起重机卷筒制造关键工艺质量控制

起重机卷筒制造关键工艺质量控制刘刚【摘要】本文主要介绍起重机械重要受力构件卷筒制造技术要求，毛坯成形、热处理、绳槽加工等关键工艺的质量控制及措施，对各行各业起重机卷筒制造技术提供了参考.【期刊名称】《有色设备》【年（卷），期】2016（000）004【总页数】5页（P10-14）【关键词】起重机;卷筒;铸造;卷制;绳槽加工【作者】刘刚【作者单位】中国有色（沈阳）冶金机械有限公司，辽宁沈阳110027【正文语种】中文【中图分类】TH21卷筒装置是起重机械中起升机构卷绕钢丝绳的部件，也是重要的受力部件，常用的卷筒组类型有齿轮联接盘式、周边大齿轮式和短轴式。齿轮联接盘式卷筒组（图1）为封闭式传动，分组性好，卷筒轴不承受扭矩，是目前桥式起重机卷筒组的典型结构。缺点是检修时需沿轴向夕卜移卷筒。短轴式卷筒组装置采用分开的短轴代替整根卷筒长轴，减速器侧短轴采用键与过盈配合与卷筒联轴器联接，其优点是构造简单，调整安装比较方便。这两种卷筒装置由于结构尺寸紧凑、自重轻、便于整机布置，广泛应用于冶金、钢铁、矿山、水利水电等行业的起重设备。卷筒作为主要的受力构件，它的制造质量至关重要，关系到起重机械的安全运行，卷筒的毛坯成形、热处理、绳槽加工主要工艺作为关键质量控制点应重点控制。1.1卷筒的形式卷筒从材质上分类，按起重量的大小和工作状况分为铸造卷筒和钢板焊接卷筒。铸造卷筒一般用于起重量较小的设备，采用不低于HT200的灰铸铁，重要卷筒采用高强度铸铁或球墨铸铁；必须采用铸钢时，应不低于ZG230-450；焊接卷筒多用于起重量大、卷筒尺寸大的设备，采用Q235或Q345钢板弯卷焊接而成，重量轻，适宜于单件生产和大尺寸卷筒。卷筒从结构形式上分为光卷筒、螺旋线卷筒和平行折线型卷筒。光卷筒即卷筒外圆是光圆柱面，其上无绳槽，一般不采用光卷筒；螺旋线卷筒即卷筒外圆有序的布置了螺旋线绳槽，钢丝绳单层缠绕的卷筒采用螺旋线卷筒，钢丝绳双层缠绕的卷筒有时也采用螺旋线卷筒；平行折线型卷筒其外圆绳槽由直线绳槽和斜线（螺旋线）绳槽组成，在卷筒上的位置完全相同。钢丝绳在进行多层缠绕时，上层钢丝绳完全落入并固定在下层相邻钢丝绳形成的绳槽内，使下层钢丝绳之间的接触改善，解决了螺旋线绳槽多层缠绕时，上下层钢丝绳缠绕旋向相反，上层钢丝绳不能落入下层钢丝绳形成的螺旋槽内，位置不能固定，可能引起钢丝绳排列不整齐的问题。再配合卷筒两端带有阶梯凸缘的返绳挡圈，引导钢丝绳平稳地从下层爬升到上并顺利返回，避免钢丝绳跳槽和相互切入挤压而造成的乱绳。因此，它能较好的使钢丝绳在卷筒上实现整齐多层缠绕，是中高扬程卷扬式起重机机优先采用的卷筒型式。1.2卷筒制造技术要求如何把握和提出科学合理的卷筒技术要求，是起重机械正常安全运行的的技术保证，也是制造合格品必要的指导文件，该技术要求的制定必须客观、科学，即要考虑成品的品质，又要考虑现实的装备制造能力、加工成本。通过多年实践，结合各行各业起重机制造规范，总结出了切实可行的卷筒制造技术要求供同行参考。卷筒切出绳槽后，各处壁厚不得小于名义厚度，且壁厚不应超过下列值：绳槽底径小于或等于700mm时，不大于3mm;绳槽底径大于700~1000mm时，不大于5mm;绳槽底径大于1000mm时，不大于8mm。卷筒绳槽底径公差应不大于GB1801~GB1802中的h10的数值，对于较大起升高度、多层钢丝绳缠绕的卷筒，其卷筒绳槽底径公差应不大于h9，绳槽表面粗糙度为GB1031的Ra=12.5pm,底径圆柱度误差不大于直径公差的一半。大起重量、高扬程双吊点的起重机同步问题越来越被关注，如：水电工程双吊点启闭机卷筒绳槽底径精度要求在新规范中提高，应不大于GB1801~GB1802中的h8，且双卷筒绳槽底径公差相对差应不大于GB1801~GB1802中的0.5h8。铸铁卷筒应经过时效处理，铸钢卷筒和焊接卷筒应退火处理。铸造卷筒加工面上的局部砂眼、气孔其直径小于8mm，深度不超过该处名义壁厚的20%(绝对值不大于4mm),在每100mm长度内不多于1处，在卷筒全部加工面上的总数不多于5处，允许不焊补。允许焊补的范围见表1。同一断面上和长度100mm的范围内缺陷不得多于2处，焊补后可不作热处理，但需磨光。卷筒上有裂纹时，应报废。卷筒体纵缝、环缝为一类焊缝。2.1铸造卷筒工艺措施工艺流程：木模T造型T制芯T铸造T化验T退火T粗车T检验T焊接(对接)T检验一退火一精车一检验7佥收2.1.1短铸铁卷筒采用阶梯式浇注梯式浇注采用手工造型，粘土砂干型，轴向对称分型，平做立浇。阶梯式浇注系统的内浇道分为上、下两层，底层内浇道开设在中部位置，因此，它具有中注式及顶注式的作用，也就是说，能够比较平顺的将金属液送入型腔，使其自下而上填充型腔，有利于铸件的顺序凝固和自补缩。2.1.2长铸铁卷筒采用顶淋雨式浇注顶注雨淋式浇注系统，液态金属先经过浇口杯和直浇道进入位于铸件顶部的环形横浇道中，然后通过分散细小的内浇道孔连续不断地落入型腔，铸型从下而上逐渐填充，较高温度的金属液始终处于液面上部，加强了铸件自下而上的顺序凝固，有利于胀缩的动态叠加，先浇入的铁水，落到型腔底部，冷却时的收缩由上部后浇入的铁水补充，浇注完成后，当下部凝固时产生的石墨化膨胀正好可以抵偿上部铁水的收缩，达到上部铁水收缩相对后移，下部铁水凝固产生的石墨化膨胀相对提前，使均衡点移到浇注结束时刻，从而使铸件得到良好的自补缩。多个细小的雨淋浇口是控制流量的最小断面，形成封闭式浇注系统，具有良好的挡渣作用，使渣粒漂浮于横浇道中而不易进入型腔。金属液分成小股细流充填型腔，对铸型的冲击力小。小股细流的不断落下，使液面活跃，起到搅拌作用，使铁水中的气体易于逸出而不致形成气孔，使熔渣、砂粒等夹杂不易粘附在型腔壁上，而是随着型腔液面的上升上浮到冒口中去，保证铸件质量。2.1.3减少和消除铸造内应力设计上应力求铸件壁厚均匀，使铸件各部分温差尽量减小，还应避免尖、锐角。工艺上应改善铸型和型芯的退让性；还可以采用自然时效和人工时效。2.1.4防止铸件变形细而长或大而薄的铸件，最易发生变形，变形方向是：厚的部分向内凹，薄的部分向外凸。为了防止铸件的变形可以预先将模板做成与铸件变形相反的形状，补偿铸件变形。或者在铸件上设置拉肋（也称防变形肋）来承受一部分应力，待铸件经热处理消应力后再将拉肋去掉。2.2焊接卷筒工艺措施工艺流程：材料检验T下料T坡口加工^预弯T卷园T校园T焊接T校园T探伤i消应力退火一机加工一检验2.2.1下料、坡口加工原材料进场后对材料进行质量验证，验证合格后方可使用。卷筒体、筋板、腹板及卷筒毂分别下料加工。在数控切割机上准确下料后在刨边机上加工坡口，没有刨边机的工厂，通常情况下，采用火焰切割坡口后人工打磨。坡口型式为双边V型50°坡口。坡口两侧50mm范围内铁锈、油污、水迹等污物必须清除干净。2.2.2卷制成形根据卷筒直径、板厚、材质、板宽选择合适的卷板机，卷板机的选择计算应根据卷板机设备生产厂家提供的《卷板机安装、维护和使用说明书》中提供的计算公式进行焊接卷筒直径和长度较大，钢板厚，重量重，这给卷板带来很大困难主要有剩余直边的预弯，钢板回弹现象的克服，冷作硬化的消除，焊接变形的矫正等。针对性地采取以下措施：卷筒卷制的剩余直边在单臂校正液压机上预弯，使其弯曲的曲率半径与成品一虱为了使工件的母线与辊筒轴线平行，防止产生扭斜，在卷板机上安装对中档块。施加一定的过卷量以克服卷板时的回弹，在所需的过卷量达到后，还应在此曲率下来回多卷几次。纵缝焊接后再一次对形状进行矫正，矫正时要根据计算调整辊筒到所需的最大矫正曲率位置，滚卷1~2圈后，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。为了避免表面压伤，坯料最好在经过表面预处理后进行冷卷。为了防止钢板卷裂，卷制时要限制钢板的变形率在允许范围内，下料时使钢板压延方向与弯曲线垂直。2.2.3焊接对于一、二类焊缝，焊前制定焊接工艺及参数，经焊接工艺试验评定合格后方可指导生产，施焊过程中必须严格执行。卷筒的焊接有卷筒体纵缝和环缝的焊接、腹板与卷筒的焊接、各筋板的焊接、筋板与卷筒的焊接。卷筒的材料通常不低于GB/T1591中Q345B，100%超声波探伤，达到JB/T4730H级质量要求，卷筒体纵缝、环缝为一类焊缝，其他为三类焊缝，下面主要介绍卷筒体纵、环缝的焊接：装配找正卷筒的纵缝和环缝的组装可根据工厂的生产条件和卷筒的特点，采用立装和卧装，纵缝要以外壁和端面为基准，进行找正，控制£昔边和错位，用圆弧样板和直尺检验;环缝要以内外壁、纵向母线为基准进行找正，控制平直度和同心度，用直尺、准直仪检验，焊缝间隙符合工艺要求。定位焊施焊前必须在焊道前后两端设置引弧和熄弧板。定位焊厚度8mm,^度50mm以上，间距300mm，定位焊的引弧和熄弧必须在坡口内进行。焊前预热钢板卷制的卷筒材料一般为Q345B，虽然焊接性能较好，但是由于板厚、刚性较大，焊接接头质量要求高，如焊接环境温度较低，接头焊后冷却速度较快，裂纹倾向就会增大，厚板得的焊接焊前应预热，用履带板或远红外加热设备，按照焊接工艺规定的预热温度进行加热，预热宽度为焊道中心两侧各240mm范围，背缝清根前同样需要预热，用表面温度计在焊道中心两侧50mm处对称测量。焊接随着焊接技术的发展，卷筒的焊接尽可能采用埋弧自动焊，多层多道焊，背面清根，也可采用手工焊打底焊，埋弧自动焊盖面，打底焊尽量采用手工电弧焊，正面先采用手工电弧焊打底一道，再用埋弧焊焊接；反面气刨清根，用埋弧焊焊接；正面(内侧)由二人用手工电弧焊从中间往两侧对称退步施焊，再用埋弧焊逐层逐道施焊；反面(外侧)清根后采用埋弧焊逐层逐道施焊；焊接时要求内夕卜对称施焊。焊接时的层间温度应保持在焊接工艺规定的范围内，焊接材料焊前也一定要按规定的温度和时间进行烘烤，一条焊缝必须连续施焊，中间不允许停歇。后热消氢处理焊接中间焊层时采用锤击的方法进行消应力处理，焊后立即进行后热消氢处理，后热温度为250~350°C,保温时间不少于1h(焊后立即进行消应力热处理可不作后热消氢处理)。质量检验焊缝按一类焊缝要求进行探伤检查，不允许有裂纹、夹渣、气孔、焊瘤、飞溅等；焊缝余高允许＜3mm,咬边深度＜0.5mm,且连续长度＜100mm。2.2.4矫园将辊筒调到所需的最大矫正曲率的位置，滚卷1~2圈使整圈曲率均匀一致然后逐渐卸载，使工件在逐渐减少的矫正载荷下多次滚卷。2.2.5检验按图纸要求全面检查卷筒各尺寸，一、二类焊缝，按规定的探伤手段和长度进行检查。不合格的焊缝按规定进行返修，并编制返修工艺。2.3消应力退火去应力退火加热时，因焊接应力重新分布，工件的自重及应力的影响引起工件变形。采取以下措施加以保证：(1)采用托架支撑(图2)，使焊接卷筒与托架弧面支撑吻合。钢制托架应有较好的刚性。找出退火变形超差的较大部位，装炉时采用反变形措施，使其在加热时，因塑性较好受工件自重引起局部变形，抵消其他变形超差部分。严格热处理工艺，对测温热电偶进行测定，对测检仪表进行校正，检查热电偶安放位置的正确性，以保证炉温指示的正确，尽量减少热应力。采取合理的加热速率，350。0呆温2h，使工件各部达到均匀温度，控制升温速度＜80°C/h,降温速度＜60oC/h,300°C以后出炉空冷，以减少工件的残余应力。消应力工艺曲线见图3。2.4机械加工工艺措施卷筒的加工内容主要是外圆、绳槽、主轴内孔及端面、内孔键槽、卷筒法兰及端面、法兰上的连接孔或连接槽、钢丝绳压板螺孔、返绳挡环螺孔等。2.4.1螺旋线卷筒的加工普通螺旋绳槽在普通卧式车床都能车削加工，首先是根据卷筒尺寸选择合适的车床，吊装卷筒到车床上，一端装在车床主轴箱的卡盘上，另一端装在尾座可调顶针上，对卷筒进行调整，夹紧卷筒，粗加工外园，外园留1mm加工余量，在距卷筒两端200mm处车两道中心架滚动滑道，然后装上中心架，调整中心退出尾座可调顶针，车卷筒端面、主轴孔、顶针位，内径公差达到H7的精度，调头按同样方法车另一端。装上尾座可调顶针，拆下中心架，对卷筒进行调整，百分表吸放在刀架上，摇动中拖板上的丝杆，使百分表头与工件接触向里进2~3mm,转动卷筒，查看百分表的转动，调整可调顶针，使卷筒外径误差在0.5mm内。卷筒绳槽车前应确定绳槽的旋向；按绳槽的螺距调整挂轮，并在卷筒上用尖刀车深0.1mm的螺旋槽，测量螺距，确认挂轮调整正确后，车卷筒绳槽，先粗车，后用成型车刀精车绳槽。绳槽加工完毕检验合格后，划钢丝绳压板螺孔的加工线及返绳挡环螺孔的加工线，画卷筒与开式大齿轮连接孔的加工线。在摇臂钻床上钻钢丝绳压板孔，返绳挡环螺孔最好与返绳挡环配作孔，攻丝采用人工攻丝，攻丝时注意方法，避免丝锥攻斜。卷筒与大齿轮组装后配作加工，在镗床上加工连接孔。加工后检查：卷筒底径公差、跳动公差、内孔及长度等尺寸及公差要求均达到图纸要求。2.4.2平行折线型卷筒加工双折线绳槽卷筒（见图4）每一段斜线绕进半个节距，每一周绳槽对称布置两个斜线段沿轴向绕进一个节距，卷筒加工的关键在于绳槽的加工。平行折线卷筒绳槽在一个园周内是从直线段到斜线