大型配電房變位機(jī)的優(yōu)選與分析

薛羊　付景順　寧曉光

摘 要：大型配電房焊裝是通過改變焊縫的位置，使待焊工件處于焊接最佳位置，改善焊接質(zhì)量。通過對比現(xiàn)有的雙L型變位機(jī)焊接變位機(jī)和翻轉(zhuǎn)工作平臺，優(yōu)選出適合大型配電房焊接的一種變位機(jī)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：變位機(jī)；焊接；優(yōu)選

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.179

1 引言

大型配電房的底板、兩個側(cè)面、頂面和兩個端面構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)都是由160*160的方鋼和2mm的波紋板拼焊而成，對于小型的配電房，通常所用的方式將上述的四部分分別焊接完成后，再進(jìn)行組焊。而對于尺寸較大的配電房，此種方法不適宜，其中在組焊過程中，由于長度方向的尺寸過長，起吊移動過程中可能出現(xiàn)變形，導(dǎo)致組焊難以完成。解決此類問題需要，首先先將配電房的骨架焊接完成，采用變位機(jī)將波紋板逐個拼焊[1]。

本文所研究的的配電房的大致外形尺寸為20米*3米*3米規(guī)格，其中主要包括：兩條20米長仰焊縫，四條20米長的平焊縫。實際焊接過程中仰焊較為困難，且焊接質(zhì)量較差，另外加上波紋板有一定的角度，這為焊接帶來許多不便，主要焊縫的分布在配電房的右上，左上各一條仰焊縫；配電房的頂部兩條，右下，左下共四條平焊縫。

2 變位機(jī)的選擇

焊接變位機(jī)種類繁多，但是適合大型配電房規(guī)格的變位機(jī)似乎屈指可數(shù)，根據(jù)配電房的規(guī)格尺寸篩選出較為合適的變位機(jī)構(gòu)即雙L型變位機(jī)和翻轉(zhuǎn)平臺變位機(jī)，針對焊件的重量、外形尺寸、變位機(jī)的可實現(xiàn)性、結(jié)構(gòu)緊湊布局合理綜合考慮，本文對兩種結(jié)構(gòu)方案分別作了介紹，并進(jìn)行了對比評價。

2.1 雙L型變位機(jī)

雙L型變位機(jī)，其特點(diǎn)是有較大的工作空間，可焊接比較大的零件尺寸，工件可以旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)到達(dá)焊接所需要的位置。這種變位機(jī)可以根據(jù)可工廠的實際工藝情況，在焊接裝載機(jī)大型結(jié)構(gòu)件時進(jìn)行稍微的改造而加以利用[2]。根據(jù)原理圖可知不能加工長徑比相對較大的焊接件，容易剛度不足，變形嚴(yán)重等缺點(diǎn)。

根據(jù)雙L型變位機(jī)建立適合配電房的UG模型，此類方案的關(guān)鍵問題在于配電房的回轉(zhuǎn)中心線要與兩端固定座旋轉(zhuǎn)中線重合，滿足上述條件，可減輕變位機(jī)翻轉(zhuǎn)過程中電動機(jī)的負(fù)載，現(xiàn)在我們主要考慮長度約為20米的配電房焊裝過程中，由于長度方向過長，中間部分剛度不足問題。

對雙L型變位機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)分析[3]，配電房成品重量約為17t，將模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench中固定座兩端進(jìn)行固定，對中間平面加載重力，可得到變形和應(yīng)力，其中變形最大處約為35mm，最大應(yīng)力處為534MPa。根據(jù)材料Q235特性，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)屈服強(qiáng)度。綜上所述，雙L型變位機(jī)在解決大型配電房過程中欠佳。

從焊接工藝角度考慮，雙L型變位機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)工件焊縫理想狀態(tài)的最佳位置，即得到船型焊縫，若從實現(xiàn)方式來研究，此種變位機(jī)實現(xiàn)難度系數(shù)較大，除了變位機(jī)本身，還需要增加其他輔助設(shè)備，配電房的高度約3m，輔助設(shè)備實現(xiàn)相當(dāng)困難，我們可以對變位機(jī)構(gòu)的優(yōu)選[4]。

焊件的長度方向增加，對于雙L型變位機(jī)可實現(xiàn)程度是降低的，剛度問題是其中最主要一方面問題，而對于翻轉(zhuǎn)工作臺由于液壓缸的分布位置可以減小平臺的剛度問題，因此，焊接質(zhì)量可以保證。

從工藝性與可實現(xiàn)性方面考慮，工藝性加好的為雙L型變位機(jī) ，可以將90%的焊縫轉(zhuǎn)化為船型焊縫，但是從可實現(xiàn)性較為困難。而對于翻轉(zhuǎn)工作平臺則來說，恰恰相反，可實現(xiàn)性較為容易，焊縫工藝性一部分轉(zhuǎn)化為船型焊約為70%，其余的轉(zhuǎn)換為橫焊縫，焊縫位置工藝得到較大的優(yōu)化。

2.2 翻轉(zhuǎn)工作平臺

實現(xiàn)自動焊接的翻轉(zhuǎn)工作平臺，包括底座、支撐翻轉(zhuǎn)機(jī)架、液壓驅(qū)動及壓力傳感器、活動銷軸組件、和夾具部分。底座通過活動銷軸與支撐翻轉(zhuǎn)機(jī)架鏈接，待焊工件通過夾具固定在支撐翻轉(zhuǎn)機(jī)架上。當(dāng)一側(cè)活動銷軸脫離連接處時，通過液壓缸伸出機(jī)構(gòu)推動支撐翻轉(zhuǎn)機(jī)架實現(xiàn)了支撐翻轉(zhuǎn)機(jī)架連同待焊工件與另一側(cè)底座的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而達(dá)到焊接的最佳位置，方便機(jī)械手施焊，具有良好的焊接工藝[5]。

焊裝工作平臺一個工位1，在翻轉(zhuǎn)至45°，大型配電房的重心基本上處于翻轉(zhuǎn)支架的小平面正上方，此時液壓缸基本不受力，整體趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

翻轉(zhuǎn)工作平臺作為一種焊縫改善型變位機(jī)，其主要功能在于首先將兩條20米的仰焊縫轉(zhuǎn)化為橫焊縫，從而解決機(jī)械手焊接困難問題；其次將平焊縫轉(zhuǎn)化為船型焊縫，從而改善焊接質(zhì)量。

翻轉(zhuǎn)工作平臺改善焊縫情況從數(shù)量級別上，可以得到兩條長達(dá)20米的仰焊縫通過焊裝工平臺轉(zhuǎn)化為焊接質(zhì)量相對其較好的橫焊縫，其中從焊接質(zhì)量來講，最佳焊接位置是船型焊縫，其次是平焊縫和橫焊縫，最后是仰焊縫。y軸表示焊縫的長度，總共六條焊縫，約為120米。變位前兩條仰焊縫分別位于配電房左上方，右上方，共計40米，變位后轉(zhuǎn)化為橫焊縫；四條平焊縫約分別位于右下方，左下方，頂板兩邊，共計80米，變?yōu)楹筠D(zhuǎn)化為船型焊縫。

將模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench中對翻轉(zhuǎn)工作平臺做整體靜力學(xué)分析，首先將配電房簡化為一個剛體，在重力作用下可以得到翻轉(zhuǎn)工作平臺的整體應(yīng)力云圖。最大值能達(dá)到6.7MPa，材料Q235完全符合的使用要求。

在對翻轉(zhuǎn)工作平臺進(jìn)行靜力學(xué)分析完成以后，再對翻轉(zhuǎn)工作平臺在完成45°翻轉(zhuǎn)，平臺的受力情況，主要分布在，翻轉(zhuǎn)支架小平的正下方，其中最大應(yīng)力約為105MPa。

3 結(jié)束語

通過對雙L型變位機(jī)和翻轉(zhuǎn)工作平臺的對比，可知，雖然雙L型變位機(jī)可實現(xiàn)360°變位，對于大型配電房來說：從實現(xiàn)的可能性角度考慮難以實現(xiàn)。從焊縫合理性角度考慮，雖然翻轉(zhuǎn)工作平臺沒有回轉(zhuǎn)變位機(jī)優(yōu)越，但對于解決大型配電房焊縫位置改善問題上有顯著的提高，因此，翻轉(zhuǎn)工作平臺更具有實際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李愛華，李國平.集裝箱制造中的焊接變形和焊接缺陷[J].機(jī)械制造與自動化，2006（01）：48-52.

[2]葛福華，李祥忠，朱峰.大型構(gòu)件焊接變位機(jī)的設(shè)計[J].電焊機(jī)，2003（11）：38-40.

[3]倪妍婷，趙國奇，姚進(jìn).基于ANSYS Workbench的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動主軸優(yōu)化分析[J].成都大學(xué)學(xué)報，2014，33（03）：272-274.

[4]馬杰.新型變位機(jī)的設(shè)計與研究[M].上海：上海交通大學(xué)，2010（06）.

[5]宋學(xué)志.焊接變位機(jī)的運(yùn)動規(guī)劃與到位精度研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.