结构件焊接机器人的改造及前后效率对比

杨忠宝 程小强 张金涛

摘要：鉴于公司焊接机器人的实际使用效果，为了能够更好的发挥智能焊接机器人的作用，提高焊接效率、降低运营成本，本文主要讨论了焊接机器人在我公司前期应用过程中出现的问题及解决方式。

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.

關键词：智能焊接机器人;效率;焊接;改制

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

中图分类号：TG4                                         文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0076-02

随着我国煤炭工业的快速发展和大型能源基地的建设，现代化矿井采煤装备大型化、自动化发展趋势明显，年产1000万吨以上的大型高端综采装备需求量越来越大;液压支架是其中最为主要的设备。

焊接是液压支架产品制造中最为主要的加工工艺，占其总生产周期的50%以上。按目前国内液压支架产品的年产量计算，每年用于液压支架生产的钢材用量约为200多万吨，而焊缝充填量占工件总重量的3～4%，焊丝的有效消耗量达8万吨，焊接量非常大。然而，由于结构的特殊性和焊接工艺的复杂性，液压支架目前还以手工焊接为主，工人劳动强度大，且无法保证焊接工作的稳定性和焊接质量的一致性，生产效率也无法进一步提高，液压支架结构件生产逐步过渡为智能化焊接是必然的发展趋势，为顺应行业发展趋势塔高公司陆续引进一系列焊接机器人设备。

位于塔高公司3#、4#车间的CLOOS小贴板机器人（图1）原设计用于主筋类结构件的焊接，但由于主筋类结构件外形较为复杂、重心位置偏差较大导致无法按原机器人设计进行应用，之后用于连杆类结构件的焊接，但其功用与开元流水线机器人（图2）功用相同，并且只能焊接连杆类工件。由于开元流水线机器人能够完全满足连杆类工件的焊接需求，从而导致CLOOS小贴板机器人设备长期开工率不足，造成设备闲置。

于是公司决定对CLOOS小贴板机器人进行改造，如图3和图4分别为改制前后的机器人：

①去除机器人底座及变位机，降低机器人高度;

②把机器人本体搬迁进1#车间，实现集约化生产;

③调整操作系统;

④加装工作平台使之能够焊接其它结构件。

改制后机器人平台（图5、图6）的局限性：经过试用，发现平台不能自由定位工件，定位装置直接焊接于平台，导致每个平台只能焊接一种工件无法通用，难以满足实际生产需要。

对平台进行改进，加装定位附件：通过查阅图纸，统计二十余型支架各结构件尺寸，结合平面三点定位原则，设计制作平台通用定位工装（图7、图8），可根据生产需要随时切换工件，实现通用化生产，通过加装定位附件，改制机器人如满负荷运转可以实现月产能230余吨，大幅提升智能焊接整体产能。

通过后续生产发现在设备布局上存在一定的局限，改制机器人布置方式的局限性：按照原3#及4#车间的布置方式，两台智能焊接工作站（一台工作站由两只机械手组成）中心距为9米，随着员工技能逐步提高，逐步具备同时操作两台工作站的能力。但工作站之间间距过大（图9），出现工件与焊枪干涉、焊偏、焊渣阻塞导电嘴等问题时，会导致操作员工无法及时处理。同时各工作站平台上的工件焊接完毕后，等待行车、新工件上下平台等时间内设备闲置，无法得到利用，根据现场写实测算，生产准备时间合计3小时20分钟（包含校正程序及清枪剪丝时间），其中等待行车、上下工件、翻转工件（连杆内档、侧护板等）时间合计约50分钟，生产效率相对较低。

智能焊接事业部对设备布局进行二次调整：

对设备布局、配电柜放置位置、工作平台设置、厂房空间、安全道及护栏设置位置等进行了测量并重新进行设计规划，经过调整每个机械手左右均设有一个作业平台（图10），既可单独操作也可与左右相邻机械手组成工作站。

机械手两侧平台均放置工件，当一个工作平台工件焊接完后可立即转到另一侧平台进行焊接，在焊接过程中完成对前一平台的工件更换工作，增加平台之后可节约生产准备时间40分钟左右。

根据写实测算，未增加平台之前每班工作9个小时，纯焊接时间约6个小时，每只机械手平均每班消耗40公斤焊丝;增加平台后每只手臂可每班消耗4.44Kg，按5：100（焊丝重量与结构件重量之比）计算，每天（两班）每只手臂可增加产能177.6Kg，12只机械手合计每月可增加近63吨的产能。

通过上述设备改造、布局调整及设备维修保养，实现智能焊接集约化生产，使设备完好率、设备开机率、生产效率均大幅增长，在满负荷运转的情况下，月产能由原来300吨左右提升至600吨左右，增加产值70余万元，取得了良好的经济效益。

参考文献：

[1]吕超荣.焊接机器人技术现状与发展趋势的研究[J].办公自动化杂志，2015（294）：52-54.

[2]霍厚志，黄程，张号，张元，齐俊滕.弧焊机器人焊接过程中常见问题分析[J].经验交流，2017（1）：50-53.

[3]王亮忠，樊哲亮.焊接机器人工作站在液压支架结构件焊接中的应用研究[J].煤矿机械，2013，34（7）：119-121.