选用25a工字钢,因受力较小,无需核算强度。
6. 立柱选型
立柱为下端固定,上端自由,u=2;立柱高度4.1米;以所有载荷均加载在轴端,保守
计算总最大载荷约6KN。
初选立柱型号为H250*250*9*14,ix=63.6mm,λ=ul/i=2*4100/63.6=127,利用欧拉公式计
算轴心许用压力Fcr = π2E*A/λ2=1124KN,满足设计需要。
7. 底板、化学螺栓选型
根据厂方土建条件,厂房地面的最大承载能力为5000kg/m2,悬臂吊总重量保守以600kg
计算,最小底板面积为0.12 m2,参照门型钢结构底板尺寸为0.5*0.5 m2,选用此底板尺寸为
0.6*0.6 m2,板厚30mm。
底板采用6个化学螺栓固定,化学螺栓型号M20*200。
8. 焊缝强度核算
所有焊缝强度依照《GB 50017钢结构设计规范》进行核算。
附图3 附图4
附图5 附图6
四、 绘制零件图、制造加工、安装调试
设计总图见附图5,并设计相应零件图。按图制造加工,并安装调试。调试完成的形式
见附图6,基本满足生产需要。
五、 总结
这种焊装悬臂吊安装空间只需要一根立柱0.36 m2,占地空间较小,同时焊钳绕立柱旋
转,焊钳安装在立柱侧面,距离较近。夹具和工位器具摆放句比较方便,具有一定的推广价
值。至设计完成后,已经应用在奇瑞汽车公司的多条焊装线上,创产值100余万元。在此,
也希望和广大同行互相交流借鉴,不断提高我们的设计水平。