結(jié)構(gòu)件焊接機(jī)器人的改造及前后效率對(duì)比

楊忠寶 程小強(qiáng) 張金濤

摘要：鑒于公司焊接機(jī)器人的實(shí)際使用效果，為了能夠更好的發(fā)揮智能焊接機(jī)器人的作用，提高焊接效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，本文主要討論了焊接機(jī)器人在我公司前期應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方式。

Abstract： In view of the actual use effect of welding robot， in order to better play the role of intelligent welding robot， improve welding efficiency and reduce operating costs， this paper mainly discusses the problems and solutions of welding robot in the early application process of our company.

關(guān)鍵詞：智能焊接機(jī)器人;效率;焊接;改制

Key words： intelligent welding robot;efficiency;welding;reform

中圖分類(lèi)號(hào)：TG4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0076-02

隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的快速發(fā)展和大型能源基地的建設(shè)，現(xiàn)代化礦井采煤裝備大型化、自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)明顯，年產(chǎn)1000萬(wàn)噸以上的大型高端綜采裝備需求量越來(lái)越大;液壓支架是其中最為主要的設(shè)備。

焊接是液壓支架產(chǎn)品制造中最為主要的加工工藝，占其總生產(chǎn)周期的50%以上。按目前國(guó)內(nèi)液壓支架產(chǎn)品的年產(chǎn)量計(jì)算，每年用于液壓支架生產(chǎn)的鋼材用量約為200多萬(wàn)噸，而焊縫充填量占工件總重量的3～4%，焊絲的有效消耗量達(dá)8萬(wàn)噸，焊接量非常大。然而，由于結(jié)構(gòu)的特殊性和焊接工藝的復(fù)雜性，液壓支架目前還以手工焊接為主，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且無(wú)法保證焊接工作的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量的一致性，生產(chǎn)效率也無(wú)法進(jìn)一步提高，液壓支架結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)逐步過(guò)渡為智能化焊接是必然的發(fā)展趨勢(shì)，為順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)塔高公司陸續(xù)引進(jìn)一系列焊接機(jī)器人設(shè)備。

位于塔高公司3#、4#車(chē)間的CLOOS小貼板機(jī)器人（圖1）原設(shè)計(jì)用于主筋類(lèi)結(jié)構(gòu)件的焊接，但由于主筋類(lèi)結(jié)構(gòu)件外形較為復(fù)雜、重心位置偏差較大導(dǎo)致無(wú)法按原機(jī)器人設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用，之后用于連桿類(lèi)結(jié)構(gòu)件的焊接，但其功用與開(kāi)元流水線機(jī)器人（圖2）功用相同，并且只能焊接連桿類(lèi)工件。由于開(kāi)元流水線機(jī)器人能夠完全滿足連桿類(lèi)工件的焊接需求，從而導(dǎo)致CLOOS小貼板機(jī)器人設(shè)備長(zhǎng)期開(kāi)工率不足，造成設(shè)備閑置。

于是公司決定對(duì)CLOOS小貼板機(jī)器人進(jìn)行改造，如圖3和圖4分別為改制前后的機(jī)器人：

①去除機(jī)器人底座及變位機(jī)，降低機(jī)器人高度;

②把機(jī)器人本體搬遷進(jìn)1#車(chē)間，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn);

③調(diào)整操作系統(tǒng);

④加裝工作平臺(tái)使之能夠焊接其它結(jié)構(gòu)件。

改制后機(jī)器人平臺(tái)（圖5、圖6）的局限性：經(jīng)過(guò)試用，發(fā)現(xiàn)平臺(tái)不能自由定位工件，定位裝置直接焊接于平臺(tái)，導(dǎo)致每個(gè)平臺(tái)只能焊接一種工件無(wú)法通用，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

對(duì)平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，加裝定位附件：通過(guò)查閱圖紙，統(tǒng)計(jì)二十余型支架各結(jié)構(gòu)件尺寸，結(jié)合平面三點(diǎn)定位原則，設(shè)計(jì)制作平臺(tái)通用定位工裝（圖7、圖8），可根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)切換工件，實(shí)現(xiàn)通用化生產(chǎn)，通過(guò)加裝定位附件，改制機(jī)器人如滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)能230余噸，大幅提升智能焊接整體產(chǎn)能。

通過(guò)后續(xù)生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)在設(shè)備布局上存在一定的局限，改制機(jī)器人布置方式的局限性：按照原3#及4#車(chē)間的布置方式，兩臺(tái)智能焊接工作站（一臺(tái)工作站由兩只機(jī)械手組成）中心距為9米，隨著員工技能逐步提高，逐步具備同時(shí)操作兩臺(tái)工作站的能力。但工作站之間間距過(guò)大（圖9），出現(xiàn)工件與焊槍干涉、焊偏、焊渣阻塞導(dǎo)電嘴等問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致操作員工無(wú)法及時(shí)處理。同時(shí)各工作站平臺(tái)上的工件焊接完畢后，等待行車(chē)、新工件上下平臺(tái)等時(shí)間內(nèi)設(shè)備閑置，無(wú)法得到利用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)實(shí)測(cè)算，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間合計(jì)3小時(shí)20分鐘（包含校正程序及清槍剪絲時(shí)間），其中等待行車(chē)、上下工件、翻轉(zhuǎn)工件（連桿內(nèi)檔、側(cè)護(hù)板等）時(shí)間合計(jì)約50分鐘，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。

智能焊接事業(yè)部對(duì)設(shè)備布局進(jìn)行二次調(diào)整：

對(duì)設(shè)備布局、配電柜放置位置、工作平臺(tái)設(shè)置、廠房空間、安全道及護(hù)欄設(shè)置位置等進(jìn)行了測(cè)量并重新進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，經(jīng)過(guò)調(diào)整每個(gè)機(jī)械手左右均設(shè)有一個(gè)作業(yè)平臺(tái)（圖10），既可單獨(dú)操作也可與左右相鄰機(jī)械手組成工作站。

機(jī)械手兩側(cè)平臺(tái)均放置工件，當(dāng)一個(gè)工作平臺(tái)工件焊接完后可立即轉(zhuǎn)到另一側(cè)平臺(tái)進(jìn)行焊接，在焊接過(guò)程中完成對(duì)前一平臺(tái)的工件更換工作，增加平臺(tái)之后可節(jié)約生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間40分鐘左右。

根據(jù)寫(xiě)實(shí)測(cè)算，未增加平臺(tái)之前每班工作9個(gè)小時(shí)，純焊接時(shí)間約6個(gè)小時(shí)，每只機(jī)械手平均每班消耗40公斤焊絲;增加平臺(tái)后每只手臂可每班消耗4.44Kg，按5：100（焊絲重量與結(jié)構(gòu)件重量之比）計(jì)算，每天（兩班）每只手臂可增加產(chǎn)能177.6Kg，12只機(jī)械手合計(jì)每月可增加近63噸的產(chǎn)能。

通過(guò)上述設(shè)備改造、布局調(diào)整及設(shè)備維修保養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)智能焊接集約化生產(chǎn)，使設(shè)備完好率、設(shè)備開(kāi)機(jī)率、生產(chǎn)效率均大幅增長(zhǎng)，在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，月產(chǎn)能由原來(lái)300噸左右提升至600噸左右，增加產(chǎn)值70余萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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