湯傳華，邵貞先

（斗山工程機(jī)械（中國）有限公司，山東煙臺264006）

動臂焊接系統(tǒng)生產(chǎn)斗桿的改造

湯傳華，邵貞先

（斗山工程機(jī)械（中國）有限公司，山東煙臺264006）

在充分分析掘機(jī)動臂和斗桿的焊接生產(chǎn)基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)有動臂柔性焊接系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的思路、難點(diǎn)及要點(diǎn)的解決方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人焊接產(chǎn)品由動臂到斗桿的轉(zhuǎn)變。提升機(jī)器人設(shè)備利用率，可以改善結(jié)構(gòu)件焊接品質(zhì)。

焊接；機(jī)器人；動臂；斗桿；變位機(jī)

現(xiàn)階段，我國工程機(jī)械行業(yè)市場需求不足，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下滑，總體來看，資金緊張，企業(yè)融資難、融資貴等問題相對突出[1]；我廠在經(jīng)歷產(chǎn)能過剩，設(shè)備利用率低下的陣痛后審時度勢積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，進(jìn)行了一系列老舊設(shè)備處理，先進(jìn)及自動化設(shè)備利用率提升的活動。其中動臂機(jī)器人生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備利用率低至33%，經(jīng)過分析挖掘機(jī)其他結(jié)構(gòu)件的焊接可能性，選定斗桿焊接，進(jìn)行了關(guān)聯(lián)設(shè)備改造，提升了廠內(nèi)焊接機(jī)器人設(shè)備利用率。

1 生產(chǎn)產(chǎn)品的選擇

生產(chǎn)力求設(shè)備改造最小化，投資最少化以提交設(shè)備利用率。通過對挖掘機(jī)動臂、斗桿、上車架、下車架等四類主要焊接件及現(xiàn)有動臂W-FMS（焊接柔性制造系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，上下車架體積、質(zhì)量較大，變位機(jī)夾持方式及位置差異太大，而斗桿（圖1）在很大程度上與動臂相似。

圖1 斗桿結(jié)構(gòu)

1.1 動臂與斗桿相同點(diǎn)

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上左右對稱，均為四面拼接的箱型結(jié)構(gòu)；焊接工藝上均具備V型，半V型等坡口型式，平焊平角焊等焊接姿勢；設(shè)備裝夾上均可用錐形夾具進(jìn)行孔夾持，利用變位機(jī)翻轉(zhuǎn)獲得良好的焊接姿勢。

1.2 動臂與斗桿不同點(diǎn)

機(jī)型別的定位上動臂可依靠后座位置不同進(jìn)行定位，運(yùn)送方面臺車在動臂下部拱形位置支撐；斗桿以連接套1與耳座2夾持時機(jī)型別長度及夾角α差異較大，而其支撐點(diǎn)只能借助最低點(diǎn)A及下板上一點(diǎn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，較難定位和實(shí)現(xiàn)運(yùn)送。

綜合以上分析，斗桿具備在動臂W-FMS進(jìn)行改造焊接的可能性。

2 斗桿可焊性及自動化率分析

為便于分析，選擇停用的W-FMS02為研究對象。該系統(tǒng)包含3個焊接工作站，每個工作站具備2臺6軸機(jī)器人，機(jī)器人移動裝置X、Y軸，變位機(jī)行走及回轉(zhuǎn)軸等共計(jì)19軸。

斗桿可焊性主要從如下6點(diǎn)進(jìn)行分析：

（1）孔夾持位置確定。參考行業(yè)資料，選擇連接套1與耳座2進(jìn)行夾持。

（2）圖紙選取。選取各機(jī)型別簡圖，標(biāo)記重心、最低點(diǎn)A及連接套1與耳座的中心。斗桿位置角度如圖2所示。

圖2 各機(jī)型連接套1與耳座2連線重疊

（3）統(tǒng)計(jì)10~40 t機(jī)型別的斗桿質(zhì)量、重心位置，變位機(jī)額定載重、轉(zhuǎn)矩。以現(xiàn)有變位機(jī)的錐形夾持為基礎(chǔ)，將上述圖2放進(jìn)變位機(jī)進(jìn)行模擬。計(jì)算載重、轉(zhuǎn)矩是否滿足設(shè)備要求。

（4）圖紙分析機(jī)器人作業(yè)范圍，確認(rèn)斗桿各焊縫是否可進(jìn)行焊接作業(yè)。耳座2及連接套1下對接焊縫與變位機(jī)干涉而不可施焊。

（5）為確保人身及設(shè)備安全，計(jì)劃用W-FMS02臺車代替行車上料。依據(jù)圖2得出各機(jī)型中最低點(diǎn)存在與臺車平臺干涉。

（6）將斗桿圖紙上移避免干涉，重復(fù)4~5步驟。計(jì)算載重、轉(zhuǎn)矩均滿足要求，連接套1下部對接焊縫可進(jìn)行施焊。

通過上述步驟確定了以下信息：

1）斗桿可進(jìn)行焊接，改造可以實(shí)施；

2）為避免臺車干涉，需對變位機(jī)夾具進(jìn)行改造；

3）臺車上機(jī)型別定位需研討；

3 變位機(jī)改造

變位機(jī)的改造因?yàn)樯婕暗蕉鄠€機(jī)型，彼此長度、孔徑、寬度不盡相同，因此需統(tǒng)籌考慮。以下通過3個維度進(jìn)行分析，確定變位機(jī)的改造方案。

3.1 變位機(jī)夾具夾持寬度調(diào)整

統(tǒng)計(jì)計(jì)算變位機(jī)夾具及工件夾持孔的寬度數(shù)據(jù)，并模擬夾緊和放松狀態(tài)下的差異值，確認(rèn)需調(diào)整夾具的夾緊間距S2，如下表1所列。通過計(jì)算，變位機(jī)主動側(cè)夾具寬度需延長（370-202）/2=134 mm，從動側(cè)延長（310-133）/2=88.5 mm.

表1 變位機(jī)與工件夾持寬度對比

3.2 變位機(jī)的夾持長度調(diào)整

變位機(jī)兩立柱夾具夾持區(qū)間S1為[3 600，7 900] mm，最大最小機(jī)型的連接套1與耳座2間距S為 [3 105，4 446]mm，可以看出S1間距不滿足小機(jī)型夾持，需進(jìn)行長度調(diào)整，將圖2圖紙以10 t機(jī)型間距S中線與S1min中線重合的方式帶入變位機(jī)圖紙進(jìn)行模擬，分別測量變位機(jī)兩側(cè)錐形夾具中心距工件夾持孔中心的最大間距：差值1、2，如圖3所示。

圖3 變位機(jī)與工件位置模擬

分析可知夾具長度上需進(jìn)行加長制作。為確保余量，夾具各需延長280mm.

3.3 變位機(jī)夾具高度調(diào)整

根據(jù)圖3，變位機(jī)夾具上下差值參考2（6）位置調(diào)整后的數(shù)值進(jìn)行修正，經(jīng)計(jì)算上下差值360mm.

金寨縣地處安徽省西部，大別山主脈北坡?？h境與鄂、豫兩省相鄰，209、210省道縱貫?zāi)媳?，臨近312國道；梅山水庫、響洪甸水庫可常年通航。金寨縣是鄂豫皖蘇區(qū)三大起義中立夏節(jié)起義的發(fā)源地，是紅四方面軍的誕生地之一，先后成立了蘇區(qū)11支主力紅軍，其中紅二十五軍是三支主力紅軍中最先到達(dá)陜北革命根據(jù)地的隊(duì)伍。金寨是安徽省面積最大、人口最多的貧困山區(qū)縣和旅游資源大縣，也是中國第二大將軍縣，更是著名的革命老區(qū)。

綜上，變位機(jī)夾具（含支座和錐形夾具）需進(jìn)行3維方向的修改，參考已有夾具進(jìn)行重新制作。

4 臺車上卸料改造

W-FMS02自帶液壓子母臺車可實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型動臂的定位和自動運(yùn)輸。但考慮到改造預(yù)算及斗桿自身機(jī)型結(jié)構(gòu)差異太大，決定改造后滿足手動控制臺車即可。改造從臺車上的工件定位及運(yùn)送方式進(jìn)行分析。

4.1 臺車上的工件定位

原有臺車上表面有2個支撐桿及檢知開關(guān)。經(jīng)過分析，斗桿依賴最低點(diǎn)及底板上遠(yuǎn)離重心偏向連接套1一側(cè)的點(diǎn)來定位支撐。

將圖紙按照如圖4樣式處理，分析不同機(jī)型最低點(diǎn)的右側(cè)板弧度，以最小弧度機(jī)型為參考制作定位塊，確定臺車第一點(diǎn)的支撐。

圖4 各機(jī)型最低點(diǎn)重疊

臺車原有支座拆除，一個支撐桿及檢知開關(guān)留作第二點(diǎn)支撐。通過分析不同機(jī)型底板位置的差異，于支撐桿底部增加滑軌及電機(jī)驅(qū)動絲杠，實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型的定位。改造樣式如圖5所示。

圖5 各機(jī)型最低點(diǎn)重疊

4.2 臺車送料卸料升降改造

原有W-FMS02臺車升降僅有最高及最低限位，不能滿足不同機(jī)型斗桿的送料需求。需要根據(jù)不同機(jī)型的高度差異，確定不同的臺車升降高度。

參考圖2及相似位置合并后，獲得不同機(jī)型最低點(diǎn)距臺車平面的距離有15，45，80，135 mm 4組。將變位機(jī)液壓升降裝置在不同高度增加4組接近開關(guān)，增加有8個點(diǎn)控開關(guān)的控制手柄，并增加修改臺車PLC程序中的控制指令。實(shí)現(xiàn)機(jī)型別高度通過對應(yīng)點(diǎn)控開關(guān)控制，滿足臺車升降需求。

5 結(jié)束語

重新制作變位機(jī)夾具改造臺車平臺及升降裝置后，實(shí)現(xiàn)了不同機(jī)型斗桿運(yùn)輸及變位機(jī)夾緊。對每個機(jī)型均示教自動翻轉(zhuǎn)程序，夾緊斗桿的變位機(jī)分別進(jìn)行2Hr的自動翻轉(zhuǎn)而無故障。

配合組焊、焊后返修、加工等作業(yè)工序，順利實(shí)現(xiàn)10~40 t機(jī)型斗桿自制，使機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)備利用率提升至52%，斗桿焊接自動化率達(dá)到88.7%，品質(zhì)得到有效監(jiān)控，總體改造費(fèi)用在預(yù)算范圍內(nèi)。

在工程機(jī)械行業(yè)不景氣的背景下，需要公司積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，提高應(yīng)變能力，開源節(jié)流。作為生產(chǎn)部門，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備利用率是重中之重。動臂機(jī)器人系統(tǒng)生產(chǎn)斗桿的改造從產(chǎn)品篩選、可焊性、變位機(jī)及臺車改造等方面進(jìn)行了實(shí)踐總結(jié)，供廣大業(yè)內(nèi)同行參考。

[1]蘇子孟.工程機(jī)械行業(yè)形勢分析與展望[J].工程機(jī)械，2015（07）：27-32.

[2]周昌盛.自動化焊接技術(shù)在薄板成型中的應(yīng)用[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2014（06）：35-55.

The Transformation of the Production Arm of the Arm Welding System

TANG Chuan-hua，SHAO Zhen-xian
（Doosan Engineering Machinery（China）Co.，Ltd.，Yantai Shandong 264006，China）

In the full analysis of welding production base digging arm and bucket rod motor，and puts forward the solution of the existing dynamic and difficult ideas，points of flexible arm welding system to carry out technological transformation，realize the transformation of the robot welding products by the arm to the bucket rod.Improve the utilization rate of the robot equipment,can improve the welding quality of structural parts.

welding；robot；boom；bucket rod

TP242

A

1672-545X（2017）04-0109-03

2017-01-10

湯傳華（1987-），男，山東濟(jì)寧人，助理工程師，本科，從事焊接技術(shù)方向工作。