平衡重叉車貨叉架焊接生產線設計

馬闖，葛暉，王仲恒，滕紀云，石靜，康凱

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 命題來源及輸入條件

1.1 命題來源

本文主要源自中機第一設計研究院有限公司承攬的某叉車公司新建生產廠房的工程設計任務，其中筆者負責結構件車間的工藝設計。

1.2 生產任務

車間主要負責叉車結構件的焊接生產，本文所涉及的生產線主要負責平衡重式叉車的貨叉架的拼點及焊接生產。年產量為36 000 件，生產性質屬于大批量生產。

本項目焊接所有各種板材及型材零件均為外購，到場后可直接用于拼點焊接，無須進行切割及加工工作。

1.3 工作班次

根據生產任務及綱領，本焊接生產線為三班制生產，工藝設備設計年時基數為5 010h，工人設計年時基數為第一、二班1 780h，第三班1 445h【1】。相應設備及生產人員也按照三班計算。

2 主要設計原則

本項目設定的生產規模較大，相應的固定資產投資也會比較高，但項目產品市場的成長是逐步的，所以，為了節約投資、降低風險，在設備選型時應注意分步投資的可行性，同時，需要考慮達綱年以前生產組織的便利性，整個項目做到一次規劃、分步實施。

本項目生產批量大，質量要求高，所以盡量選用智能化焊接生產線，并要求焊接機械手完成焊率為100%，即機械手完成焊后沒有人工補焊，僅對部分問題焊縫進行修補焊接。

焊接生產線內工序間的運輸及上下件盡量選用自動輸送線和搬運機械手來完成。大量自動化設備的選用，有利于提高產品質量及一致性、減少用工風險，降低生產成本，提高生產計劃的準確性以便更好地組織生產。

焊接工作站設計時盡量選用雙焊接機械手，以提高生產效率，控制焊接變形，提高產品質量。

另外，各焊接生產線均配備小型MES 系統，并預留出與全廠MES 系統的接口，實現智能化，便于智能排產、生產管理，提高產品的可追蹤性和可追溯性。

3 選用的生產工藝說明

貨叉架焊接生產工藝流程如圖1 所示。

圖1 貨叉架焊接生產流程圖

由于貨叉架具有結構相對簡單、生產工序少、所用零件種類少等特點，故本項目采用全自動生產線進行生產。

貨叉架中的立板與總成拼在一起后將沒有足夠的空間進行滾輪軸焊接，故需要先將立板與滾輪軸焊到一起。本項目選用1 臺焊接工作站配備1 臺抓取機械手來完成立板與滾輪軸的焊接。首先，機械手將立板抓取至焊接工裝上并夾緊，再將滾輪軸逐個抓取到裝焊胎上定位并有焊接機械手進行拼點焊接，拼點完成后由焊接機械手進行完成焊，全部焊接完成后由抓取機械手抓取立板并放置到貨叉架總成來料臺上備用。

貨叉架總成拼點工位同樣由1 臺焊接機械手加1 臺抓取機械手組成，抓取機械手將子件抓取放置到拼點工裝以后由焊接機械手進行拼點。全部拼點完成后由抓取機械手將貨叉架總成抓取至暫存工位等待總成完成焊。

完成焊焊接工作站由雙工位變位機和2 臺焊接機械手組成，2 臺機械手同時對稱焊接，既能提高生產效率又能有效地控制焊接變形。雙工位變位機的外側可以在不影響內側工位焊接過程的同時完成上下件工作，大大提高焊接機械手的利用率，降低投資及車間使用面積。另外，焊接變位機配有反變形工裝，以消除焊后校型工序，縮短工藝路線，提高生產效率。

完成焊后的貨叉架由桁架抓手下件并送至下線緩存工位，緩存冷卻后再由人工進行檢查、修補、清理、涂裝前屏蔽等工作。

4 主要設計亮點

4.1 自動化拼點

本生產線選用抓取機械手配合焊接機械手在拼點工裝上實現了自動化拼點工作，機械手自動抓取零件并定位，實現了無人化的拼點工作。整個過程無人工參與，故可以解放勞動力、提高生產效率、提高產品質量及其穩定性。

4.2 自動輸送及上下件系統

本生產線選用了桁架抓手來實現貨叉架總成由拼點工位到完成焊焊接工作站再到下線緩存工位的運輸及完成焊焊接工作站的上下件工作，可以避免對人工的依賴，有效提高線內各生產設備的利用率，從而達到減少投資、節省生產面積的效果。

4.3 雙焊接機械手焊接

由于貨叉架結構簡單且完全對稱，故本項目選用了雙機械手同時焊接的形式，且雙機械手同時焊接的利用率達到90%以上，可以有效提高生產效率、提高輔助設備利用率，同時，還能很好地控制焊接變形并提高生產效率。

4.4 反變形工裝的選用

貨叉架的結構特征決定其焊接完成后必然會產生焊接變形，且變形形式及變形量比較穩定，于是，本項目選用了反變形工裝，通過反變形夾緊來控制工件變形，待焊接完成退掉工裝后，工件在焊接收縮力的作用下自然伸直，達到產品質量的要求。此技術的采用減少了焊后校型工序、縮短了工藝流程、減輕了工人的勞動強度、提高了產品質量及其穩定性。

4.5 選用雙工位焊接變位機

生產線選用了雙工位變位機，內部工位進行機械手焊接，外部工位完成工件的上下件工作，避免了因上下件時間及對上下件設備的等待而造成的主設備停機，可以有效地提高焊接機械手的利用率，從而降低設備投資、節約生產面積。

5 結語

本文對平衡重叉車貨叉架焊接生產線進行了介紹，設計過程中采用了先進的生產工藝及設備。通過對生產線各工序進行設備配置調整，基本上能夠達到各生產工序間的工時平衡，提高了各生產設備的利用率。目前，此項目已進入實施階段，達產后必將大幅提升實施企業的產能及生產質量，同時，降低單臺產品的生產成本。