動臂焊接系統生產斗桿的改造

湯傳華，邵貞先

（斗山工程機械（中國）有限公司，山東煙臺264006）

動臂焊接系統生產斗桿的改造

湯傳華，邵貞先

（斗山工程機械（中國）有限公司，山東煙臺264006）

在充分分析掘機動臂和斗桿的焊接生產基礎上，提出了現有動臂柔性焊接系統進行技術改造的思路、難點及要點的解決方法，實現了機器人焊接產品由動臂到斗桿的轉變。提升機器人設備利用率，可以改善結構件焊接品質。

焊接；機器人；動臂；斗桿；變位機

現階段，我國工程機械行業市場需求不足，主要經濟指標下滑，總體來看，資金緊張，企業融資難、融資貴等問題相對突出[1]；我廠在經歷產能過剩，設備利用率低下的陣痛后審時度勢積極轉變發展方式，進行了一系列老舊設備處理，先進及自動化設備利用率提升的活動。其中動臂機器人生產系統設備利用率低至33%，經過分析挖掘機其他結構件的焊接可能性，選定斗桿焊接，進行了關聯設備改造，提升了廠內焊接機器人設備利用率。

1 生產產品的選擇

生產力求設備改造最小化，投資最少化以提交設備利用率。通過對挖掘機動臂、斗桿、上車架、下車架等四類主要焊接件及現有動臂W-FMS（焊接柔性制造系統）的結構分析發現，上下車架體積、質量較大，變位機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 斗桿結構

1.1 動臂與斗桿相同點

設計結構上左右對稱，均為四面拼接的箱型結構；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；設備裝夾上均可用錐形夾具進行孔夾持，利用變位機翻轉獲得良好的焊接姿勢。

1.2 動臂與斗桿不同點

機型別的定位上動臂可依靠后座位置不同進行定位，運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夾持時機型別長度及夾角α差異較大，而其支撐點只能借助最低點A及下板上一點進行實現，較難定位和實現運送。

綜合以上分析，斗桿具備在動臂W-FMS進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。該系統包含3個焊接工作站，每個工作站具備2臺6軸機器人，機器人移動裝置X、Y軸，變位機行走及回轉軸等共計19軸。

斗桿可焊性主要從如下6點進行分析：

（1）孔夾持位置確定。參考行業資料，選擇連接套1與耳座2進行夾持。

（2）圖紙選取。選取各機型別簡圖，標記重心、最低點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 各機型連接套1與耳座2連線重疊

（3）統計10~40 t機型別的斗桿質量、重心位置，變位機額定載重、轉矩。以現有變位機的錐形夾持為基礎，將上述圖2放進變位機進行模擬。計算載重、轉矩是否滿足設備要求。

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

（5）為確保人身及設備安全，計劃用W-FMS02臺車代替行車上料。依據圖2得出各機型中最低點存在與臺車平臺干涉。

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

通過上述步驟確定了以下信息：

1）斗桿可進行焊接，改造可以實施；

2）為避免臺車干涉，需對變位機夾具進行改造；

3）臺車上機型別定位需研討；

3 變位機改造

變位機的改造因為涉及到多個機型，彼此長度、孔徑、寬度不盡相同，因此需統籌考慮。以下通過3個維度進行分析，確定變位機的改造方案。

3.1 變位機夾具夾持寬度調整

統計計算變位機夾具及工件夾持孔的寬度數據，并模擬夾緊和放松狀態下的差異值，確認需調整夾具的夾緊間距S2，如下表1所列。通過計算，變位機主動側夾具寬度需延長（370-202）/2=134 mm，從動側延長（310-133）/2=88.5 mm.

表1 變位機與工件夾持寬度對比

3.2 變位機的夾持長度調整

變位機兩立柱夾具夾持區間S1為[3 600，7 900] mm，最大最小機型的連接套1與耳座2間距S為 [3 105，4 446]mm，可以看出S1間距不滿足小機型夾持，需進行長度調整，將圖2圖紙以10 t機型間距S中線與S1min中線重合的方式帶入變位機圖紙進行模擬，分別測量變位機兩側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 變位機與工件位置模擬

分析可知夾具長度上需進行加長制作。為確保余量，夾具各需延長280mm.

3.3 變位機夾具高度調整

根據圖3，變位機夾具上下差值參考2（6）位置調整后的數值進行修正，經計算上下差值360mm.

金寨縣地處安徽省西部，大別山主脈北坡。縣境與鄂、豫兩省相鄰，209、210省道縱貫南北，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三大起義中立夏節起義的發源地，是紅四方面軍的誕生地之一，先后成立了蘇區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陜北革命根據地的隊伍。金寨是安徽省面積最大、人口最多的貧困山區縣和旅游資源大縣，也是中國第二大將軍縣，更是著名的革命老區。

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

4 臺車上卸料改造

W-FMS02自帶液壓子母臺車可實現不同機型動臂的定位和自動運輸。但考慮到改造預算及斗桿自身機型結構差異太大，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送方式進行分析。

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。經過分析，斗桿依賴最低點及底板上遠離重心偏向連接套1一側的點來定位支撐。

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

圖4 各機型最低點重疊

臺車原有支座拆除，一個支撐桿及檢知開關留作第二點支撐。通過分析不同機型底板位置的差異，于支撐桿底部增加滑軌及電機驅動絲杠，實現不同機型的定位。改造樣式如圖5所示。

圖5 各機型最低點重疊

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，不能滿足不同機型斗桿的送料需求。需要根據不同機型的高度差異，確定不同的臺車升降高度。

參考圖2及相似位置合并后，獲得不同機型最低點距臺車平面的距離有15，45，80，135 mm 4組。將變位機液壓升降裝置在不同高度增加4組接近開關，增加有8個點控開關的控制手柄，并增加修改臺車PLC程序中的控制指令。實現機型別高度通過對應點控開關控制，滿足臺車升降需求。

5 結束語

重新制作變位機夾具改造臺車平臺及升降裝置后，實現了不同機型斗桿運輸及變位機夾緊。對每個機型均示教自動翻轉程序，夾緊斗桿的變位機分別進行2Hr的自動翻轉而無故障。

配合組焊、焊后返修、加工等作業工序，順利實現10~40 t機型斗桿自制，使機器人焊接系統設備利用率提升至52%，斗桿焊接自動化率達到88.7%，品質得到有效監控，總體改造費用在預算范圍內。

在工程機械行業不景氣的背景下，需要公司積極轉變發展方式，提高應變能力，開源節流。作為生產部門，降低生產成本，提高設備利用率是重中之重。動臂機器人系統生產斗桿的改造從產品篩選、可焊性、變位機及臺車改造等方面進行了實踐總結，供廣大業內同行參考。

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

[2]周昌盛.自動化焊接技術在薄板成型中的應用[J].船舶標準化工程師，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，山東濟寧人，助理工程師，本科，從事焊接技術方向工作。