汤传华，邵贞先

（斗山工程机械（中国）有限公司，山东烟台264006）

动臂焊接系统生产斗杆的改造

汤传华，邵贞先

（斗山工程机械（中国）有限公司，山东烟台264006）

在充分分析掘机动臂和斗杆的焊接生产基础上，提出了现有动臂柔性焊接系统进行技术改造的思路、难点及要点的解决方法，实现了机器人焊接产品由动臂到斗杆的转变。提升机器人设备利用率，可以改善结构件焊接品质。

焊接；机器人；动臂；斗杆；变位机

现阶段，我国工程机械行业市场需求不足，主要经济指标下滑，总体来看，资金紧张，企业融资难、融资贵等问题相对突出[1]；我厂在经历产能过剩，设备利用率低下的阵痛后审时度势积极转变发展方式，进行了一系列老旧设备处理，先进及自动化设备利用率提升的活动。其中动臂机器人生产系统设备利用率低至33%，经过分析挖掘机其他结构件的焊接可能性，选定斗杆焊接，进行了关联设备改造，提升了厂内焊接机器人设备利用率。

1 生产产品的选择

生产力求设备改造最小化，投资最少化以提交设备利用率。通过对挖掘机动臂、斗杆、上车架、下车架等四类主要焊接件及现有动臂W-FMS（焊接柔性制造系统）的结构分析发现，上下车架体积、质量较大，变位机夹持方式及位置差异太大，而斗杆（图1）在很大程度上与动臂相似。

图1 斗杆结构

1.1 动臂与斗杆相同点

设计结构上左右对称，均为四面拼接的箱型结构；焊接工艺上均具备V型，半V型等坡口型式，平焊平角焊等焊接姿势；设备装夹上均可用锥形夹具进行孔夹持，利用变位机翻转获得良好的焊接姿势。

1.2 动臂与斗杆不同点

机型别的定位上动臂可依靠后座位置不同进行定位，运送方面台车在动臂下部拱形位置支撑；斗杆以连接套1与耳座2夹持时机型别长度及夹角α差异较大，而其支撑点只能借助最低点A及下板上一点进行实现，较难定位和实现运送。

综合以上分析，斗杆具备在动臂W-FMS进行改造焊接的可能性。

2 斗杆可焊性及自动化率分析

为便于分析，选择停用的W-FMS02为研究对象。该系统包含3个焊接工作站，每个工作站具备2台6轴机器人，机器人移动装置X、Y轴，变位机行走及回转轴等共计19轴。

斗杆可焊性主要从如下6点进行分析：

（1）孔夹持位置确定。参考行业资料，选择连接套1与耳座2进行夹持。

（2）图纸选取。选取各机型别简图，标记重心、最低点A及连接套1与耳座的中心。斗杆位置角度如图2所示。

图2 各机型连接套1与耳座2连线重叠

（3）统计10~40 t机型别的斗杆质量、重心位置，变位机额定载重、转矩。以现有变位机的锥形夹持为基础，将上述图2放进变位机进行模拟。计算载重、转矩是否满足设备要求。

（4）图纸分析机器人作业范围，确认斗杆各焊缝是否可进行焊接作业。耳座2及连接套1下对接焊缝与变位机干涉而不可施焊。

（5）为确保人身及设备安全，计划用W-FMS02台车代替行车上料。依据图2得出各机型中最低点存在与台车平台干涉。

（6）将斗杆图纸上移避免干涉，重复4~5步骤。计算载重、转矩均满足要求，连接套1下部对接焊缝可进行施焊。

通过上述步骤确定了以下信息：

1）斗杆可进行焊接，改造可以实施；

2）为避免台车干涉，需对变位机夹具进行改造；

3）台车上机型别定位需研讨；

3 变位机改造

变位机的改造因为涉及到多个机型，彼此长度、孔径、宽度不尽相同，因此需统筹考虑。以下通过3个维度进行分析，确定变位机的改造方案。

3.1 变位机夹具夹持宽度调整

统计计算变位机夹具及工件夹持孔的宽度数据，并模拟夹紧和放松状态下的差异值，确认需调整夹具的夹紧间距S2，如下表1所列。通过计算，变位机主动侧夹具宽度需延长（370-202）/2=134 mm，从动侧延长（310-133）/2=88.5 mm.

表1 变位机与工件夹持宽度对比

3.2 变位机的夹持长度调整

变位机两立柱夹具夹持区间S1为[3 600，7 900] mm，最大最小机型的连接套1与耳座2间距S为 [3 105，4 446]mm，可以看出S1间距不满足小机型夹持，需进行长度调整，将图2图纸以10 t机型间距S中线与S1min中线重合的方式带入变位机图纸进行模拟，分别测量变位机两侧锥形夹具中心距工件夹持孔中心的最大间距：差值1、2，如图3所示。

图3 变位机与工件位置模拟

分析可知夹具长度上需进行加长制作。为确保余量，夹具各需延长280mm.

3.3 变位机夹具高度调整

根据图3，变位机夹具上下差值参考2（6）位置调整后的数值进行修正，经计算上下差值360mm.

金寨县地处安徽省西部，大别山主脉北坡。县境与鄂、豫两省相邻，209、210省道纵贯南北，临近312国道；梅山水库、响洪甸水库可常年通航。金寨县是鄂豫皖苏区三大起义中立夏节起义的发源地，是红四方面军的诞生地之一，先后成立了苏区11支主力红军，其中红二十五军是三支主力红军中最先到达陕北革命根据地的队伍。金寨是安徽省面积最大、人口最多的贫困山区县和旅游资源大县，也是中国第二大将军县，更是著名的革命老区。

综上，变位机夹具（含支座和锥形夹具）需进行3维方向的修改，参考已有夹具进行重新制作。

4 台车上卸料改造

W-FMS02自带液压子母台车可实现不同机型动臂的定位和自动运输。但考虑到改造预算及斗杆自身机型结构差异太大，决定改造后满足手动控制台车即可。改造从台车上的工件定位及运送方式进行分析。

4.1 台车上的工件定位

原有台车上表面有2个支撑杆及检知开关。经过分析，斗杆依赖最低点及底板上远离重心偏向连接套1一侧的点来定位支撑。

将图纸按照如图4样式处理，分析不同机型最低点的右侧板弧度，以最小弧度机型为参考制作定位块，确定台车第一点的支撑。

图4 各机型最低点重叠

台车原有支座拆除，一个支撑杆及检知开关留作第二点支撑。通过分析不同机型底板位置的差异，于支撑杆底部增加滑轨及电机驱动丝杠，实现不同机型的定位。改造样式如图5所示。

图5 各机型最低点重叠

4.2 台车送料卸料升降改造

原有W-FMS02台车升降仅有最高及最低限位，不能满足不同机型斗杆的送料需求。需要根据不同机型的高度差异，确定不同的台车升降高度。

参考图2及相似位置合并后，获得不同机型最低点距台车平面的距离有15，45，80，135 mm 4组。将变位机液压升降装置在不同高度增加4组接近开关，增加有8个点控开关的控制手柄，并增加修改台车PLC程序中的控制指令。实现机型别高度通过对应点控开关控制，满足台车升降需求。

5 结束语

重新制作变位机夹具改造台车平台及升降装置后，实现了不同机型斗杆运输及变位机夹紧。对每个机型均示教自动翻转程序，夹紧斗杆的变位机分别进行2Hr的自动翻转而无故障。

配合组焊、焊后返修、加工等作业工序，顺利实现10~40 t机型斗杆自制，使机器人焊接系统设备利用率提升至52%，斗杆焊接自动化率达到88.7%，品质得到有效监控，总体改造费用在预算范围内。

在工程机械行业不景气的背景下，需要公司积极转变发展方式，提高应变能力，开源节流。作为生产部门，降低生产成本，提高设备利用率是重中之重。动臂机器人系统生产斗杆的改造从产品筛选、可焊性、变位机及台车改造等方面进行了实践总结，供广大业内同行参考。

[1]苏子孟.工程机械行业形势分析与展望[J].工程机械，2015（07）：27-32.

[2]周昌盛.自动化焊接技术在薄板成型中的应用[J].船舶标准化工程师，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

汤传华（1987-），男，山东济宁人，助理工程师，本科，从事焊接技术方向工作。