葛 勇，王旭峰，任 瑜，郭文松※

（1.塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

新疆是農(nóng)業(yè)大省，也是農(nóng)業(yè)機(jī)械制造大省。目前農(nóng)機(jī)焊接制造行業(yè)依然是靠傳統(tǒng)的手工作業(yè)，新疆農(nóng)機(jī)企業(yè)生產(chǎn)出的農(nóng)機(jī)具普遍存在外觀粗糙、可靠性差、裝配精度低、作業(yè)不穩(wěn)定和生產(chǎn)效率低等問題。

高產(chǎn)能、高質(zhì)量、高效率、低成本的生產(chǎn)方式是現(xiàn)代企業(yè)追求的目標(biāo)，在當(dāng)今用工荒、高技能焊接工少且用人成本高的現(xiàn)狀下，智能焊接的優(yōu)勢越發(fā)顯著。江西銅業(yè)加工事業(yè)部[1]建立了關(guān)于SCR銅桿的智能化工廠；中化泉州石化有限公司的大數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)[2]在智能化工廠生產(chǎn)中受到了用戶的認(rèn)可；奇瑞汽車股份有限公司的宋亮[3]闡述了智能焊裝對汽車生產(chǎn)線的重要性和智能化焊接的優(yōu)勢。

本文重點(diǎn)介紹新疆棉花生產(chǎn)相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能焊接制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展展望，為新疆農(nóng)業(yè)機(jī)械智能焊接制造提出建議。

棉花是新疆的主要經(jīng)濟(jì)作物，因此與棉花產(chǎn)業(yè)相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械占新疆農(nóng)業(yè)機(jī)械的比重較大，對比東部沿海省份，新疆的智能焊接制造業(yè)起步時(shí)間晚，并且由于地理位置的限制，發(fā)展進(jìn)程更為緩慢[4-5]。

經(jīng)調(diào)研，目前新疆關(guān)于棉花機(jī)械的智能焊接設(shè)備主要有穴播器鴨嘴焊接、縱梁焊接、牽引架焊接、鎮(zhèn)壓輥焊接和噴料等，以此為例對新疆農(nóng)機(jī)智能焊接制造業(yè)進(jìn)行分析。

1 智能焊接現(xiàn)狀

1.1 穴播器鴨嘴焊接現(xiàn)狀

穴播器鴨嘴是穴播器的核心部件，新疆每年需要焊接的鴨嘴數(shù)量較多，約為400萬個(gè)。根據(jù)調(diào)研，穴播器鴨嘴焊接智能化程度低，新疆穴播器制造公司在鴨嘴的焊接上普遍依靠人工，部分公司如阿拉爾金準(zhǔn)機(jī)械制造公司采用的是自主研發(fā)的半自動(dòng)化焊接，如圖1。該公司的鴨嘴半自動(dòng)焊接機(jī)器人工作時(shí)鴨嘴的腰帶、靜鴨嘴和鉸接擋片的定位、固定、夾緊和卸料均由人工完成，變位機(jī)的定位和焊接由機(jī)器人完成。焊接平臺分為兩個(gè)部分，一個(gè)是焊接靜鴨嘴和鉸接擋片，另一個(gè)是焊接腰帶和靜鴨嘴。該半自動(dòng)焊接機(jī)器人的作業(yè)效率約為人工的2倍。半自動(dòng)鴨嘴焊接存在的缺點(diǎn)包括需人工上料、夾緊、固定和卸料。

塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化學(xué)院農(nóng)機(jī)裝備智能制造團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)鴨嘴焊接機(jī)器人，如圖2。該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)穴播器鴨嘴的腰帶、鉸接擋片和靜鴨嘴三個(gè)部件的自動(dòng)上料、定位、夾緊、固定、焊接和一體化卸料，目前正在研究調(diào)試當(dāng)中。

1.2 縱梁和牽引架焊接現(xiàn)狀

傳統(tǒng)覆膜播種機(jī)縱梁的加工采用的方式主要為機(jī)加工與焊接相結(jié)合，根據(jù)農(nóng)作物實(shí)際的行距加工出所需的型材，各個(gè)型材之間的連接方式采用焊接，整個(gè)過程主要依靠人工完成。人力作業(yè)生產(chǎn)效率低且不能保證加工精度，導(dǎo)致廢品率上升，大大增加了生產(chǎn)成本。

新疆天誠農(nóng)機(jī)具制造有限公司研發(fā)的縱梁焊接設(shè)備性能良好，焊接效果穩(wěn)定，能夠很好的進(jìn)行焊接橫焊縫和立焊縫，其縱梁焊接效果圖如圖3。

阿拉爾金準(zhǔn)機(jī)械制造公司的縱梁焊接設(shè)備與天誠農(nóng)機(jī)具制造有限公司相比存在一些問題，初步考慮是由工件被切割的平整度和工件自身的結(jié)構(gòu)如圓弧度等影響配合所致。

牽引架也是農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要部件，其焊接質(zhì)量的好壞會直接影響機(jī)具的工作性能。新疆天誠農(nóng)機(jī)具制造有限公司正在研制縱梁半自動(dòng)化焊接裝備如圖4。在驗(yàn)證此半自動(dòng)化焊接設(shè)備的焊接效果時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量會使工件受熱，出現(xiàn)工件無法取下和機(jī)器手移動(dòng)會碰到工件的問題，解決思路是更換模具和規(guī)劃焊槍路徑。

1.3 鎮(zhèn)壓輥焊接現(xiàn)狀

鎮(zhèn)壓輥是棉花播種機(jī)的重要部件，目前新疆每年焊接的鎮(zhèn)壓輥數(shù)量約2萬個(gè)，普遍依賴人工焊接，焊接工作條件十分惡劣，焊接自動(dòng)化已成為必然趨勢。

塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院農(nóng)機(jī)裝備智能制造團(tuán)隊(duì)的郭文松設(shè)計(jì)了半自動(dòng)鎮(zhèn)壓輥焊接機(jī)器人，該機(jī)器人采用直角坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)控制方法控制焊槍的運(yùn)槍軌跡，如圖5。該機(jī)器人的焊接質(zhì)量遠(yuǎn)高于人工，而且降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。目前該半自動(dòng)化焊接設(shè)備工作可靠，每年完成焊接鎮(zhèn)壓輥10000個(gè)以上（圖6）。

此款半自動(dòng)鎮(zhèn)壓輥焊接機(jī)器人焊接時(shí)，由于工件焊縫的問題，需要人工輔助調(diào)整焊縫位置。因此可以在此基礎(chǔ)上研發(fā)完成具備焊縫追蹤功能的鎮(zhèn)壓輥焊接機(jī)器人，在焊接時(shí)自動(dòng)檢測焊縫位置變化，并自動(dòng)調(diào)整焊槍的位置，使焊槍始終沿著焊縫位置進(jìn)行焊接，同時(shí)始終保持焊槍與工件之間的距離恒定不變，保證最佳焊接條件，其三維圖如圖7。

3 結(jié)論與展望

依據(jù)實(shí)地調(diào)研情況分析，新疆地區(qū)的農(nóng)機(jī)焊接制造業(yè)的智能化水平偏低，基本都是傳統(tǒng)手工作坊式制造，離全面智能焊接制造還存在較大差距。穴播器鴨嘴焊接、縱梁焊接和鎮(zhèn)壓輥焊接應(yīng)用了半自動(dòng)焊接設(shè)備，但都存在一些需要解決的問題，牽引架式半自動(dòng)焊接設(shè)備還在研制當(dāng)中。穴播器鴨嘴焊接和鎮(zhèn)壓輥焊接的全自動(dòng)焊接設(shè)備在研制中，穴播器鴨嘴焊接應(yīng)改進(jìn)為上料、定位、固定和下料一體化作業(yè)；鎮(zhèn)壓輥焊接應(yīng)加強(qiáng)焊縫追蹤方面的研究。縱梁和牽引架焊接設(shè)備的焊接工裝夾具和焊槍的運(yùn)動(dòng)路徑亟需得到優(yōu)化。

為了加快新疆農(nóng)業(yè)機(jī)械智能焊接的步伐，新疆各高校和企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)合作或成立智能焊接制造業(yè)研究所[6-7]，互相彌補(bǔ)不足以解決高校缺乏實(shí)踐能力，而企業(yè)缺乏科研人才的問題。同時(shí)，也應(yīng)積極與東部和國外高校合作，依托國內(nèi)高校平臺吸引國內(nèi)外大學(xué)生去新疆發(fā)展，提高焊接制造業(yè)人員的整體素質(zhì)[8-9]。有效利用新疆地區(qū)優(yōu)勢優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，解決缺少核心技術(shù)的難題。