焊接機器人在軌道交通裝備制造中的應用

劉寧

摘要：伴隨著我國軌道交通建設步伐的加快，對軌道交通裝備制造的要求也越來越高。焊接機器人憑借其自動化、智能化和柔性化等特點，在軌道交通裝備制造中發(fā)揮了重要作用。因此文章重點就焊接機器人在軌道交通裝備制造中的應用展開相關探討。

關鍵詞：焊接機器人;軌道交通;裝備制造;應用

焊接機器人這一系統(tǒng)具有綜合性和復雜性，為良好應用焊接機器人，應該將應用對象選擇好，將工藝準備和工裝結(jié)構(gòu)設計工作做好，保證上道工序產(chǎn)品生產(chǎn)管理以及質(zhì)量可以滿足焊接機器人開展工作的要求。并在長時間的使用中積累更多經(jīng)驗，從而在制造軌道交通裝備過程中將焊接機器人作用充分發(fā)揮出來。

1焊接機器人技術

1.1 焊縫跟蹤技術

在焊接機器人中焊縫跟蹤技術十分重要，在焊接過程中，使用焊接跟蹤技術智能化診斷焊接過程，以此結(jié)合實際焊接狀況調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，將焊接質(zhì)量提高。這一焊接技術主要是以悍接機器人布置的傳感器為基礎，通過傳感器對焊接過程進行檢測，并運用控制理論方法，對焊接路線會產(chǎn)生的偏移值進行計算，進而向控制中心及時傳送數(shù)據(jù)，對焊接機器人焊接的路徑加以控制?，F(xiàn)階段神經(jīng)網(wǎng)絡技術和模糊數(shù)字技術有著較為廣泛的應用，這能夠在一定程度上提高這一技術的智能化程度，目前我國開始推廣使用系統(tǒng)化焊接機器人的焊接跟蹤系統(tǒng)。

1.2 離線編程和規(guī)劃路徑技術

離線編程和規(guī)劃路徑技術是通過控制器編程來設定控制焊接機器人的程序，此外按照焊接任務實際內(nèi)容與質(zhì)量要求等參數(shù)有效編程焊接路徑。編程焊接路徑過程中應該重視焊接軌跡以及溫度等，從而全自動化控制焊接過程。現(xiàn)階段離線編程和規(guī)劃路徑技術較為成熟，通過編程可以達到焊接機器人自動化焊接這一目的，也可以確保焊接質(zhì)量一致性。但是因為焊接機器人存在較為復雜的焊接路徑，無法達成全自動編程。

1.3 多機器人協(xié)調(diào)控制技術

在焊接機器人實際應用過程中，因為焊接目標通常有較大的體積，所以大多數(shù)情況下需要使用多個焊接機器人共同作業(yè)?；谶@一情況，應該使用多機器人的協(xié)調(diào)控制技術來協(xié)調(diào)多個機器人工作路徑和工作面?，F(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了越來越多的焊接目標大型化情況，為確保多焊接機器人安全、順利開展復雜焊接操作流程，十分有必要提前對控制機器人的工作路徑和動作進行協(xié)調(diào)。

2焊接機器人在制造交通軌道裝備中的具體應用

2.1 焊接機器人在制造交通軌道裝備中的具體應用

在制造交通軌道裝備過程中焊接機器人的應用有以下幾種：①焊接 HXD3C 型電力機車的底架牽引梁橫梁、中梁橫梁以及旁承梁橫梁等外部焊縫;②焊接 HXD3C 型的電力機車底架牽引梁整體、中梁整體以及旁承梁整體等外部焊縫;③焊接 HXD3C 型電力機車的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架牽引梁、前端梁、后端梁、中梁、右側(cè)梁及左側(cè)梁等外部焊縫;④焊接 LTZ-800 型處理路基車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)梁外部焊縫;⑤焊接各類出口機車和調(diào)車機車的箱型梁外部焊縫;⑥焊接風缸環(huán)焊縫以及縱焊縫。焊接機器人的特點是具有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量、優(yōu)美焊縫外觀等，其可通過尋找以及示教功能，利用編程對程序進行優(yōu)化，以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。在這

之中焊接機器人選用L型變位機的，因為變位機能夠靈活地進行位置擺放，設計開發(fā)其工裝，在焊接多種鋼結(jié)構(gòu)上都適用。

2.2 實例分析

機車底架是車體與轉(zhuǎn)向架之間的連接部件，它是機車車體的關鍵承載部件，其焊接質(zhì)量直接影響機車的運行安全。目前機車車體的許多部件，比如枕梁、邊梁、箱型梁、弦梁等，均實現(xiàn)了自動焊，大幅降低了勞動強度，并保證了焊接質(zhì)量。但是，由于底架是由多個大部件組焊而成的復雜焊接結(jié)構(gòu)，受到焊接收縮的影響，底架的裝配一致性差;并且機車底架吊運采取兩臺天車同時協(xié)作的方式，底架在變位機上的重復定位精度低，不能滿足自動化焊接高精度的要求，因此，車體底架的焊接仍在采用手工焊，存在勞動強度大、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的情況，亟需對機車底架的自動焊進行工藝攻關。

2.2.1底架的結(jié)構(gòu)組成

HXD1底架是一個由底架地板、牽引梁、枕梁、變壓器梁、邊梁等多個大部件組焊而成的復雜焊接結(jié)構(gòu)，長度為17 086 mm，寬度為3100mm，質(zhì)量為18 687 kg。

2.2.2底架自動焊設備

底架的自動化焊接采用型號為QRC 410E 的焊接機器人（以下簡稱“底架二轉(zhuǎn)機器人”），主要由2套機械手、2 套 C 型架、1 套直線導軌和 2 個轉(zhuǎn)胎組成。該機器人系統(tǒng)共有 13 個軸，其中 7 個機器人軸、6 個外部軸，可以滿足底架正、反面焊縫的焊接要求。為了使機器人可以焊接主要車型的底架，底架二轉(zhuǎn)機器人的轉(zhuǎn)胎部分進行了通用化設計。轉(zhuǎn)胎由底部支撐、齒圈支撐座、支撐齒圈、下壓齒圈、側(cè)翻預防塊、側(cè)面頂緊螺桿、扶手、吊環(huán)和電機等部分組成。2個轉(zhuǎn)胎可分別在底部支撐上移動，移動范圍為5 700 mm，可夾持長度范圍為7000～ 15000mm。轉(zhuǎn)胎上的側(cè)面頂緊裝置和側(cè)翻預防裝置可以進行調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn) 2.6～3.3 m 不同寬度工件的裝夾。基于模塊化、柔性化的設計理念，轉(zhuǎn)胎采用齒輪傳動方案，使其滿足了高精度的傳動要求，實現(xiàn)了所有主型機車底架的通用。

2.2.3自動焊工藝的應用

為了驗證底架的自動焊工藝，制作了比例為1∶1的 HXD1 底架試件。如圖1所示，采用先進的電弧跟蹤技術和激光傳感技術，按照上述底架的自動焊工藝方案，在底架二轉(zhuǎn)機器人上對 HXD1 底架試件進行了自動化焊接。底架正反面焊縫的表面成型美觀，無氣孔、咬邊等焊接缺陷產(chǎn)生。底架地板的焊接變形小，底架地板的平面度在2mm/2m以內(nèi)。對底架試件自動焊焊縫進行了取樣，其中典型的焊縫如：底架地板與邊梁梁體對接焊縫 6HV/6HV、底架地板與牽引梁上蓋板連接焊縫 6HV /6HV及底架地板與箱型梁立板連接焊縫 10HY、a5。從焊接接頭宏觀金相可以看出焊縫熔合良好，

不存在未熔合、咬邊等焊接缺陷，說明底架的自動焊工藝方案滿足底架的自動化焊接要求。最終實現(xiàn)了機車底架的自動化焊接，并完成了HXD1底架的自動焊批量化生產(chǎn)。

總之，通過采用模塊化、柔性化的設計理念，轉(zhuǎn)胎采用齒輪傳動方案，使工裝滿足了自動焊高精度的傳動要求。通過采用先進的電弧跟蹤技術和激光傳感技術，解決了底架裝配一致性差的問題;對機車底架自動化焊接工藝展開了系統(tǒng)的研究，確定了合理的焊接順序，在機車行業(yè)首次實現(xiàn)了底架的自動化焊接。

參考文獻：

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