穿帶自動(dòng)冷彎焊接一體機(jī)的研究與應(yīng)用

摘要：為提高穿帶效率，滿足生產(chǎn)要求，通過(guò)對(duì)穿帶壓平定位、冷彎成型、穿帶成型等工序集一體的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、加強(qiáng)筋（短節(jié)鋼筋）輸送上料裝置、設(shè)置帶檢測(cè)調(diào)節(jié)功能、雙槍三維聯(lián)動(dòng)自動(dòng)焊接裝置、PLC整體控制系統(tǒng)等進(jìn)行分步研發(fā)整合，實(shí)現(xiàn)了穿帶從原料到成品的標(biāo)準(zhǔn)化、批量化、自動(dòng)化流水線生產(chǎn)。穿帶自動(dòng)冷彎焊接一體機(jī)可根據(jù)井下支護(hù)需求制作多規(guī)格穿帶，即時(shí)供應(yīng)，立等可取，無(wú)縫對(duì)接井下一線支護(hù)需求，為礦山井下支護(hù)提供有力保障，完全實(shí)現(xiàn)穿帶自制自足。

關(guān)鍵詞：穿帶加工；自動(dòng)化；冷彎；焊接；一體機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353""""""""""文章編號(hào)：1001-1277（2024）08-0072-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240811

引"言

錨桿穿帶支護(hù)原理是利用管縫錨桿將穿帶固定到需錨固頂幫上，通過(guò)2根或多根錨桿嵌入巖石中，使錨桿及錨桿盤(pán)靠近巖石鎖住穿帶，兜托住因構(gòu)造可能產(chǎn)生的險(xiǎn)石，也可縫合需填充材料的裂隙，因二者或多者相互銜接，達(dá)到錨固頂幫巖石的目的［1-2］。

山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦（下稱(chēng)“焦家金礦”）為山東黃金集團(tuán)有限公司下屬的核心企業(yè)，1980年建成投產(chǎn)，是中國(guó)黃金行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模最大的現(xiàn)代化礦山之一，下轄焦家礦區(qū)、望兒山礦區(qū)、焦家村東礦區(qū)、寺莊礦區(qū)4個(gè)礦區(qū)，2022年黃金累計(jì)產(chǎn)量10 036 kg。隨著焦家金礦掘進(jìn)量的逐年增長(zhǎng)和安全質(zhì)量要求的提高，穿帶需求量也隨之增加。原穿帶加工方式依賴(lài)人工，無(wú)法滿足日常生產(chǎn)要求，且存在外購(gòu)成本高、物流采購(gòu)周期長(zhǎng)、加工規(guī)格不能隨支護(hù)情況及時(shí)調(diào)整等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，焦家金礦研發(fā)了一種穿帶自動(dòng)化加工裝置，實(shí)現(xiàn)了穿帶自動(dòng)冷彎焊接，在滿足加工規(guī)格與使用要求的同時(shí)，還提高了生產(chǎn)效率。

1"原穿帶制作工藝

原穿帶制作工藝流程為：①圓鋼兩側(cè)煨彎，人工將直徑為12 mm的圓鋼在彎曲機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)上煨彎；②整型、搬運(yùn)，整型后將穿帶半成品搬運(yùn)至焊接臺(tái)；③加強(qiáng)筋擺放，將4節(jié)短節(jié)鋼筋擺放在相應(yīng)位置上；④焊接，人工進(jìn)行逐一焊接；⑤打捆運(yùn)輸至成品區(qū)。

原穿帶制作工藝要求同時(shí)工作人數(shù)不少于3人，加工1件穿帶用時(shí)9 min，存在人工成本高、制作效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、成品不夠標(biāo)準(zhǔn)等弊端，但所需設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行、養(yǎng)護(hù)及維修成本較低。

2"穿帶自動(dòng)化加工裝置研發(fā)

采用工藝流程分解、理論研究、三維建模、設(shè)備考察、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等手段，深入探討需要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的環(huán)節(jié)，遵循運(yùn)動(dòng)傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換的原則，綜合應(yīng)用機(jī)械本體技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)、伺服技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，分別對(duì)穿帶生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、職能組成要素進(jìn)行設(shè)計(jì)［3-6］。

通過(guò)x軸導(dǎo)軌、y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊槍的三維運(yùn)動(dòng)，使其能夠移動(dòng)到工作臺(tái)焊接位置處進(jìn)行焊接；通過(guò)長(zhǎng)鋼筋定位結(jié)構(gòu)對(duì)長(zhǎng)鋼筋進(jìn)行定位，利用兩端的彎折機(jī)構(gòu)對(duì)長(zhǎng)鋼筋進(jìn)行彎折使其成型；利用短鋼筋上料裝置將短鋼筋送至工作臺(tái)上并通過(guò)短鋼筋定位機(jī)構(gòu)對(duì)其定位，使短鋼筋和長(zhǎng)鋼筋連接，然后利用焊槍在二者的接觸位置焊接，加工完成后使其成為穿帶，也就是穿帶成型；通過(guò)工作臺(tái)的翻轉(zhuǎn)使穿帶落到下料架上通過(guò)下料架滑出到接料位置［7-8］。整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了穿帶加工的自動(dòng)化，各機(jī)構(gòu)之間協(xié)同配合，使穿帶易于成型，提高了加工效率，滿足了加工規(guī)格與使用要求。

2.1"穿帶壓平定位、冷彎成型裝置

穿帶壓平定位、冷彎成型的作業(yè)流程共4步：①圓鋼進(jìn)入工作臺(tái)本體上部一側(cè)的長(zhǎng)定位槽，用于對(duì)長(zhǎng)鋼筋進(jìn)行定位，而其另一側(cè)是一個(gè)定位面，用來(lái)保證彎折后的另一側(cè)鋼筋位置不偏移；②折彎柱由驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)沿弧形軌道運(yùn)動(dòng)，且能夠使待加工長(zhǎng)鋼筋貼緊在弧形折彎面并沿著弧形折彎面折彎；③短鋼筋定位槽貫穿長(zhǎng)鋼筋定位槽的內(nèi)側(cè)面和長(zhǎng)鋼筋定位面，能夠保證對(duì)短鋼筋的定位，同時(shí)還能使短鋼筋和長(zhǎng)鋼筋接觸以保證將短鋼筋焊接到長(zhǎng)鋼筋上；④氣缸驅(qū)動(dòng)壓桿上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短鋼筋的壓緊，以確保焊接位置準(zhǔn)確，利于后續(xù)的焊接。

穿帶壓平定位冷彎成型的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)由工作臺(tái)本體、長(zhǎng)鋼筋定位槽、長(zhǎng)鋼筋定位面、折彎柱、弧形軌道、短鋼筋定位槽、壓桿、連接軸、氣缸、電動(dòng)機(jī)、連接件等部件組成。通過(guò)長(zhǎng)鋼筋定位機(jī)構(gòu)、折彎?rùn)C(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)組件、短鋼筋定位機(jī)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)等協(xié)調(diào)運(yùn)行使其成為一個(gè)穿帶結(jié)構(gòu)（即穿帶成型），實(shí)現(xiàn)穿帶成型的自動(dòng)化，以利于后續(xù)焊槍在該工作臺(tái)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接［9］。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)側(cè)視圖見(jiàn)圖1。

2.2"短節(jié)鋼筋輸送上料裝置

短節(jié)鋼筋輸送上料裝置由料倉(cāng)、棘輪、小錐齒輪、電動(dòng)機(jī)、大錐齒輪、直線驅(qū)動(dòng)器件、支架、工作臺(tái)、定位槽、壓緊桿、放料面、出料口、連接軸等部件組成。短節(jié)鋼筋輸送上料裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2-a），部分結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-b）。

短節(jié)鋼筋輸送上料裝置的料倉(cāng)底部設(shè)置有壓力傳感器，檢測(cè)料倉(cāng)內(nèi)有無(wú)鋼筋，提醒操作人員及時(shí)裝料；通過(guò)設(shè)置棘輪，與料腔中的放料面配合，將短節(jié)鋼筋從下往上撥動(dòng)，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)短節(jié)鋼筋的撥動(dòng)，使其有序推送；定位槽與壓緊桿配合調(diào)節(jié)鋼筋在工作臺(tái)上的位置，有利于下一工序的焊接。

2.3"雙槍三維聯(lián)動(dòng)自動(dòng)焊接裝置

機(jī)床床體的后部設(shè)置有沿其縱向方向安裝的x軸導(dǎo)軌，x軸導(dǎo)軌上裝有z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝有y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝有焊槍。

x軸導(dǎo)軌采用伺服電動(dòng)機(jī)加減速機(jī)，齒輪齒條傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模式，伺服電動(dòng)機(jī)配高精度減速機(jī)、精細(xì)研磨斜齒輪及齒條，保證了高效的傳動(dòng)效率和較小的傳動(dòng)誤差。在空移動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，運(yùn)行速度可達(dá)300 mm/t；z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用帶斷電制動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)，做垂直上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)焊槍提升；y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因運(yùn)行距離較短，速度較慢，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)的傳動(dòng)模式，可與x軸導(dǎo)軌聯(lián)動(dòng)做斜線的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)x軸導(dǎo)軌、y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了焊槍的三維聯(lián)動(dòng)，使其能夠移動(dòng)到工作臺(tái)焊接位置處進(jìn)行焊接［10］。穿帶自動(dòng)冷彎焊接一體機(jī)效果圖見(jiàn)圖3。

2.4"PLC整體控制系統(tǒng)

穿帶自動(dòng)化加工裝置控制系統(tǒng)由PLC編程加觸摸屏人機(jī)界面控制，操作簡(jiǎn)單方便，工作性能穩(wěn)定可靠，集機(jī)、電、氣、控于一體。程序設(shè)置配方組，以便更換不同工件時(shí)焊接參數(shù)自動(dòng)調(diào)入，沒(méi)有焊接經(jīng)驗(yàn)的工人也能操作機(jī)器。

3"應(yīng)用效果

穿帶自動(dòng)冷彎焊接一體機(jī)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了鋼筋冷彎、短鋼筋下料及其壓緊、焊接等穿帶加工的自動(dòng)化，各機(jī)構(gòu)之間協(xié)調(diào)配合一次性成型，提高了加工效率；采用伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)冷彎模具彎曲到位，省去了人工整形，采用三維聯(lián)動(dòng)自動(dòng)焊接，大大提高加工質(zhì)量；設(shè)計(jì)兩側(cè)冷彎模具及進(jìn)料倉(cāng)手動(dòng)可調(diào)，可加工型號(hào)不同的穿帶；實(shí)現(xiàn)機(jī)械化批量生產(chǎn)，降低了能耗，操作簡(jiǎn)單方便，原來(lái)穿帶加工需3人配合完成，現(xiàn)僅需1人，節(jié)約了人工成本；降低了外購(gòu)穿帶高人工費(fèi)、高材料費(fèi)、高運(yùn)輸費(fèi)的成本開(kāi)支，自制成本為外購(gòu)成本的40 %，可大大節(jié)省穿帶支護(hù)的成本支出。

4"結(jié)"語(yǔ)

穿帶自動(dòng)冷彎焊接一體機(jī)可根據(jù)井下支護(hù)需求制作多規(guī)格穿帶，即時(shí)供應(yīng)，立等可取，無(wú)縫對(duì)接井下一線支護(hù)需求，實(shí)現(xiàn)了穿帶從原料到成品的標(biāo)準(zhǔn)化、批量化、自動(dòng)化流水生產(chǎn)，在滿足加工規(guī)格與使用要求的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，為礦山井下支護(hù)提供有力保障。該裝置的成功應(yīng)用說(shuō)明，機(jī)、電、液一體化技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于礦山生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的優(yōu)化改造和研發(fā)中，實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人”。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Research and application of an integrated machine

of automatic cold bending and welding for threading

Li Honghong

（Jiaojia Gold Mine，Shandong Gold Mining （Laizhou） Co.，Ltd.）

Abstract：To improve threading processing efficiency and meet production requirement，by step-by-step research and integration of processes such as threading flattening and positioning，cold bending forming，thread forming on a rotary worktable，a reinforcement bar （short rebar） conveying and feeding device，setting a detection and adjustment function，a dual-gun 3D linkage automatic welding device，and a PLC integrated control system，the standardized，mass-producing and automated assembly line production of threading from raw materials to finished products was achieved.This allows for the production of various specifications of threading based on underground support needs，providing immediate supply，ready-to-use products，and seamless integration with underground frontline support requirements.This ensures strong support for underground support in the mining department，fully achieving self-sufficiency in thread-ing production.

Keywords：threading processing;automation;cold bending;welding;integrated machine