一種基于PC 預(yù)制生產(chǎn)線的焊接主機(jī)開(kāi)發(fā)

徐鑫，裴娟苗，許富青

（湖南三一快而居住宅工業(yè)有限公司研究院，長(zhǎng)沙410011）

1 引言

混凝土預(yù)制件（PC）被廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演重要的角色。隨著國(guó)家對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)化政策的調(diào)整、對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高及勞動(dòng)力成本的大幅增長(zhǎng)，裝配式建筑得到了快速發(fā)展，配套PC 預(yù)制生產(chǎn)線也變得越來(lái)越主流。PC 構(gòu)件生產(chǎn)中使用的鋼筋網(wǎng)片需求迅速增長(zhǎng)，帶動(dòng)了鋼筋焊網(wǎng)設(shè)備的快速發(fā)展[1]。

為滿足提高生產(chǎn)效率，節(jié)約制造成本，降低空間占用率等國(guó)內(nèi)PC 預(yù)制市場(chǎng)的實(shí)際需求，本文介紹一款智能鋼筋網(wǎng)片焊接機(jī)器人（線），技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。其采用的焊接主機(jī)在滿足目前PC 產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了低成本，高集成，高效率的設(shè)計(jì)。本設(shè)備為國(guó)內(nèi)首臺(tái)針對(duì)PC 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線定制開(kāi)發(fā)的鋼筋焊網(wǎng)設(shè)備。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目背景

目前，傳統(tǒng)的網(wǎng)片焊接主機(jī)主要有2 種布局方式：（1）多變壓器并列布置，回路獨(dú)立；（2）雙變壓雙回路伺服驅(qū)動(dòng)布置。第一種布局方式如圖1 所示，優(yōu)點(diǎn)為焊接速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本很高，需要客戶大量的投入。常用結(jié)構(gòu)為一個(gè)變壓器對(duì)應(yīng)2 組焊接電極。焊接工件時(shí)，上電極整體下壓，變壓器錯(cuò)峰依次放電，單輪焊接時(shí)間小于2s。第二種布局方式如圖2 所示，優(yōu)點(diǎn)為變壓器較少，但焊接速率較低，焊頭采用伺服電機(jī)移動(dòng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。此布局所有焊接回路電流均為左右兩側(cè)變壓器提供，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)上電極移動(dòng)，對(duì)上下電極中間的工件依次焊接，單輪焊接時(shí)間小于10s。

為提高PC 預(yù)制生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、降低制造成本低、減少耗能及提高智能化程度，開(kāi)發(fā)了一款基于PC 預(yù)制生產(chǎn)線的焊接主機(jī)。

圖1 多變壓器并列布置

圖2 雙變壓雙回路伺服驅(qū)動(dòng)布置

2.2 總體設(shè)計(jì)

如圖3 所示，1 及1憶分別為左機(jī)身及右機(jī)身；2 左焊接變壓器及2憶右焊接變壓器分別布置在左右機(jī)身內(nèi)；3 上電極組整排布置在4 上橫梁上；7 下電極組整排布置于14 下橫梁上。2 左焊接變壓器通過(guò)5 左導(dǎo)電裝置連接左側(cè)一半的上電極組；通過(guò)6 左導(dǎo)電裝置二連接左側(cè)一半的下電極組，上電極組通過(guò)氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)與下電極組連接，下電極組通過(guò)安裝在9輔助支撐的氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)裝置上下運(yùn)動(dòng)，形成作用回路。同理，5憶右導(dǎo)電裝置連接右側(cè)一半的上電極組，6憶右導(dǎo)電裝置二連接右側(cè)一半下電極組，形成作用回路。3 上電極組中單個(gè)電極有多個(gè)焊點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)焊接一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，節(jié)約焊接時(shí)間。本焊接主機(jī)可實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同直徑鋼筋，有不同焊點(diǎn)位置，根據(jù)圖紙的需求焊接，且焊接參數(shù)可調(diào)。8 縱向鋼筋導(dǎo)向裝置采用喇叭筒等間距并排，擴(kuò)口為鋼筋入口，縮口為鋼筋出口，通過(guò)氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)向上送鋼筋焊接電極處。10 橫筋系統(tǒng)布置在3 上電極組后面，橫筋通過(guò)橫筋系統(tǒng)的斜面導(dǎo)向，經(jīng)過(guò)由氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)控制打開(kāi)的11 開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)，鋼筋滑落至焊接電極處，吸附在固定于下橫梁上的12 定位架，與縱筋會(huì)合，實(shí)現(xiàn)接觸點(diǎn)焊接。焊接好的網(wǎng)片送入13 接網(wǎng)架。

本結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)包括：（1）焊接變壓器、一側(cè)上電極組、同側(cè)對(duì)應(yīng)下電機(jī)組及連接裝置形成作用雙回路，減少焊接變壓器使用數(shù)量，節(jié)約成本；（2）電極組整排布置，從中間向兩邊依次焊接，焊接時(shí)長(zhǎng)短，提高生產(chǎn)效率；（3）單個(gè)電極有多個(gè)焊點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)焊接一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，節(jié)約焊接時(shí)間。

圖3 總體結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)構(gòu)校核

本文采用Ansysworkbench 對(duì)本文的焊接主機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核。

網(wǎng)片機(jī)焊接主機(jī)采用電阻焊，本方案將常規(guī)變壓器由16組減小到2 組等定制化設(shè)計(jì)。本裝備采用了專(zhuān)業(yè)焊接控制器可存儲(chǔ)多種焊接規(guī)范，其適應(yīng)范圍廣，焊接性能穩(wěn)定、質(zhì)量高。焊接壓力采用氣源，可得單個(gè)焊接氣缸所需壓力為：

式中，D為鋼筋直徑，取最大值12mm；F為焊接所需壓力。本方案采用了16 組焊接氣缸，總壓力達(dá)16伊5000=80 000N；

考慮極限工況，結(jié)構(gòu)校核按1.5 倍系統(tǒng)加載，即按總的焊接壓力1.2t 計(jì)算。焊接主機(jī)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如圖4 所示，剛度計(jì)算結(jié)果如圖5 所示。

圖4 強(qiáng)度校核計(jì)算

圖5 剛度校核計(jì)算

由以上分析可知，結(jié)構(gòu)在極限工況下的最大應(yīng)力值為260MPa，小于鋼材345MPa 的屈服強(qiáng)度，且其大片應(yīng)力在100MPa 以下，結(jié)構(gòu)在極限工況下最大變形為3mm，滿足使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所述焊接主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且控制簡(jiǎn)單；剛度、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)需求；經(jīng)濟(jì)性好，后期在PC 領(lǐng)域可推廣使用。