鋼桶焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

□ 石文棟 □ 平雪良，2 □ 鞠明華 □ 王晨學(xué)

1.江南大學(xué) 君遠(yuǎn)學(xué)院 江蘇無錫 214122 2.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇無錫 214122 3.無錫市四方友信股份有限公司 江蘇無錫 214092

鋼桶作為工業(yè)包裝業(yè)中的重要包裝產(chǎn)品，在工業(yè)包裝中占據(jù)重要地位，因其具有耐腐蝕、高強(qiáng)度、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、石油、化工、輕工、食品等行業(yè)的產(chǎn)品包裝。自20世紀(jì)80年代以來，我國實(shí)行改革開放的發(fā)展政策，工業(yè)得到快速發(fā)展，鋼桶作為重要的工業(yè)包裝產(chǎn)品，需求量快速增長，目前僅200 L鋼桶每年需要 7 000 萬只以上[1]。

當(dāng)前，國內(nèi)鋼桶自動(dòng)化生產(chǎn)水平不高，泄露、強(qiáng)度低等問題一直影響著鋼桶質(zhì)量。桶底頂與桶身卷邊縫合位置造成的泄漏問題，已經(jīng)通過5層矩形卷邊改為7層圓弧卷邊得到大幅改善[1]；鋼桶桶身焊縫由于產(chǎn)生裂紋造成的滲漏、強(qiáng)度降低等問題亟待解決。通過焊縫滾壓工藝可以對(duì)焊縫進(jìn)行矯正式修復(fù)，提高焊縫處的強(qiáng)度等性能，在很大程度上可防止焊縫處裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，能有效解決焊縫處的滲漏等問題，從而提高鋼桶的質(zhì)量和壽命。

筆者針對(duì)焊縫滾壓設(shè)備中焊縫滾壓時(shí)鋼桶的夾持問題，設(shè)計(jì)一種新的焊縫滾壓時(shí)鋼桶夾持機(jī)構(gòu)，完成焊縫滾壓時(shí)鋼桶固定工作，保證焊縫滾壓質(zhì)量。

1 鋼桶焊縫滾壓裝置

由于焊接后焊縫內(nèi)殘余一部分拉應(yīng)力，致使焊縫缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫裂紋的生成和擴(kuò)展，從而使焊縫處強(qiáng)度和剛度大大降低，并產(chǎn)生焊縫滲漏等問題[2]。

正在使用的焊縫滾壓裝置如圖1所示，通過對(duì)鋼桶焊縫進(jìn)行滾壓處理，可以有效消除焊縫中拉應(yīng)力，并在焊縫表面造成一層有利的壓應(yīng)力，提高焊縫的強(qiáng)度，同時(shí)提高焊縫的表面平整度，從而提高鋼桶質(zhì)量[2]。

為保證焊縫滾壓質(zhì)量，焊縫滾壓時(shí)鋼桶的固定夾持尤為重要。鋼桶滾壓夾持裝置需要確保鋼桶從輸送線移動(dòng)至焊縫滾壓處以及滾壓時(shí)焊縫位置不變，并且保證焊縫滾壓時(shí)鋼桶的固定。

2 已有鋼桶滾壓夾持機(jī)構(gòu)

2.1 鋼桶滾壓夾持機(jī)構(gòu)

常用的焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)如圖2所示，夾持機(jī)構(gòu)由兩個(gè)相同夾持機(jī)械手組成，左、右兩個(gè)夾持機(jī)構(gòu)分別由氣缸或伺服電動(dòng)缸推動(dòng)從鋼桶兩側(cè)夾持鋼桶，定位盤卡住鋼桶兩端，導(dǎo)桿氣缸下降，兩組真空吸盤吸附鋼桶，豎直氣缸上升，由電機(jī)帶動(dòng)鏈輪傳動(dòng)，夾持機(jī)構(gòu)將鋼桶移動(dòng)至焊縫滾壓處。

2.2 存在的問題

該夾持機(jī)構(gòu)雖然可以實(shí)現(xiàn)鋼桶固定功能，但整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作效率不高。采用真空吸盤吸附鋼桶，夾持工作不穩(wěn)定，如果產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象，則難以實(shí)現(xiàn)鋼桶固定的目標(biāo)；左、右兩個(gè)對(duì)稱夾持機(jī)械手從兩端定位夾持，如果動(dòng)作不同時(shí)，會(huì)造成桶身的偏移，同時(shí)焊縫也會(huì)產(chǎn)生偏差，影響焊縫滾壓質(zhì)量；電機(jī)帶動(dòng)鏈輪傳動(dòng)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、停止等因素，工作效率也難以提高。

▲圖1 鋼桶焊縫滾壓裝置

▲圖2 常用夾持機(jī)構(gòu)

▲圖3 新型鋼桶焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)

3 新的鋼桶焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)

針對(duì)焊縫滾壓設(shè)備中對(duì)鋼桶夾持機(jī)構(gòu)的要求以及現(xiàn)有裝置存在的問題，在原有夾持機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種新的夾持機(jī)構(gòu)，使鋼桶在固定夾持時(shí)更加穩(wěn)定和方便，并且工作效率也大大提高。

3.1 夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

新的夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由豎直氣缸、水平氣缸、直線導(dǎo)軌、內(nèi)支撐圓弧板、外夾持圓弧板、導(dǎo)桿氣缸、上安裝板、下安裝板等部件組成。豎直氣缸的伸縮控制夾持機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿氣缸的伸縮控制內(nèi)支撐圓弧板的水平運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向軸在夾持機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向作用，水平氣缸推送夾持機(jī)構(gòu)將鋼桶轉(zhuǎn)移至焊縫滾壓處。

本機(jī)構(gòu)兩端內(nèi)支撐圓弧板分別與下安裝板兩端的導(dǎo)桿氣缸相連，如圖4所示，通過導(dǎo)桿氣缸的收縮，內(nèi)支撐圓弧板進(jìn)出桶身內(nèi)側(cè)，外夾持圓弧板在桶身外側(cè)定位鋼桶，內(nèi)外4個(gè)圓弧板完成桶身的定位。

3.2 工作流程

鋼桶自生產(chǎn)流水線至焊縫滾壓處→豎直氣缸下降→外夾持圓弧板從鋼桶外側(cè)定位鋼桶→導(dǎo)桿氣缸收縮→內(nèi)支撐圓弧板從鋼桶內(nèi)側(cè)固定鋼桶→豎直氣缸上升→鋼桶脫離生產(chǎn)流水線→水平氣缸縮回→將鋼桶移動(dòng)至焊縫滾壓處。

4 總結(jié)

原有的焊縫滾壓夾持機(jī)構(gòu)使用2個(gè)相同且分離的夾持機(jī)械手裝置，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制要求較高；使用電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移鋼桶，對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)性能要求較高?？傊?，原有鋼桶滾壓夾持裝置整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，且使用真空吸盤或電磁吸盤固定鋼桶，缺乏足夠的穩(wěn)定性。相比較而言，筆者設(shè)計(jì)的鋼桶焊縫滾壓機(jī)構(gòu)采用內(nèi)外4個(gè)圓弧夾持板對(duì)鋼桶進(jìn)行定位夾持，圓弧端面與鋼桶桶身貼合，能滿足鋼桶的夾持要求；采用氣壓傳動(dòng)作為各機(jī)構(gòu)的主要傳動(dòng)方式，安裝方便，工作效率高，并且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

▲圖4 圓弧板布置圖

[1]楊文亮.中國鋼桶包裝工業(yè)的發(fā)展[N].中國包裝報(bào)，2010-07-23（02）.

[2]陸楠，李居峰，盧鮮亮.基于ANSYS的鋼桶焊縫處理分析[J].機(jī)械制造，2012，50（3）：57-59.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理第七版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)第八版[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]E Bayaraktar，D Kaplan，L Devillers， et al.Grain Growth Mechanism During the Welding of Inter-stitial Free （IF）Steels [J].Journal of Materials Processing Technology，2007，189：114-125.