李慧瓊，梁春芝，王俊梁

（1.廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545005）

0 前言

動(dòng)臂是輪式裝載機(jī)中連接車(chē)身和鏟斗的結(jié)構(gòu)件，由橫梁和兩塊動(dòng)臂板焊接而成，在裝載和挖掘承受工作載荷，在挖掘插入物料時(shí)所受的沖擊載荷最大，因此，動(dòng)臂的質(zhì)量關(guān)系裝載機(jī)的整體性能[1]。動(dòng)臂焊接時(shí)動(dòng)臂板僅內(nèi)側(cè)受熱導(dǎo)致彎曲收縮變形，兩端的開(kāi)檔尺寸a變小。測(cè)量數(shù)據(jù)表明，焊后收縮尺寸為0～14 mm，離橫梁越遠(yuǎn)，收縮變形越大。而為了保證后道工序的加工余量，必須經(jīng)過(guò)矯正的方法保證兩端的開(kāi)檔尺寸及與中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)要求，工藝要求動(dòng)臂兩端的內(nèi)開(kāi)檔尺寸（a±2）mm，對(duì)稱(chēng)度≤2 mm，如圖1所示。本項(xiàng)目主要解決目前矯正工序存在的質(zhì)量穩(wěn)定性差、反饋率高、效率低及勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有工裝進(jìn)行自動(dòng)化改造，意圖將手動(dòng)矯正系統(tǒng)改造成為自動(dòng)液壓矯正系統(tǒng)，形成一套高效節(jié)能、操作簡(jiǎn)單、精度高的矯正系統(tǒng)[2]，使其測(cè)量、操作自動(dòng)化，保證測(cè)量精度，提高生產(chǎn)效率。為工裝的自動(dòng)化、智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

圖1 動(dòng)臂結(jié)構(gòu)及工藝要求

1 現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

矯正變形的方法，實(shí)質(zhì)上是以新的變形來(lái)抵消已產(chǎn)生的變形。常用的方法有火焰矯正法（火工矯正）與機(jī)械矯正（壓力矯正）法兩種。但在大批量生產(chǎn)中，以機(jī)械矯正為主。具體操作步驟如下：

（1）動(dòng)臂吊運(yùn)到矯正平臺(tái)后，首先工人用長(zhǎng)直尺緊靠在動(dòng)臂某一外側(cè)毛坯面上，由肉眼判斷動(dòng)臂偏差方向及粗略估計(jì)偏差大小，如圖2所示。

圖2 手動(dòng)矯正判斷方法

（2）手動(dòng)控制油缸矯正該側(cè)，直至肉眼判斷矯正到位；

（3）用卷尺測(cè)量動(dòng)臂板之間總長(zhǎng)度即兩端的開(kāi)檔尺寸，獲取另一側(cè)動(dòng)臂板的偏差距離，如圖3所示；

（4）再手動(dòng)控制油缸矯正另一側(cè)的一端，直至開(kāi)檔尺寸滿(mǎn)足要求。另一端，按同樣方法，直至矯正完成。

圖3 手動(dòng)矯正測(cè)量方法

目前的矯正方式存在如下問(wèn)題：

（1）矯正動(dòng)臂時(shí)手動(dòng)操縱液壓油缸，并反復(fù)測(cè)量，操作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)人員的技能要求高，依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)判斷。

（2）測(cè)量尺寸靠鋼尺組合來(lái)完成，人員造成的誤差不可控，控制精度不足，工序質(zhì)量符合率低（僅60%合格），工序間返工率高。

（3）油缸運(yùn)動(dòng)方式是單獨(dú)動(dòng)作，矯正一臺(tái)動(dòng)臂時(shí)間長(zhǎng)，效率低（約20 min/臺(tái)），尤其是變形不穩(wěn)定情況，需要反復(fù)進(jìn)行。

2 自動(dòng)化矯正方案提出

為解決動(dòng)臂在焊后手動(dòng)矯正過(guò)程中存在矯正時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)量精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、返修率高等問(wèn)題，需要搭建一套動(dòng)臂智能矯正系統(tǒng)，且具備以下功能：自動(dòng)夾緊工件、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、自動(dòng)控制油缸伸縮量及矯正次數(shù)。因此，需要在原來(lái)所采用的手動(dòng)整理工裝的基礎(chǔ)上進(jìn)行全面改造，通過(guò)增加自動(dòng)控制系統(tǒng)、激光測(cè)距傳感器及自動(dòng)夾緊裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目的難點(diǎn)在于找中心線(xiàn)、矯正時(shí)工件的穩(wěn)定性、液壓油缸伸縮量的控制、程序邏輯的編寫(xiě)及如何測(cè)量。經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模擬測(cè)試，最終將定位點(diǎn)設(shè)置在橫梁的內(nèi)搭子面上（其中一面），但動(dòng)臂橫梁的必須是滿(mǎn)足要求的。激光測(cè)距儀測(cè)量該定位面的距離，自動(dòng)模擬出中心線(xiàn)。通過(guò)增加橫梁的壓緊油缸保證矯正時(shí)工件的穩(wěn)定性。

（1）矯正過(guò)程：激光測(cè)量基準(zhǔn)面→后置程序計(jì)算出中心線(xiàn)位置→以中心線(xiàn)為基準(zhǔn)，測(cè)量與前后4個(gè)塔子的位置→后置程序?qū)⑺鶞y(cè)的值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，得出需要矯正的距離→動(dòng)臂矯正系統(tǒng)通過(guò)控制電磁閥，控制油缸不斷矯正動(dòng)臂搭子分中→直至動(dòng)臂前后搭子中心與橫梁搭子的中心重合→傳感器讀取最終數(shù)值并保存在系統(tǒng)中。

（2）數(shù)據(jù)測(cè)量方式：通過(guò)安裝5個(gè)激光傳感器測(cè)量各動(dòng)臂搭子實(shí)時(shí)尺寸，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。

（3）數(shù)據(jù)采集：通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)激光傳感器輸出的動(dòng)臂分中尺寸數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)采集，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析、處理。

（4）數(shù)據(jù)分析：將通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集開(kāi)檔尺寸的數(shù)據(jù)輸入電腦，電腦通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令，由D/A轉(zhuǎn)換器將指令轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)輸入電控閥，從而實(shí)現(xiàn)液壓油缸的動(dòng)作。

（5）控制系統(tǒng)：基于 Labview軟件自主開(kāi)發(fā)動(dòng)臂自動(dòng)矯正控制系統(tǒng)，構(gòu)建操作界面，通過(guò)后置處理將測(cè)量所得動(dòng)臂分中數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入控制器，控制油缸伸縮，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3 自動(dòng)化矯正工裝的總體設(shè)計(jì)

通過(guò)在原工裝的基礎(chǔ)上改造，增加自動(dòng)控制系統(tǒng)、激光測(cè)距傳感器及自動(dòng)夾緊裝置，從而實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、校正、反饋、檢驗(yàn)全過(guò)程的自動(dòng)化控制。

（1）夾緊方式改進(jìn)：橫梁處原為手動(dòng)夾緊改為液壓自動(dòng)夾緊，增加橫梁處軸的液壓壓緊裝置。如圖4中①④。

（2）定位方式改進(jìn)：于動(dòng)臂外側(cè)添加傳感器，獲取動(dòng)臂橫梁搭子內(nèi)表面的位置，從而準(zhǔn)確調(diào)整動(dòng)臂位置----通過(guò)兩側(cè)油缸不斷調(diào)整動(dòng)臂，使動(dòng)臂基準(zhǔn)與工裝基準(zhǔn)線(xiàn)重合，確保矯正精度，如圖4中②③。

（3）矯正方式改進(jìn)：添加4個(gè)傳感器，一側(cè)2個(gè)，位于整個(gè)平臺(tái)中心線(xiàn)上，并做成導(dǎo)軌可前后移動(dòng)，以適用于不同型號(hào)動(dòng)臂車(chē)架孔與鏟斗孔的測(cè)量----獲取車(chē)架孔、鏟斗孔位置，通過(guò)程序控制油缸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)矯正，如圖4中⑦。

（4）液壓系統(tǒng)的改進(jìn)：通過(guò)改進(jìn)液壓管路、系統(tǒng)等將原手動(dòng)控制改為自動(dòng)控制。

（5）其他硬件的添加：在工裝左右兩側(cè)增加激光校準(zhǔn)塊，以便于定期檢驗(yàn)激光測(cè)距傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，如圖4中⑤。

圖4 工裝整體方案

4 應(yīng)用效果

（1）除了吊運(yùn)外，實(shí)現(xiàn)一鍵按鈕，矯正全過(guò)程的自動(dòng)完成，消除人為因素引起的檢測(cè)誤差，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；

（2）Labview自行開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)，根據(jù)需要可設(shè)計(jì)多個(gè)界面，有自動(dòng)矯正界面及手動(dòng)矯正界面；

（3）效率由原20 min/臺(tái)提升至10 min/臺(tái)；質(zhì)量由原合格率50.6%提升至98%，大幅度減少工序內(nèi)反饋率及機(jī)加工序的刮面余量；

（4）讀數(shù)精度由原鋼尺讀數(shù)精度1 mm提升至感應(yīng)器讀數(shù)精度0.01 mm，滿(mǎn)足測(cè)量精度要求；

（5）所有矯正數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存檔，便于協(xié)同分析，利于研究動(dòng)臂變形規(guī)律與質(zhì)量評(píng)估。

5 結(jié)束語(yǔ)

工裝通過(guò)改造后達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，目前該技術(shù)已應(yīng)用于5 t及6 t機(jī)型，下一步將推廣至大噸位機(jī)型，提高了質(zhì)量及效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。