煤礦掘進機鏟板自動化焊接生產線規劃與應用

朱曉歡，張 磊，李 明

（三一重型裝備有限公司 遼寧 沈陽 110027）

1 引言

掘進機是煤礦生產設備，鏟板部是在掘進機作業時其最主要的支撐機構，同時又是其物料收集運輸部分的源頭（鏟板部結構如圖1），所以對鏟板結構件的整體性能要求很高。

圖1 鏟板部結構示意圖

鏟板部由于其形狀特殊、結構較為復雜，一般的自動化焊接設備難以實現100%焊接，故此一般企業均采用具有較強靈活性的手工氣保焊進行焊接作業，但手工焊受操作者技能、狀態等人為因素影響較大，焊接質量不穩定、效率較低，而且近年來人工成本持續增加。隨著工業4.0在機械行業的逐步推廣，機器人由于具有高精度、高效率、高靈活性等優點，采用機器人焊接代替人工焊接已成為焊接生產的發展方向。本文規劃設計一條鏟板自動化焊接生產線，以提高產品的焊接質量穩定性和生產效率。

2 產品結構分析

鏟板部主要由左右側鏟板、主鏟板、驅動回收裝置組成，側鏟板采用一次焊接完成，主鏟板焊接分為一次分體焊接、二次主體焊接、三次總成焊接。

3 生產工藝流程分析及規劃

3.1 工藝流程分析

原鏟板焊接中心所有組對工位均采用人工劃線進行組對，焊接工位均采用多名操作者同時作業，所有工位共同使用車間內3臺龍門吊或叉車進行物流周轉。人工焊接生產線節拍最長工位為主鏟板二次焊接工位，節拍390min，整條焊接生產線操作者共計12人。

3.2 工藝流程規劃

鏟板自動化焊接生產線按照各工位節拍平衡的思路進行規劃，設計為一個流9工位的布局，通過合理分配各個工位間作業內容，平衡各個工位生產節拍，提高產能。為保證產品一致性，所有組對工位均采用半自動專用液壓組對工裝進行組對。側鏟板焊接工位采用2臺焊接機器人，主鏟板一次、二次、三次焊接工位分別采用2臺、2臺、1臺焊接機器人，所有工位均配備KBK柔性軌道吊，工序間配自動板式輸送鏈和RGV轉運車用于半成品自動轉運，通過自動化控制，減少人力投入及等待造成的浪費，提高生產效率。生產線規劃方案如圖2所示。

采用自動化焊接生產線之后，整線節拍由390min壓縮至300min，整線生產線產能提高30%，焊接中心單班操作者由12人壓縮至10人。

3.3 生產線主要設備

該自動化焊接生產線主要由7套半自動液壓組對工裝、7個焊接機器人工作站、9套KBK柔性軌道吊、2條板式輸送鏈、2臺RGV物流車組成。

（1）液壓組對工裝

圖2

7套液壓組對工裝分別為：左右側鏟板液壓組對工裝、主鏟板鏟尖液壓組對工裝、主鏟板中間箱液壓組對工裝、主鏟板耳板箱液壓組對工裝、主鏟板主體液壓組對工裝、主鏟板總成液壓組對工裝。液壓工裝由PLC、液壓缸、線性導軌、壓爪、電磁吸盤、伸縮定位銷等組成，人工上件后，液壓缸頂推到位，壓爪及電磁吸盤吸附定位后，人工進行定位焊固定。

（2）焊接機器人

7個焊接機器人工作站分別為：左右側鏟板焊接機器人工作站、主鏟板鏟尖焊接機器人工作站、主鏟板中間箱/耳板箱焊接機器人工作站、主鏟板主體焊接機器人工作站、主鏟板總成焊接機器人工作站。焊接機器人工作站均采用6軸工業機器人+2個外部軸的倒掛結構，機器人型號為Fanuc M20iA，配弧焊軟件包（有尋點、電弧跟蹤、多層多道焊接等功能）。焊機型號為Fronius Tps5000CMT數字焊機，具有一元化設置功能，采用數字信號處理器DSP，通過微處理的精確運算來控制焊機的各項性能及工作過程，焊接性能極好，具有送絲監控、冷卻水監控、防高溫過燒監控等功能。焊槍使用TBI RM81W 45°水冷焊槍，焊槍具備防碰撞功能。變位機均采用雙回轉變位機，工作站內布局最終通過robot guide仿真軟件仿真模擬確定，確保焊接可達性。

（3）物流設備

各個工位均配有獨立的KBK柔性軌道吊，以保證各工位作業生產需求，減少等待時間。工位間配備2條板式輸送鏈、1臺RGV物流車用于工位間物流輸送。

共建在組對工位組對完成后通過板式輸送鏈或RGV物流車將待焊件轉運至焊接工位，焊接完成后通過板式輸送鏈及RGV物流車轉運至清理工位。

板式輸送鏈和機器人通過PLC進行通訊，機器人焊接完成后板式輸送鏈定時啟動。RGV物流車通過PLC進行控制，根據主鏟板各工位的物流需求按鈕進行啟動。

4 結語

通過對掘進機鏟板部焊接結構進行分析，對各個工位作業內容進行重新分配及優化，重新規劃了鏟板焊接生產線工藝流程和布局，通過引入焊接機器人、半自動液壓組對工裝、KBK柔性軌道吊、板式輸送鏈等先進生產設備，成功將鏟板焊接生產線改造成了一條自動化焊接生產線，整線生產線產能提高30%，焊接自動化率達到90%以上。

[1] 王元良.論焊接科學與工程[J].電焊機，2003，33（7）：1-5.

[2] 黃水兒，焊接機器人在車身生產線中的規劃設計[J].機電技術，2004（01）：68-72.

[3] 王文其，焊接新技術新工藝實用指導手冊[M].哈爾濱：黑龍江文化音像出版社，2007.