裝載機動臂矯正工裝的自動化改造

李慧瓊，梁春芝，王俊梁

（1.廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.廣西科技大學，廣西 柳州 545005）

0 前言

動臂是輪式裝載機中連接車身和鏟斗的結構件，由橫梁和兩塊動臂板焊接而成，在裝載和挖掘承受工作載荷，在挖掘插入物料時所受的沖擊載荷最大，因此，動臂的質量關系裝載機的整體性能[1]。動臂焊接時動臂板僅內側受熱導致彎曲收縮變形，兩端的開檔尺寸a變小。測量數據表明，焊后收縮尺寸為0～14 mm，離橫梁越遠，收縮變形越大。而為了保證后道工序的加工余量，必須經過矯正的方法保證兩端的開檔尺寸及與中心線對稱要求，工藝要求動臂兩端的內開檔尺寸（a±2）mm，對稱度≤2 mm，如圖1所示。本項目主要解決目前矯正工序存在的質量穩(wěn)定性差、反饋率高、效率低及勞動強度大等問題，對現有工裝進行自動化改造，意圖將手動矯正系統(tǒng)改造成為自動液壓矯正系統(tǒng)，形成一套高效節(jié)能、操作簡單、精度高的矯正系統(tǒng)[2]，使其測量、操作自動化，保證測量精度，提高生產效率。為工裝的自動化、智能化發(fā)展奠定基礎。

圖1 動臂結構及工藝要求

1 現狀及存在的問題

矯正變形的方法，實質上是以新的變形來抵消已產生的變形。常用的方法有火焰矯正法（火工矯正）與機械矯正（壓力矯正）法兩種。但在大批量生產中，以機械矯正為主。具體操作步驟如下：

（1）動臂吊運到矯正平臺后，首先工人用長直尺緊靠在動臂某一外側毛坯面上，由肉眼判斷動臂偏差方向及粗略估計偏差大小，如圖2所示。

圖2 手動矯正判斷方法

（2）手動控制油缸矯正該側，直至肉眼判斷矯正到位；

（3）用卷尺測量動臂板之間總長度即兩端的開檔尺寸，獲取另一側動臂板的偏差距離，如圖3所示；

（4）再手動控制油缸矯正另一側的一端，直至開檔尺寸滿足要求。另一端，按同樣方法，直至矯正完成。

圖3 手動矯正測量方法

目前的矯正方式存在如下問題：

（1）矯正動臂時手動操縱液壓油缸，并反復測量，操作繁瑣，勞動強度大，對人員的技能要求高，依賴經驗判斷。

（2）測量尺寸靠鋼尺組合來完成，人員造成的誤差不可控，控制精度不足，工序質量符合率低（僅60%合格），工序間返工率高。

（3）油缸運動方式是單獨動作，矯正一臺動臂時間長，效率低（約20 min/臺），尤其是變形不穩(wěn)定情況，需要反復進行。

2 自動化矯正方案提出

為解決動臂在焊后手動矯正過程中存在矯正時間長、測量精度低、勞動強度大、返修率高等問題，需要搭建一套動臂智能矯正系統(tǒng)，且具備以下功能：自動夾緊工件、自動測量、數據采集與存儲、自動控制油缸伸縮量及矯正次數。因此，需要在原來所采用的手動整理工裝的基礎上進行全面改造，通過增加自動控制系統(tǒng)、激光測距傳感器及自動夾緊裝置來實現。項目的難點在于找中心線、矯正時工件的穩(wěn)定性、液壓油缸伸縮量的控制、程序邏輯的編寫及如何測量。經過大量數據收集、系統(tǒng)開發(fā)模擬測試，最終將定位點設置在橫梁的內搭子面上（其中一面），但動臂橫梁的必須是滿足要求的。激光測距儀測量該定位面的距離，自動模擬出中心線。通過增加橫梁的壓緊油缸保證矯正時工件的穩(wěn)定性。

（1）矯正過程：激光測量基準面→后置程序計算出中心線位置→以中心線為基準，測量與前后4個塔子的位置→后置程序將所測的值與標準值對比，得出需要矯正的距離→動臂矯正系統(tǒng)通過控制電磁閥，控制油缸不斷矯正動臂搭子分中→直至動臂前后搭子中心與橫梁搭子的中心重合→傳感器讀取最終數值并保存在系統(tǒng)中。

（2）數據測量方式：通過安裝5個激光傳感器測量各動臂搭子實時尺寸，按比例輸出標準數據信號。

（3）數據采集：通過數據采集卡對激光傳感器輸出的動臂分中尺寸數據信號進行自動采集，送到上位機中進行分析、處理。

（4）數據分析：將通過數據采集卡采集開檔尺寸的數據輸入電腦，電腦通過控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令，由D/A轉換器將指令轉換為電信號，電信號輸入電控閥，從而實現液壓油缸的動作。

（5）控制系統(tǒng)：基于 Labview軟件自主開發(fā)動臂自動矯正控制系統(tǒng)，構建操作界面，通過后置處理將測量所得動臂分中數據對比，計算轉化為電信號輸入控制器，控制油缸伸縮，從而實現自動化。

3 自動化矯正工裝的總體設計

通過在原工裝的基礎上改造，增加自動控制系統(tǒng)、激光測距傳感器及自動夾緊裝置，從而實現了檢測、校正、反饋、檢驗全過程的自動化控制。

（1）夾緊方式改進：橫梁處原為手動夾緊改為液壓自動夾緊，增加橫梁處軸的液壓壓緊裝置。如圖4中①④。

（2）定位方式改進：于動臂外側添加傳感器，獲取動臂橫梁搭子內表面的位置，從而準確調整動臂位置----通過兩側油缸不斷調整動臂，使動臂基準與工裝基準線重合，確保矯正精度，如圖4中②③。

（3）矯正方式改進：添加4個傳感器，一側2個，位于整個平臺中心線上，并做成導軌可前后移動，以適用于不同型號動臂車架孔與鏟斗孔的測量----獲取車架孔、鏟斗孔位置，通過程序控制油缸，實現自動矯正，如圖4中⑦。

（4）液壓系統(tǒng)的改進：通過改進液壓管路、系統(tǒng)等將原手動控制改為自動控制。

（5）其他硬件的添加：在工裝左右兩側增加激光校準塊，以便于定期檢驗激光測距傳感器測量的準確性，如圖4中⑤。

圖4 工裝整體方案

4 應用效果

（1）除了吊運外，實現一鍵按鈕，矯正全過程的自動完成，消除人為因素引起的檢測誤差，降低勞動強度；

（2）Labview自行開發(fā)控制系統(tǒng)，根據需要可設計多個界面，有自動矯正界面及手動矯正界面；

（3）效率由原20 min/臺提升至10 min/臺；質量由原合格率50.6%提升至98%，大幅度減少工序內反饋率及機加工序的刮面余量；

（4）讀數精度由原鋼尺讀數精度1 mm提升至感應器讀數精度0.01 mm，滿足測量精度要求；

（5）所有矯正數據實現自動存檔，便于協(xié)同分析，利于研究動臂變形規(guī)律與質量評估。

5 結束語

工裝通過改造后達到預期目標，目前該技術已應用于5 t及6 t機型，下一步將推廣至大噸位機型，提高了質量及效率，降低了勞動強度。