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液压支架焊接机器人来了!

2017-08-02

  近几年来,中国工业正在进行着一场“机器人化”的革命,特别是在弧焊领域,2005年以后,机器人以平均每年130%的速度递增。


  据统计,到2007年底全世界在役的焊接机器人安装总量已接近40万台。焊接机器人作为一种先进的焊接设备,其应用得到了大力推广,是我国焊接业进入自动化时代的一个重要标志。


  随着科技水平的进步,人们对焊接质量的要求也越来越高。但现有液压支架生产与机器人自动化焊接在工艺顺序、精度控制、生产效率等方面存在诸多兼容性问题。


  液压支架智能焊接系统关键技术及其逻辑关系


  这是天地科技股份有限公司开采设计事业部任怀伟在新近发表的《液压支架机器人智能焊接生产线研发与应用》中指出的液压支架机器人智能焊接系统构成。其中机器人焊接系统是液压直接智能化焊接研究的核心。


  2015年,由天地科技股份有限公司与山能重装集团新汶分公司共同承担的“高端液压支架智能焊接加工车间”项目顺利通过国家验收,该项目成为国内首套煤机装备液压支架智能焊接生产线。


  该车间自2015年3月起至2015年8月,经过6个月的工业性试运行,累计完成6种型号液压支架主筋贴板、连杆及结构件(顶梁、掩护梁及底座)共计10 000余件的焊接。液压支架年生产能力可达到2 000架,效率较人工焊接提高100%,操作人员减少70%。


  项目创新开发了大型结构件机器人焊接专业控制程序,攻克了分层多道焊接、激光传感、格子间变形适应性等关键技术。这在任怀伟的研究中也有详细的说明。


  分层多道焊接程序及数据库


  人工焊接通常都是先对所有焊缝进行整体打底,再进行盖面焊接。即先焊接所有焊缝的第1道焊缝,再完成所有焊缝的盖面焊接。但目前机器人无法实现这一功能。为了解决这一问题,开发了焊接液压支架专用的分层多道焊接程序及数据库。数据库可同时记录最多10条焊缝的打底焊信息,并将自动生成的盖面焊接的每一道焊接工艺参数写入数据库,且与其所属焊缝的焊接顺序一一对应,从而实现分层多道焊接。解决了集中焊接局部焊缝造成的热输入量过大的问题,从而减小焊接变形及内应力,有效改善结构件的焊后力学状态。


  格子间变形适应性技术


  改变4条焊缝独立焊接的方式,将格子间底部焊缝作为1条完整焊缝,通过检测格子间对角线长度来判断焊缝尺寸变化,有效提升检测及焊接效率;同时将起弧点设置在焊缝中央,减少应力集中。


  激光跟踪技术


  首次将激光焊缝跟踪技术应用于液压支架结构件外焊缝焊接。激光跟踪传感器被安装在焊枪上端,通过捕捉焊缝反射的条纹,计算生成焊缝截面尺寸。基于液压支架焊缝成型特征,激光传感器只扫描焊缝起点、终点和中间3个位置的信息,差值形成整条焊缝的实际形状,作为焊接过程中调节焊接参数(焊接速度、填充量)的依据。


  在解决技术难题的同时,还研发了与之相适应的硬件系统,包括与机器人焊接控制系统配套的外部轴、工件夹具、生产线、物流等子系统及装置,从而实现液压支架结构件焊接、翻转、上下料、运输等工艺流程的自动化。


  作者简介:任怀伟(1980—),男,河北廊坊人,副研究员,博士。Tel:010-84263142,E-mail:renhuaiwei@tdkcsj.com


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  责任编辑:宫在芹
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