一種基于PC 預制生產線的焊接主機開發

徐鑫，裴娟苗，許富青

（湖南三一快而居住宅工業有限公司研究院，長沙410011）

1 引言

混凝土預制件（PC）被廣泛應用于建筑、交通、水利等領域，在國民經濟中扮演重要的角色。隨著國家對建筑產業化政策的調整、對節能環保要求的不斷提高及勞動力成本的大幅增長，裝配式建筑得到了快速發展，配套PC 預制生產線也變得越來越主流。PC 構件生產中使用的鋼筋網片需求迅速增長，帶動了鋼筋焊網設備的快速發展[1]。

為滿足提高生產效率，節約制造成本，降低空間占用率等國內PC 預制市場的實際需求，本文介紹一款智能鋼筋網片焊接機器人（線），技術處于國內領先水平。其采用的焊接主機在滿足目前PC 產能的基礎上，實現了低成本，高集成，高效率的設計。本設備為國內首臺針對PC 預制構件生產線定制開發的鋼筋焊網設備。

2 結構設計

2.1 項目背景

目前，傳統的網片焊接主機主要有2 種布局方式：（1）多變壓器并列布置，回路獨立；（2）雙變壓雙回路伺服驅動布置。第一種布局方式如圖1 所示，優點為焊接速度快，但結構復雜且成本很高，需要客戶大量的投入。常用結構為一個變壓器對應2 組焊接電極。焊接工件時，上電極整體下壓，變壓器錯峰依次放電，單輪焊接時間小于2s。第二種布局方式如圖2 所示，優點為變壓器較少，但焊接速率較低，焊頭采用伺服電機移動，結構較復雜，成本也較高。此布局所有焊接回路電流均為左右兩側變壓器提供，由伺服系統驅動上電極移動，對上下電極中間的工件依次焊接，單輪焊接時間小于10s。

為提高PC 預制生產線的生產效率、降低制造成本低、減少耗能及提高智能化程度，開發了一款基于PC 預制生產線的焊接主機。

圖1 多變壓器并列布置

圖2 雙變壓雙回路伺服驅動布置

2.2 總體設計

如圖3 所示，1 及1憶分別為左機身及右機身；2 左焊接變壓器及2憶右焊接變壓器分別布置在左右機身內；3 上電極組整排布置在4 上橫梁上；7 下電極組整排布置于14 下橫梁上。2 左焊接變壓器通過5 左導電裝置連接左側一半的上電極組；通過6 左導電裝置二連接左側一半的下電極組，上電極組通過氣動或液壓驅動與下電極組連接，下電極組通過安裝在9輔助支撐的氣動或液壓驅動裝置上下運動，形成作用回路。同理，5憶右導電裝置連接右側一半的上電極組，6憶右導電裝置二連接右側一半下電極組，形成作用回路。3 上電極組中單個電極有多個焊點，可實現同時焊接一個或多個點，節約焊接時間。本焊接主機可實現針對不同直徑鋼筋，有不同焊點位置，根據圖紙的需求焊接，且焊接參數可調。8 縱向鋼筋導向裝置采用喇叭筒等間距并排，擴口為鋼筋入口，縮口為鋼筋出口，通過氣動或液壓驅動控制實現向上送鋼筋焊接電極處。10 橫筋系統布置在3 上電極組后面，橫筋通過橫筋系統的斜面導向，經過由氣動或液壓驅動控制打開的11 開門機構，鋼筋滑落至焊接電極處，吸附在固定于下橫梁上的12 定位架，與縱筋會合，實現接觸點焊接。焊接好的網片送入13 接網架。

本結構優點包括：（1）焊接變壓器、一側上電極組、同側對應下電機組及連接裝置形成作用雙回路，減少焊接變壓器使用數量，節約成本；（2）電極組整排布置，從中間向兩邊依次焊接，焊接時長短，提高生產效率；（3）單個電極有多個焊點，可實現同時焊接一個或多個點，節約焊接時間。

圖3 總體結構圖

3 結構校核

本文采用Ansysworkbench 對本文的焊接主機進行強度、剛度校核。

網片機焊接主機采用電阻焊，本方案將常規變壓器由16組減小到2 組等定制化設計。本裝備采用了專業焊接控制器可存儲多種焊接規范，其適應范圍廣，焊接性能穩定、質量高。焊接壓力采用氣源，可得單個焊接氣缸所需壓力為：

式中，D為鋼筋直徑，取最大值12mm；F為焊接所需壓力。本方案采用了16 組焊接氣缸，總壓力達16伊5000=80 000N；

考慮極限工況，結構校核按1.5 倍系統加載，即按總的焊接壓力1.2t 計算。焊接主機強度計算結果如圖4 所示，剛度計算結果如圖5 所示。

圖4 強度校核計算

圖5 剛度校核計算

由以上分析可知，結構在極限工況下的最大應力值為260MPa，小于鋼材345MPa 的屈服強度，且其大片應力在100MPa 以下，結構在極限工況下最大變形為3mm，滿足使用要求。

4 結語

本文所述焊接主機結構簡單，且控制簡單；剛度、強度均滿足設計需求；經濟性好，后期在PC 領域可推廣使用。