山推工程機(jī)械股份有限公司（山東濟(jì)寧 272073）張 民 吳 月 王彩鳳

主機(jī)架作為推土機(jī)關(guān)鍵核心部件之一，其組對(duì)精度、焊接質(zhì)量、加工精度、外觀質(zhì)量等都是高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，尤其是對(duì)焊接質(zhì)量的要求，機(jī)架方盒與后橋箱相連接的焊縫要達(dá)到一級(jí)焊縫，這就對(duì)人員的操作技能、設(shè)備性能、設(shè)備穩(wěn)定性等方面提出了較高要求。

焊接機(jī)器人作為實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化生產(chǎn)的有效途徑，不僅具有焊接質(zhì)量好、焊接質(zhì)量穩(wěn)定效率高、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面的突出優(yōu)勢(shì)，而且還能有效地實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，便于管理和組織生產(chǎn)。因此，焊接機(jī)器人在山推已大量使用，后橋箱、臺(tái)車方盒部件都已成功采用機(jī)器人焊接，主機(jī)架的機(jī)器人焊接也逐步趨于成熟。

1.主機(jī)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1 主機(jī)架結(jié)構(gòu)

主機(jī)架主要由后橋箱、機(jī)架方盒、平衡梁架、連接板等組成（見(jiàn)圖1），屬于典型的箱體與長(zhǎng)方盒相焊接的框架類結(jié)構(gòu)，焊縫數(shù)量不多，但分布于整個(gè)工件的六個(gè)面，整體焊縫質(zhì)量要求較高，尤其是機(jī)架方盒與后橋箱小腿處的連接焊縫，要達(dá)到Ⅰ級(jí)焊縫；當(dāng)然，后橋箱、機(jī)架方盒零件的焊接質(zhì)量要求也比較高，針對(duì)后橋箱還要確保不漏油，每臺(tái)都必須進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。

2.山推焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

山推在推土機(jī)方面的制造工藝水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，在焊接技術(shù)應(yīng)用上也大量推廣自動(dòng)化焊接方式，如采用焊接機(jī)器人、雙絲自動(dòng)焊、雙槍焊接專機(jī)、通用式焊接變位機(jī)及組焊一體式焊接專機(jī)等。

目前，推土機(jī)主機(jī)架由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，一直采用落地式人工翻轉(zhuǎn)焊接（見(jiàn)圖2），即主機(jī)架組對(duì)點(diǎn)固后吊裝到地面，利用行車翻轉(zhuǎn)工件，采用人工完成各處焊縫的焊接工作。

圖2 人工焊接

推土機(jī)主機(jī)架較后橋箱、臺(tái)車架等結(jié)構(gòu)件焊縫數(shù)量相對(duì)較少，但分布于整個(gè)工件的六個(gè)面，要完成所有焊縫的焊接并保證焊接質(zhì)量需不斷翻轉(zhuǎn)工件，即360°翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)時(shí)常采用人與行車配合作業(yè)，存有安全隱患，焊接姿勢(shì)多種多樣；翻轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)造成對(duì)工件加工面的磕碰損傷、尺寸精度的影響以及車間地面的損壞，同時(shí)翻轉(zhuǎn)要不斷更換吊裝點(diǎn)與吊裝方式（見(jiàn)圖3），工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。

圖3 行車翻轉(zhuǎn)工件

主機(jī)架上機(jī)架方盒與后橋箱小腿連接處焊縫為Ⅰ級(jí)焊縫，要求每件都要探傷，探傷不合格件必須進(jìn)行焊縫的修復(fù)工作，用碳弧氣刨清楚需要修復(fù)的焊縫（見(jiàn)圖4），再用砂輪清理干凈，然后進(jìn)行焊縫的修復(fù)，直到該焊縫再次探傷合格為止。在焊縫修復(fù)過(guò)程中，碳弧氣刨機(jī)刨除焊縫時(shí)熱輸入能量集中，加上再次焊接，對(duì)主機(jī)架組對(duì)尺寸影響較大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)機(jī)架方盒相對(duì)機(jī)架中心不重合。為滿足主機(jī)架組對(duì)精度、裝配等要求，這種中心不重合現(xiàn)象必須消除，目前沒(méi)有專用的矯形設(shè)備，唯一且有效的工藝手段就是火焰矯形法。在矯形過(guò)程中，方法掌握、溫度控制不當(dāng)會(huì)造成工件新的更大變形，因此，火焰矯正要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

圖4 碳弧氣刨機(jī)刨除焊縫

3.組焊一體式變位機(jī)應(yīng)用

主機(jī)架采用落地式翻轉(zhuǎn)人工焊接在焊接質(zhì)量、尺寸精度、外觀質(zhì)量控制上都不能很好地保證，而且翻轉(zhuǎn)時(shí)存有安全隱患。為有效控制焊接變形，減少主機(jī)架焊接翻轉(zhuǎn)對(duì)尺寸精度的影響，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了組焊一體式變位機(jī)（見(jiàn)圖5），應(yīng)用于SD13～SD42 6大系列機(jī)型推土機(jī)主機(jī)架的360°翻轉(zhuǎn)變位焊。

該變位機(jī)可同時(shí)完成主機(jī)架的組對(duì)、焊接工作，采用液壓定位、壓緊結(jié)構(gòu)，后橋箱采用前端定位，機(jī)架方盒采用外側(cè)定位內(nèi)側(cè)夾緊加上端壓緊定位方式，平衡梁架采用孔端定位，定位方便、可靠、精度高，組對(duì)尺寸一致性好。焊接時(shí)完全取消了行車作業(yè)，變位機(jī)可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)控制，可翻轉(zhuǎn)到任意角度并進(jìn)行安全制動(dòng)，滿足了焊接時(shí)對(duì)位置的要求，有效控制了焊接變形。

圖5 組焊一體式變位機(jī)焊接

主機(jī)架采用組焊一體式變位機(jī)進(jìn)行組對(duì)和焊接工作，從組對(duì)精度、尺寸一致性、組對(duì)效率及焊接變形控制等方面都有很好的成效，但也存在一些不足之處：如采用人工焊接，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定；焊接時(shí)要不斷翻轉(zhuǎn)變位機(jī)，人的活動(dòng)范圍較大，無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)對(duì)稱施焊；采用液壓結(jié)構(gòu)，對(duì)液壓元件質(zhì)量要求高，否則易出現(xiàn)漏油，發(fā)生安全事故等。

4.焊接機(jī)器人的應(yīng)用

主機(jī)架焊接從落地式翻轉(zhuǎn)人工焊到采用組焊一體式變位機(jī)焊接，使組對(duì)質(zhì)量、焊接質(zhì)量明顯提升。但由于采用人工焊接方式，存在質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此改用焊接機(jī)器人焊接。

（1）主機(jī)架機(jī)器人焊接 主機(jī)架采用機(jī)器人焊接前先進(jìn)行了變位機(jī)的通用性裝夾方案制定與驗(yàn)證工作，通過(guò)改造舊變位機(jī)，優(yōu)化定位方式、裝夾方式，實(shí)現(xiàn)SD16、SD16L機(jī)型主機(jī)架通用裝夾要求，變位機(jī)360°翻轉(zhuǎn)采用PLC控制，焊接時(shí)工人操作方便（見(jiàn)圖6），容易實(shí)現(xiàn)對(duì)稱焊接，焊接質(zhì)量明顯改善。

圖6 變位機(jī)焊接

SD16與SD16L機(jī)型主機(jī)架焊接通用性裝夾得到驗(yàn)證后，提出在原變位機(jī)基礎(chǔ)上增加一套機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)主機(jī)架機(jī)器人焊接，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量，控制焊接變形，減少焊接缺陷，提高主機(jī)架焊縫一次探傷合格率。

根據(jù)SD16與SD16L主機(jī)架結(jié)構(gòu)尺寸及焊縫分布特點(diǎn)，制定了地軌式焊接機(jī)器人系統(tǒng)方案，整個(gè)系統(tǒng)共9個(gè)軸，移動(dòng)裝置帶動(dòng)機(jī)械手在行走裝置上沿工件長(zhǎng)度方向移動(dòng)，可滿足所有焊縫的正常焊接。焊接時(shí)變位機(jī)與機(jī)械手聯(lián)動(dòng)，也可進(jìn)行單獨(dú)控制。當(dāng)裝夾部分位于升降機(jī)構(gòu)最低位置水平狀態(tài)時(shí)，定位機(jī)構(gòu)與裝夾機(jī)構(gòu)共同完成工件的快速裝夾。焊接時(shí)，裝夾機(jī)構(gòu)夾持工件與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)共同在升降機(jī)構(gòu)上上下移動(dòng)，定位機(jī)構(gòu)保持固定；焊接完成后，工件恢復(fù)到裝夾狀態(tài)下落到定位機(jī)構(gòu)上，裝夾機(jī)構(gòu)松開(kāi)工件，將工件調(diào)離整個(gè)焊接系統(tǒng)。

（2）機(jī)器人焊接的優(yōu)點(diǎn)與不足 采用機(jī)器人焊接（見(jiàn)圖7）具有以下優(yōu)點(diǎn)。

圖7 主機(jī)架焊接機(jī)器人

第一，提高焊接質(zhì)量，保證均一性。采用機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求。

第二，改善了工人的勞動(dòng)條件。工人只需進(jìn)行裝卸工件按動(dòng)按鈕等簡(jiǎn)單的操作，遠(yuǎn)離了焊接時(shí)的弧光、煙霧和飛濺。

第三，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人可一天24h連續(xù)作業(yè)，省去了人工焊工件翻轉(zhuǎn)時(shí)占用行車的時(shí)間，消除了翻轉(zhuǎn)工件時(shí)的安全隱患。

第四，產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。

第五，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。同類型工件通過(guò)改變焊接機(jī)器人程序就可以滿足焊接要求，不必再重新購(gòu)買新的焊接設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化，充分體現(xiàn)了焊接機(jī)器人柔性化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。

焊接機(jī)器人有諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在一些不足：如一次性投入較大，弧焊機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、變位機(jī)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作；機(jī)器人本體價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)沒(méi)有具備有規(guī)模的生產(chǎn)能力，主要依賴進(jìn)口；正是由于設(shè)備的復(fù)雜和精密，這對(duì)維修人員提出了很高的要求，有時(shí)還需要廠家的協(xié)助；同時(shí)也對(duì)操作設(shè)備工人的素質(zhì)提出了更高的要求，示教編程、故障排除等都需要一定的專業(yè)知識(shí)，需要經(jīng)過(guò)培訓(xùn)。

（3）機(jī)器人焊接質(zhì)量提升的保障 機(jī)器人焊接在焊接質(zhì)量提升、實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)上與人工焊相比都有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但它也對(duì)工件提出更高的要求，比如工件組對(duì)尺寸的一致性、工件的表面質(zhì)量等，只有具備了機(jī)器人焊接基本技術(shù)條件，才能充分發(fā)揮出機(jī)器人的焊接優(yōu)勢(shì)。

5.結(jié)語(yǔ)

弧焊機(jī)器人系統(tǒng)在山推結(jié)構(gòu)件上已推廣應(yīng)用到了后橋箱、臺(tái)車方盒及主機(jī)架，有龍門式、雙工位、雙槍結(jié)構(gòu)形式，后橋箱、臺(tái)車方盒機(jī)器人焊接應(yīng)用已較成熟。實(shí)踐證明，焊接機(jī)器人在提高焊接質(zhì)量、焊接效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，消除安全隱患，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)等方面具有突出優(yōu)勢(shì)，給山推也帶來(lái)了切實(shí)的效益。

焊接機(jī)器人在主機(jī)架上的成功應(yīng)用為下步改善提供了技術(shù)依據(jù)，如何做到大小機(jī)型的通用性裝夾而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接成為下步研究的課題。公司通過(guò)不斷提高焊接自動(dòng)化應(yīng)用水平，既提升了產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了產(chǎn)品的技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)力。