一种基于PC 预制生产线的焊接主机开发

徐鑫，裴娟苗，许富青

（湖南三一快而居住宅工业有限公司研究院，长沙410011）

1 引言

混凝土预制件（PC）被广泛应用于建筑、交通、水利等领域，在国民经济中扮演重要的角色。随着国家对建筑产业化政策的调整、对节能环保要求的不断提高及劳动力成本的大幅增长，装配式建筑得到了快速发展，配套PC 预制生产线也变得越来越主流。PC 构件生产中使用的钢筋网片需求迅速增长，带动了钢筋焊网设备的快速发展[1]。

为满足提高生产效率，节约制造成本，降低空间占用率等国内PC 预制市场的实际需求，本文介绍一款智能钢筋网片焊接机器人（线），技术处于国内领先水平。其采用的焊接主机在满足目前PC 产能的基础上，实现了低成本，高集成，高效率的设计。本设备为国内首台针对PC 预制构件生产线定制开发的钢筋焊网设备。

2 结构设计

2.1 项目背景

目前，传统的网片焊接主机主要有2 种布局方式：（1）多变压器并列布置，回路独立；（2）双变压双回路伺服驱动布置。第一种布局方式如图1 所示，优点为焊接速度快，但结构复杂且成本很高，需要客户大量的投入。常用结构为一个变压器对应2 组焊接电极。焊接工件时，上电极整体下压，变压器错峰依次放电，单轮焊接时间小于2s。第二种布局方式如图2 所示，优点为变压器较少，但焊接速率较低，焊头采用伺服电机移动，结构较复杂，成本也较高。此布局所有焊接回路电流均为左右两侧变压器提供，由伺服系统驱动上电极移动，对上下电极中间的工件依次焊接，单轮焊接时间小于10s。

为提高PC 预制生产线的生产效率、降低制造成本低、减少耗能及提高智能化程度，开发了一款基于PC 预制生产线的焊接主机。

图1 多变压器并列布置

图2 双变压双回路伺服驱动布置

2.2 总体设计

如图3 所示，1 及1忆分别为左机身及右机身；2 左焊接变压器及2忆右焊接变压器分别布置在左右机身内；3 上电极组整排布置在4 上横梁上；7 下电极组整排布置于14 下横梁上。2 左焊接变压器通过5 左导电装置连接左侧一半的上电极组；通过6 左导电装置二连接左侧一半的下电极组，上电极组通过气动或液压驱动与下电极组连接，下电极组通过安装在9辅助支撑的气动或液压驱动装置上下运动，形成作用回路。同理，5忆右导电装置连接右侧一半的上电极组，6忆右导电装置二连接右侧一半下电极组，形成作用回路。3 上电极组中单个电极有多个焊点，可实现同时焊接一个或多个点，节约焊接时间。本焊接主机可实现针对不同直径钢筋，有不同焊点位置，根据图纸的需求焊接，且焊接参数可调。8 纵向钢筋导向装置采用喇叭筒等间距并排，扩口为钢筋入口，缩口为钢筋出口，通过气动或液压驱动控制实现向上送钢筋焊接电极处。10 横筋系统布置在3 上电极组后面，横筋通过横筋系统的斜面导向，经过由气动或液压驱动控制打开的11 开门机构，钢筋滑落至焊接电极处，吸附在固定于下横梁上的12 定位架，与纵筋会合，实现接触点焊接。焊接好的网片送入13 接网架。

本结构优点包括：（1）焊接变压器、一侧上电极组、同侧对应下电机组及连接装置形成作用双回路，减少焊接变压器使用数量，节约成本；（2）电极组整排布置，从中间向两边依次焊接，焊接时长短，提高生产效率；（3）单个电极有多个焊点，可实现同时焊接一个或多个点，节约焊接时间。

图3 总体结构图

3 结构校核

本文采用Ansysworkbench 对本文的焊接主机进行强度、刚度校核。

网片机焊接主机采用电阻焊，本方案将常规变压器由16组减小到2 组等定制化设计。本装备采用了专业焊接控制器可存储多种焊接规范，其适应范围广，焊接性能稳定、质量高。焊接压力采用气源，可得单个焊接气缸所需压力为：

式中，D为钢筋直径，取最大值12mm；F为焊接所需压力。本方案采用了16 组焊接气缸，总压力达16伊5000=80 000N；

考虑极限工况，结构校核按1.5 倍系统加载，即按总的焊接压力1.2t 计算。焊接主机强度计算结果如图4 所示，刚度计算结果如图5 所示。

图4 强度校核计算

图5 刚度校核计算

由以上分析可知，结构在极限工况下的最大应力值为260MPa，小于钢材345MPa 的屈服强度，且其大片应力在100MPa 以下，结构在极限工况下最大变形为3mm，满足使用要求。

4 结语

本文所述焊接主机结构简单，且控制简单；刚度、强度均满足设计需求；经济性好，后期在PC 领域可推广使用。