推土機主機架焊接自動化的應(yīng)用

山推工程機械股份有限公司（山東濟寧 272073）張 民 吳 月 王彩鳳

主機架作為推土機關(guān)鍵核心部件之一，其組對精度、焊接質(zhì)量、加工精度、外觀質(zhì)量等都是高標準、嚴要求，尤其是對焊接質(zhì)量的要求，機架方盒與后橋箱相連接的焊縫要達到一級焊縫，這就對人員的操作技能、設(shè)備性能、設(shè)備穩(wěn)定性等方面提出了較高要求。

焊接機器人作為實現(xiàn)焊接自動化生產(chǎn)的有效途徑，不僅具有焊接質(zhì)量好、焊接質(zhì)量穩(wěn)定效率高、降低工人勞動強度等方面的突出優(yōu)勢，而且還能有效地實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，便于管理和組織生產(chǎn)。因此，焊接機器人在山推已大量使用，后橋箱、臺車方盒部件都已成功采用機器人焊接，主機架的機器人焊接也逐步趨于成熟。

1.主機架結(jié)構(gòu)特點

圖1 主機架結(jié)構(gòu)

主機架主要由后橋箱、機架方盒、平衡梁架、連接板等組成（見圖1），屬于典型的箱體與長方盒相焊接的框架類結(jié)構(gòu)，焊縫數(shù)量不多，但分布于整個工件的六個面，整體焊縫質(zhì)量要求較高，尤其是機架方盒與后橋箱小腿處的連接焊縫，要達到Ⅰ級焊縫；當(dāng)然，后橋箱、機架方盒零件的焊接質(zhì)量要求也比較高，針對后橋箱還要確保不漏油，每臺都必須進行氣密性試驗。

2.山推焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

山推在推土機方面的制造工藝水平達到國內(nèi)領(lǐng)先，在焊接技術(shù)應(yīng)用上也大量推廣自動化焊接方式，如采用焊接機器人、雙絲自動焊、雙槍焊接專機、通用式焊接變位機及組焊一體式焊接專機等。

目前，推土機主機架由于其自身結(jié)構(gòu)特點限制，一直采用落地式人工翻轉(zhuǎn)焊接（見圖2），即主機架組對點固后吊裝到地面，利用行車翻轉(zhuǎn)工件，采用人工完成各處焊縫的焊接工作。

圖2 人工焊接

推土機主機架較后橋箱、臺車架等結(jié)構(gòu)件焊縫數(shù)量相對較少，但分布于整個工件的六個面，要完成所有焊縫的焊接并保證焊接質(zhì)量需不斷翻轉(zhuǎn)工件，即360°翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)時常采用人與行車配合作業(yè)，存有安全隱患，焊接姿勢多種多樣；翻轉(zhuǎn)過程中會造成對工件加工面的磕碰損傷、尺寸精度的影響以及車間地面的損壞，同時翻轉(zhuǎn)要不斷更換吊裝點與吊裝方式（見圖3），工人勞動強度大、生產(chǎn)效率低、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。

圖3 行車翻轉(zhuǎn)工件

主機架上機架方盒與后橋箱小腿連接處焊縫為Ⅰ級焊縫，要求每件都要探傷，探傷不合格件必須進行焊縫的修復(fù)工作，用碳弧氣刨清楚需要修復(fù)的焊縫（見圖4），再用砂輪清理干凈，然后進行焊縫的修復(fù)，直到該焊縫再次探傷合格為止。在焊縫修復(fù)過程中，碳弧氣刨機刨除焊縫時熱輸入能量集中，加上再次焊接，對主機架組對尺寸影響較大，經(jīng)常會出現(xiàn)機架方盒相對機架中心不重合。為滿足主機架組對精度、裝配等要求，這種中心不重合現(xiàn)象必須消除，目前沒有專用的矯形設(shè)備，唯一且有效的工藝手段就是火焰矯形法。在矯形過程中，方法掌握、溫度控制不當(dāng)會造成工件新的更大變形，因此，火焰矯正要有豐富的實踐經(jīng)驗。

圖4 碳弧氣刨機刨除焊縫

3.組焊一體式變位機應(yīng)用

主機架采用落地式翻轉(zhuǎn)人工焊接在焊接質(zhì)量、尺寸精度、外觀質(zhì)量控制上都不能很好地保證，而且翻轉(zhuǎn)時存有安全隱患。為有效控制焊接變形，減少主機架焊接翻轉(zhuǎn)對尺寸精度的影響，設(shè)計開發(fā)了組焊一體式變位機（見圖5），應(yīng)用于SD13～SD42 6大系列機型推土機主機架的360°翻轉(zhuǎn)變位焊。

該變位機可同時完成主機架的組對、焊接工作，采用液壓定位、壓緊結(jié)構(gòu)，后橋箱采用前端定位，機架方盒采用外側(cè)定位內(nèi)側(cè)夾緊加上端壓緊定位方式，平衡梁架采用孔端定位，定位方便、可靠、精度高，組對尺寸一致性好。焊接時完全取消了行車作業(yè)，變位機可進行點動翻轉(zhuǎn)控制，可翻轉(zhuǎn)到任意角度并進行安全制動，滿足了焊接時對位置的要求，有效控制了焊接變形。

圖5 組焊一體式變位機焊接

主機架采用組焊一體式變位機進行組對和焊接工作，從組對精度、尺寸一致性、組對效率及焊接變形控制等方面都有很好的成效，但也存在一些不足之處：如采用人工焊接，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定；焊接時要不斷翻轉(zhuǎn)變位機，人的活動范圍較大，無法完全實現(xiàn)對稱施焊；采用液壓結(jié)構(gòu)，對液壓元件質(zhì)量要求高，否則易出現(xiàn)漏油，發(fā)生安全事故等。

4.焊接機器人的應(yīng)用

主機架焊接從落地式翻轉(zhuǎn)人工焊到采用組焊一體式變位機焊接，使組對質(zhì)量、焊接質(zhì)量明顯提升。但由于采用人工焊接方式，存在質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此改用焊接機器人焊接。

（1）主機架機器人焊接 主機架采用機器人焊接前先進行了變位機的通用性裝夾方案制定與驗證工作，通過改造舊變位機，優(yōu)化定位方式、裝夾方式，實現(xiàn)SD16、SD16L機型主機架通用裝夾要求，變位機360°翻轉(zhuǎn)采用PLC控制，焊接時工人操作方便（見圖6），容易實現(xiàn)對稱焊接，焊接質(zhì)量明顯改善。

圖6 變位機焊接

SD16與SD16L機型主機架焊接通用性裝夾得到驗證后，提出在原變位機基礎(chǔ)上增加一套機械手，實現(xiàn)主機架機器人焊接，進一步提高焊接質(zhì)量，控制焊接變形，減少焊接缺陷，提高主機架焊縫一次探傷合格率。

根據(jù)SD16與SD16L主機架結(jié)構(gòu)尺寸及焊縫分布特點，制定了地軌式焊接機器人系統(tǒng)方案，整個系統(tǒng)共9個軸，移動裝置帶動機械手在行走裝置上沿工件長度方向移動，可滿足所有焊縫的正常焊接。焊接時變位機與機械手聯(lián)動，也可進行單獨控制。當(dāng)裝夾部分位于升降機構(gòu)最低位置水平狀態(tài)時，定位機構(gòu)與裝夾機構(gòu)共同完成工件的快速裝夾。焊接時，裝夾機構(gòu)夾持工件與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)共同在升降機構(gòu)上上下移動，定位機構(gòu)保持固定；焊接完成后，工件恢復(fù)到裝夾狀態(tài)下落到定位機構(gòu)上，裝夾機構(gòu)松開工件，將工件調(diào)離整個焊接系統(tǒng)。

（2）機器人焊接的優(yōu)點與不足 采用機器人焊接（見圖7）具有以下優(yōu)點。

圖7 主機架焊接機器人

第一，提高焊接質(zhì)量，保證均一性。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術(shù)的要求。

第二，改善了工人的勞動條件。工人只需進行裝卸工件按動按鈕等簡單的操作，遠離了焊接時的弧光、煙霧和飛濺。

第三，提高勞動生產(chǎn)率。機器人可一天24h連續(xù)作業(yè)，省去了人工焊工件翻轉(zhuǎn)時占用行車的時間，消除了翻轉(zhuǎn)工件時的安全隱患。

第四，產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)量。機器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，安排生產(chǎn)計劃非常明確。

第五，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。同類型工件通過改變焊接機器人程序就可以滿足焊接要求，不必再重新購買新的焊接設(shè)備也可以實現(xiàn)批量產(chǎn)品的焊接自動化，充分體現(xiàn)了焊接機器人柔性化生產(chǎn)的優(yōu)勢。

焊接機器人有諸多優(yōu)點的同時也存在一些不足：如一次性投入較大，弧焊機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到機器人運動控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、變位機系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作；機器人本體價格昂貴，國內(nèi)沒有具備有規(guī)模的生產(chǎn)能力，主要依賴進口；正是由于設(shè)備的復(fù)雜和精密，這對維修人員提出了很高的要求，有時還需要廠家的協(xié)助；同時也對操作設(shè)備工人的素質(zhì)提出了更高的要求，示教編程、故障排除等都需要一定的專業(yè)知識，需要經(jīng)過培訓(xùn)。

（3）機器人焊接質(zhì)量提升的保障 機器人焊接在焊接質(zhì)量提升、實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)上與人工焊相比都有著絕對優(yōu)勢，但它也對工件提出更高的要求，比如工件組對尺寸的一致性、工件的表面質(zhì)量等，只有具備了機器人焊接基本技術(shù)條件，才能充分發(fā)揮出機器人的焊接優(yōu)勢。

5.結(jié)語

弧焊機器人系統(tǒng)在山推結(jié)構(gòu)件上已推廣應(yīng)用到了后橋箱、臺車方盒及主機架，有龍門式、雙工位、雙槍結(jié)構(gòu)形式，后橋箱、臺車方盒機器人焊接應(yīng)用已較成熟。實踐證明，焊接機器人在提高焊接質(zhì)量、焊接效率，降低工人勞動強度，消除安全隱患，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)等方面具有突出優(yōu)勢，給山推也帶來了切實的效益。

焊接機器人在主機架上的成功應(yīng)用為下步改善提供了技術(shù)依據(jù)，如何做到大小機型的通用性裝夾而實現(xiàn)機器人焊接成為下步研究的課題。公司通過不斷提高焊接自動化應(yīng)用水平，既提升了產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了產(chǎn)品的技術(shù)核心競爭力。