SQ6型車附加地板智能焊接的設計與應用

收稿日期：2023-11-07

作者簡介：沈漱玉（1994—），女，碩士研究生，工程師，從事機械設計工作。

摘要 文章主要介紹了SQ6型車車體的主要組成部分、SQ6型車附加地板焊接作業的既有工藝、生產現狀及存在問題。并結合現場實際情況提出一種較為經濟的智能化焊接技術方案，創新地采用移動式焊接機器人小車與移動底座相結合，在人工輔助下完成焊接作業，從而提高附加地板改造的焊接質量，提升工作效率，滿足SQ6型車段修作業的產能節拍需求，為后續的鐵路貨車車輛檢修自動化焊接推廣運用積累經驗。

關鍵詞 鐵路貨車；SQ6型車附加地板；焊接機器人；移動焊接小車；提質增效

中圖分類號 U272.6文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0020-03

0 引言

SQ6凹底雙層運輸汽車專用車（以下簡稱SQ6型車）是我國鐵路運輸汽車的主型貨車，在2008年研制完成并投入運營，主要用于輕型客車、SUV、MPV、皮卡車等較高汽車的鐵路運輸，同時也可用于國產及進口各種微型、小型汽車的鐵路運輸[1]。由于目前國鐵車輛廠、貨運車輛段仍然采用普遍傳統的專機、半自動焊接小車或者人工焊接的作業方式，焊接自動化技術暫時未得到大面積的推廣使用。該文通過對SQ6型車段修中的痛點——附加地板的焊接作業進行重點研究，對存在的問題進行深入分析，提出技術解決方案將自動化焊接技術應用于附加地板焊接作業，從而提升焊接品質與效率。

1 SQ6型車附加地板既有焊接工藝簡介

SQ6型車外形如圖1所示，其車體為凹底全鋼鉚焊結構，主要由底架、側墻、車頂、上層底架、端門、上下層渡板及升降裝置等部分組成[2]，為防止運輸汽車在車體內行駛時底部發生剮蹭，SQ6型車底架凹底連接處設置有4塊附加地板，如圖2所示，在SQ6型車進行段修時需要將該地板重新焊接在底架上。

SQ6型車附加地板是一塊沖壓成形的鋼板（如圖3所示），長×寬為546 mm×570 mm，厚度為5 mm，面積共0.31 m2，地板上帶有沖壓成形的長方形孔。據統計在段修焊接作業時，單塊附加地板的焊縫總長度約2.8 m。由于全車共有4塊附加地板，因此全車所有附加地板焊縫多達約11.2 m。

目前國內SQ6型車的附加地板的焊接作業均采用傳統的人工焊接作業，該焊接工序相對簡易，工序重復度高。其缺點在于附加地板的焊接位置位于SQ6型車體內部，根據SQ6型車車體外形圖可知車體兩側無窗，僅能利用端門進行通風。因此，需在通風不良的半封閉車廂內進行長時間的焊接作業，勞動強度極大。高溫、煙塵、噪聲、有害氣體等不良因素均極易導致作業人員疲勞中暑，造成工傷以及職業病。除了作業條件惡劣以外，人工焊接作業受炎熱氣溫、作業環境、個人技術能力等客觀因素影響，作業效率與質量不穩定。另外鐵路貨車行業普遍存在技能人員老齡化、焊接人員招聘困難、勞動力成本持續上升的問題也使得附加地板的焊接作業陷入用人困境[3]。

根據現場調研，某車輛段SQ6型車附加地板焊接時為了避免人員疲勞作業，保護身心健康，需充分保證焊接間休時間。因此，每臺SQ6型車附加地板整個焊接作業過程折算人工作業工時需500 min左右，耗時較久。由于附加地板的焊接作業在段修時必須在架車后才能進行，過長的焊接時間導致段修車“當天架當天落”的產能節拍需求難以實現，車輛段檢修臺位的周轉受到影響，嚴重制約了正常的檢修能力，限制了該車輛段產能的提升。

2 SQ6型車附加地板智能焊接技術方案

根據市場調研，市場上SQ6型車保有量最大的中鐵特貨物流股份有限公司每兩年對SQ6型車附加地板集中進行一次檢修以及焊接，可以得出SQ6型車附加地板的焊接作業頻率較低且較為密集，因此經濟性成為該次自動焊接方案的關注要點，同時該方案需盡量減少對車輛段在非SQ6型車附加地板的檢修時段的影響。

2.1 焊接工藝輸入條件

目前，開展附加地板人工焊接工序時，附加地板已提前進行沖壓定型，因此焊接工藝輸入條件容易控制，但SQ6型車底架變形呈隨機概率變化，需利用定制化夾具來輔助焊接。為降低設備投入成本，該文中采用人工輔助將所有需焊接4塊附加地板工件擺放至固定的焊接位置。

2.2 智能焊接機器人的基本組成

一般的工業化焊接機器人作業，是將焊接機器人工位固定，被焊接的工件定位后流轉或翻轉，通過軟件控制，機器人展臂伸縮完成焊接作業。

由于SQ6型車附加地板焊接作業在車體內部完成，與一般焊接機器人作業模式不同，同時附加地板的檢修焊接作業較為集中，因此考慮在非檢修時段不占用生產空間。為了達成生產節拍，該文中創新性地將焊接機器人裝載在設備小車上，通過移動底座將設備小車移動到固定位置，再利用小車自帶的動力系統，走行到車內固定位置，實現工件與機器人的定位后，通過軟件控制，機器人展臂伸縮依次完成車體內部附加地板的焊接作業。

根據上文，SQ6型車附加地板自動焊接機器人整體布局按緊湊縱向形式布置，操作靈活，整機占地尺寸面積小，整機主要由移動底座與移動焊接機器人小車組成，其外形結構示意圖如圖4所示。

2.2.1 移動底座

移動底座設有升降移動機構，設有上、下兩層平臺，上平臺主要用于搭載移動焊接機器人小車進行水平方向與豎直方向的移動，平臺上設有氣動渡板，使用時渡板與車體端部搭接，方便小車移動進入車體內部。移動底座下平臺用于搭載搬運CO2氣瓶、線纜等焊接輔助設施。移動底座到達車體端部后放下渡板即可使得移動焊接機器人小車可進入SQ6型車車體內部進行焊接作業。

2.2.2 移動焊接機器人小車

移動焊接機器人小車主要由焊接機器人、送絲機、走形驅動單元、旋轉移動底座、定位夾具、定位裝置等主要部件組成。小車進入車體后移動至第一塊附加地板的焊接工位，焊接機器人通過旋轉移動底座進行對位，再放下定位夾具將工件夾緊。考慮附加地板的浮動誤差較大，為焊接機器人配置焊槍位置自動糾正補償功能。

2.3 智能焊接工藝流程

在焊接作業開始前，需人工先將單個SQ6型車內的4塊附加地板工件進行擺放，啟動自動焊接機器人，其焊接過程主要分成以下幾個部分：

（1）由人工推動移動底座搭移動焊接機器人小車靠近SQ6型車車體端部，隨后移動焊接機器人小車移動進入車體內，移動至焊接工位，如圖5所示。

（2）移動焊接機器人小車在車體內自動尋位利用定制化定位夾具將附加地板固定（如圖6所示），并啟動焊裝，根據預先設計的焊縫進行焊接。

（3）單塊焊接完成后移動焊接機器人小車松開夾具，根據規劃路徑小車從1工位移動至2工位，再調頭后到3工位，再到達4工位，如圖7所示。

（4）直至4塊附加地板按照順序完成所有焊接作業后，移動焊接機器人小車返回至移動底座，結束單輛SQ6型車所有的焊接作業。再利用人工推動底座返回至機器人存放位置。

2.4 機器人焊接方案實施效果

根據實體樣機在某車輛段的試驗效果，采用該文中的附加地板智能焊接方案后，可大幅提升SQ6型車附加地板改造的焊接效率。焊接作業工時可控制在100 min/輛以內，效率比目前的人工焊接提高1倍以上，且效率穩定可靠，不受高溫濕度、人員技術能力等因素的影響，可滿足SQ6型車段修作業的產能節拍需求。

3 結束語

該文中智能焊接機器人經過生產實踐證明，該設備可以較好地完成SQ6型車附加地板的焊接作業，在一定偏差范圍內可以實現自動糾正補償，焊縫形成良好，可大幅提升焊接質量，確保焊縫質量的一致性。在極大提高焊接效率的同時，也有效地減少了工人的勞動強度，降低人力成本，改善了作業環境。利用人工進行輔助作業時，可實現非熟練熔接工或者普通鉗工作業，無須專業熔接工參與，半自動化設計也較大地降低了設備投入成本。由于該設備為移動設備，在非附加地板改造作業時間段可將設備進行移動收納。綜上所述，SQ6型車附加地板智能焊接的應用可以實現提質增效的目的，為后續的鐵路貨車車輛檢修自動化焊接推廣運用積累經驗。

參考文獻

[1]卜慶海， 李偉， 鐘智勇. SQ6型凹底雙層運輸汽車專用車車體制造工藝[J]. 鐵道機車車輛工人， 2012（1）： 1-4.

[2]張家富. SQ6型凹底雙層運輸汽車專用車車體制造技術[J]. 鐵道車輛， 2009（12）： 13-16+44+5.

[3]王彥元， 曹東旭， 武永亮， 等. 鐵路敞車側開門機器人自動焊接應用研究[C]//機械工業信息研究院（China Machinery Industry Information Institute）， 中車株洲電力機車有限公司工會， 第二屆“田心杯”軌道交通金屬加工技術征文大賽論文集， 2021： 3.