推土機鏟刀自動化焊接技術研究

翟 浩，胡 凱，谷浩鵬，金 丹

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

推土機鏟刀是完成推挖、平整、回填等土石方作業的主要工作裝置，由于受力較大，對其焊接質量要求較高，因此焊接質量對其使用壽命起著決定性作用。目前，鏟刀在生產過程中，普遍采取“地攤式”人工焊接，且受其結構限制，焊接過程中無法目測，焊接質量難以保證，生產效率低下；另一方面，由于焊接過程中采用行車進行翻轉，工件在空中被吊起，翻轉過程中存在較大安全隱患。如何實現推土機鏟刀自動化焊接[1]，成為工程技術人員亟須解決的技術問題。本文通過研究分析自動化焊接技術[2]，并結合鏟刀自身結構特點，研究出一種新型推土機鏟刀結構及其自動化焊接系統，實現了這些大型工作裝置的自動化焊接，焊接質量得到大幅度提升，同時提高了生產效率，降低了操作者勞動強度，消除了作業安全隱患。

1 鏟刀結構特點介紹

推土機鏟刀結構一般為弧形板+大后壁板+筋板+端蓋板結構形式（圖1），近似為0.4m×1.5m×4m 左右長方體，后壁板近似為U 形折彎結構，整體為由弧形板與后壁板形成的中空焊接結構（圖2）。筋板位于弧形板跟后壁板形成的內腔內，數量較多，且筋板與后壁板、弧形板連接處均要求焊接。整個內腔最窄處寬度僅100mm左右，要求在100mm×200mm的截面上，有沿鏟刀寬度方向焊縫長達4m，類似輪船船艙內部分焊縫，由于空間狹窄，焊縫施焊難度較大。

圖1 鏟刀整體結構

圖2 鏟刀后壁板結構

2 鏟刀生產工藝現狀及存在問題

目前，對于狹長形狀焊接結構內腔焊縫，通用做法是采取重力焊或者使用加長焊槍進行焊接。重力焊使用重力焊條，在焊接過程中存在煙霧量大、污染嚴重、焊接變形量大、無法目測、焊接質量難以保證等問題。為減少焊接煙霧量大、改善勞動條件，部分廠家采用加長焊槍焊接鏟刀內腔焊縫，焊接方式為CO2氣體保護焊，只是把焊槍加長了，同樣存在著焊接時目測不到，焊接質量無法保證的問題。同時，不管采用以上哪種焊接方式，目前均為人工“地攤式”焊接，焊接過程中鏟刀翻轉困難，勞動強度大，存在較大安全隱患等問題，如何實現鏟刀這種大型工作裝置的自動化焊接，成為我們亟需解決的技術問題。

3 新型推土機鏟刀結構

通過對鏟刀結構進行研究，為了實現自動化焊接，首先須解決這種大后壁板與弧形板形成的內腔焊縫無法由機器人焊接的問題，使所有焊縫都可以由機器人進行焊接，決定把整個U 形大后壁板分為3 個小U 形板，具體在鏟刀上的布置為沿鏟刀高度方向中間1 個U 形板，上下各1 個U形板（圖3），兩U 形板之間由一平板進行搭接連接，同時取消內腔里面的筋板。這樣所有焊縫焊接時，均為外部焊縫，不再存在內腔焊縫不易施焊的問題。

圖3 新型推土機鏟刀結構

4 新型推土機鏟刀自動化焊接系統

根據新型鏟刀結構特點，并結合目前工程機械領域自動化焊接技術[3]應用情況，設計一種推土機鏟刀自動化焊接系統（圖4），該系統主要包括焊接機器人裝置、C 形雙回轉變位裝置[4]、智能控制裝置和外圍安全裝置。焊接機器人裝置（圖5）包括多軸焊接機械手、龍門結構、Y 軸移動機構、X 軸移動機構和Z 軸升降機構；C 形雙回轉變位裝置包括立柱、第一翻轉機構、C 形架、第二翻轉機構、第三翻轉機構、第一夾具座和第二夾具座；智能控制裝置包括冷卻水循環系統、焊接電源及送絲控制器、系統集成控制柜、機器人控制柜和變穩壓器。

圖4 鏟刀自動化焊接系統結構示意圖

圖5 焊接機器人裝置結構示意圖

C 形雙回轉變位裝置包括立柱、第一翻轉機構、C 形架、第二翻轉機構、第三翻轉機構、第一夾具座和第二夾具座，立柱底部通過螺栓與地面固定連接，C 形架通過第一翻轉機構與立柱相連接，第一夾具座和第二夾具座設置在C 形架的兩端，第一夾具座和第二夾具座分別通過第二翻轉機構、第三翻轉機構與C 形架相連接，該變位裝置可實現鏟刀2 個垂直面內360°翻轉，焊接范圍大。

智能控制裝置包括冷卻水循環系統、焊接電源、送絲控制器、系統集成控制柜、機器人控制柜和變穩壓器，焊接電源和送絲控制器與多軸焊接機械手相連接，控制焊接參數，機器人控制柜和冷卻水循環系統與Y 軸移動機構、X 軸移動機構、Z 軸升降機構相連接，控制多軸焊接機械手的工作位置和各軸的冷卻，系統集成控制柜與C形雙回轉變位裝置相連接，控制工件的翻轉，通過該裝置可實現機器人與變位機的高效聯動，工件翻轉變位精度高，有效避免焊偏現象的出現。

5 結語

為解決人工焊接鏟刀過程中存在的無法目測、焊接質量難以保證、翻轉困難、勞動強度大等問題，一方面通過對鏟刀結構進行分析研究，另一方面結合目前自動化焊接技術在工程機械領域的應用情況，研究設計出一種新型鏟刀結構及其自動化焊接系統。通過對該新型結構鏟刀及其自動化焊接系統試驗應用，可使焊接質量大幅度提升，鏟刀整體結構強度得到加強，同時生產過程中裝夾方便、快捷、安全牢靠，焊接效率提升30%以上，機器人可焊率達到85%以上，減少了人工焊接作業量，大幅度降低了工人勞動強度，有效改善了車間作業環境。