□ 石文棟 □ 平雪良，2 □ 鞠明華 □ 王晨學

1.江南大學 君遠學院 江蘇無錫 214122 2.江南大學機械工程學院 江蘇無錫 214122 3.無錫市四方友信股份有限公司 江蘇無錫 214092

鋼桶作為工業(yè)包裝業(yè)中的重要包裝產品，在工業(yè)包裝中占據重要地位，因其具有耐腐蝕、高強度、安全可靠等優(yōu)點，廣泛應用于醫(yī)療、石油、化工、輕工、食品等行業(yè)的產品包裝。自20世紀80年代以來，我國實行改革開放的發(fā)展政策，工業(yè)得到快速發(fā)展，鋼桶作為重要的工業(yè)包裝產品，需求量快速增長，目前僅200 L鋼桶每年需要 7 000 萬只以上[1]。

當前，國內鋼桶自動化生產水平不高，泄露、強度低等問題一直影響著鋼桶質量。桶底頂與桶身卷邊縫合位置造成的泄漏問題，已經通過5層矩形卷邊改為7層圓弧卷邊得到大幅改善[1]；鋼桶桶身焊縫由于產生裂紋造成的滲漏、強度降低等問題亟待解決。通過焊縫滾壓工藝可以對焊縫進行矯正式修復，提高焊縫處的強度等性能，在很大程度上可防止焊縫處裂紋的產生和擴展，能有效解決焊縫處的滲漏等問題，從而提高鋼桶的質量和壽命。

筆者針對焊縫滾壓設備中焊縫滾壓時鋼桶的夾持問題，設計一種新的焊縫滾壓時鋼桶夾持機構，完成焊縫滾壓時鋼桶固定工作，保證焊縫滾壓質量。

1 鋼桶焊縫滾壓裝置

由于焊接后焊縫內殘余一部分拉應力，致使焊縫缺陷處產生應力集中現(xiàn)象，導致焊縫裂紋的生成和擴展，從而使焊縫處強度和剛度大大降低，并產生焊縫滲漏等問題[2]。

正在使用的焊縫滾壓裝置如圖1所示，通過對鋼桶焊縫進行滾壓處理，可以有效消除焊縫中拉應力，并在焊縫表面造成一層有利的壓應力，提高焊縫的強度，同時提高焊縫的表面平整度，從而提高鋼桶質量[2]。

為保證焊縫滾壓質量，焊縫滾壓時鋼桶的固定夾持尤為重要。鋼桶滾壓夾持裝置需要確保鋼桶從輸送線移動至焊縫滾壓處以及滾壓時焊縫位置不變，并且保證焊縫滾壓時鋼桶的固定。

2 已有鋼桶滾壓夾持機構

2.1 鋼桶滾壓夾持機構

常用的焊縫滾壓夾持機構如圖2所示，夾持機構由兩個相同夾持機械手組成，左、右兩個夾持機構分別由氣缸或伺服電動缸推動從鋼桶兩側夾持鋼桶，定位盤卡住鋼桶兩端，導桿氣缸下降，兩組真空吸盤吸附鋼桶，豎直氣缸上升，由電機帶動鏈輪傳動，夾持機構將鋼桶移動至焊縫滾壓處。

2.2 存在的問題

該夾持機構雖然可以實現(xiàn)鋼桶固定功能，但整體結構較為復雜，工作效率不高。采用真空吸盤吸附鋼桶，夾持工作不穩(wěn)定，如果產生漏氣現(xiàn)象，則難以實現(xiàn)鋼桶固定的目標；左、右兩個對稱夾持機械手從兩端定位夾持，如果動作不同時，會造成桶身的偏移，同時焊縫也會產生偏差，影響焊縫滾壓質量；電機帶動鏈輪傳動，考慮到電機的啟動、停止等因素，工作效率也難以提高。

▲圖1 鋼桶焊縫滾壓裝置

▲圖2 常用夾持機構

▲圖3 新型鋼桶焊縫滾壓夾持機構

3 新的鋼桶焊縫滾壓夾持機構

針對焊縫滾壓設備中對鋼桶夾持機構的要求以及現(xiàn)有裝置存在的問題，在原有夾持機構的基礎上設計一種新的夾持機構，使鋼桶在固定夾持時更加穩(wěn)定和方便，并且工作效率也大大提高。

3.1 夾持機構結構圖

新的夾持機構結構如圖3所示，主要由豎直氣缸、水平氣缸、直線導軌、內支撐圓弧板、外夾持圓弧板、導桿氣缸、上安裝板、下安裝板等部件組成。豎直氣缸的伸縮控制夾持機構的上下運動，導桿氣缸的伸縮控制內支撐圓弧板的水平運動，導向軸在夾持機構上下運動時起導向作用，水平氣缸推送夾持機構將鋼桶轉移至焊縫滾壓處。

本機構兩端內支撐圓弧板分別與下安裝板兩端的導桿氣缸相連，如圖4所示，通過導桿氣缸的收縮，內支撐圓弧板進出桶身內側，外夾持圓弧板在桶身外側定位鋼桶，內外4個圓弧板完成桶身的定位。

3.2 工作流程

鋼桶自生產流水線至焊縫滾壓處→豎直氣缸下降→外夾持圓弧板從鋼桶外側定位鋼桶→導桿氣缸收縮→內支撐圓弧板從鋼桶內側固定鋼桶→豎直氣缸上升→鋼桶脫離生產流水線→水平氣缸縮回→將鋼桶移動至焊縫滾壓處。

4 總結

原有的焊縫滾壓夾持機構使用2個相同且分離的夾持機械手裝置，對運動控制要求較高；使用電機帶動傳動機構轉移鋼桶，對電機運動性能要求較高?？傊?，原有鋼桶滾壓夾持裝置整體結構較為復雜，采用電機進行傳動，且使用真空吸盤或電磁吸盤固定鋼桶，缺乏足夠的穩(wěn)定性。相比較而言，筆者設計的鋼桶焊縫滾壓機構采用內外4個圓弧夾持板對鋼桶進行定位夾持，圓弧端面與鋼桶桶身貼合，能滿足鋼桶的夾持要求；采用氣壓傳動作為各機構的主要傳動方式，安裝方便，工作效率高，并且易于實現(xiàn)自動化控制。

▲圖4 圓弧板布置圖

[1]楊文亮.中國鋼桶包裝工業(yè)的發(fā)展[N].中國包裝報，2010-07-23（02）.

[2]陸楠，李居峰，盧鮮亮.基于ANSYS的鋼桶焊縫處理分析[J].機械制造，2012，50（3）：57-59.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理第七版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]濮良貴，紀名剛.機械設計第八版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]E Bayaraktar，D Kaplan，L Devillers， et al.Grain Growth Mechanism During the Welding of Inter-stitial Free （IF）Steels [J].Journal of Materials Processing Technology，2007，189：114-125.