新疆農機智能焊接制造業(yè)現(xiàn)狀

葛 勇，王旭峰，任 瑜，郭文松※

（1.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)現(xiàn)代農業(yè)工程重點實驗室）

0 引言

新疆是農業(yè)大省，也是農業(yè)機械制造大省。目前農機焊接制造行業(yè)依然是靠傳統(tǒng)的手工作業(yè)，新疆農機企業(yè)生產出的農機具普遍存在外觀粗糙、可靠性差、裝配精度低、作業(yè)不穩(wěn)定和生產效率低等問題。

高產能、高質量、高效率、低成本的生產方式是現(xiàn)代企業(yè)追求的目標，在當今用工荒、高技能焊接工少且用人成本高的現(xiàn)狀下，智能焊接的優(yōu)勢越發(fā)顯著。江西銅業(yè)加工事業(yè)部[1]建立了關于SCR銅桿的智能化工廠；中化泉州石化有限公司的大數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)[2]在智能化工廠生產中受到了用戶的認可；奇瑞汽車股份有限公司的宋亮[3]闡述了智能焊裝對汽車生產線的重要性和智能化焊接的優(yōu)勢。

本文重點介紹新疆棉花生產相關農業(yè)機械智能焊接制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展展望，為新疆農業(yè)機械智能焊接制造提出建議。

棉花是新疆的主要經濟作物，因此與棉花產業(yè)相關的農業(yè)機械占新疆農業(yè)機械的比重較大，對比東部沿海省份，新疆的智能焊接制造業(yè)起步時間晚，并且由于地理位置的限制，發(fā)展進程更為緩慢[4-5]。

經調研，目前新疆關于棉花機械的智能焊接設備主要有穴播器鴨嘴焊接、縱梁焊接、牽引架焊接、鎮(zhèn)壓輥焊接和噴料等，以此為例對新疆農機智能焊接制造業(yè)進行分析。

1 智能焊接現(xiàn)狀

1.1 穴播器鴨嘴焊接現(xiàn)狀

穴播器鴨嘴是穴播器的核心部件，新疆每年需要焊接的鴨嘴數(shù)量較多，約為400萬個。根據(jù)調研，穴播器鴨嘴焊接智能化程度低，新疆穴播器制造公司在鴨嘴的焊接上普遍依靠人工，部分公司如阿拉爾金準機械制造公司采用的是自主研發(fā)的半自動化焊接，如圖1。該公司的鴨嘴半自動焊接機器人工作時鴨嘴的腰帶、靜鴨嘴和鉸接擋片的定位、固定、夾緊和卸料均由人工完成，變位機的定位和焊接由機器人完成。焊接平臺分為兩個部分，一個是焊接靜鴨嘴和鉸接擋片，另一個是焊接腰帶和靜鴨嘴。該半自動焊接機器人的作業(yè)效率約為人工的2倍。半自動鴨嘴焊接存在的缺點包括需人工上料、夾緊、固定和卸料。

塔里木大學機械電氣化學院農機裝備智能制造團隊設計了一套全自動鴨嘴焊接機器人，如圖2。該機器人可以實現(xiàn)穴播器鴨嘴的腰帶、鉸接擋片和靜鴨嘴三個部件的自動上料、定位、夾緊、固定、焊接和一體化卸料，目前正在研究調試當中。

1.2 縱梁和牽引架焊接現(xiàn)狀

傳統(tǒng)覆膜播種機縱梁的加工采用的方式主要為機加工與焊接相結合，根據(jù)農作物實際的行距加工出所需的型材，各個型材之間的連接方式采用焊接，整個過程主要依靠人工完成。人力作業(yè)生產效率低且不能保證加工精度，導致廢品率上升，大大增加了生產成本。

新疆天誠農機具制造有限公司研發(fā)的縱梁焊接設備性能良好，焊接效果穩(wěn)定，能夠很好的進行焊接橫焊縫和立焊縫，其縱梁焊接效果圖如圖3。

阿拉爾金準機械制造公司的縱梁焊接設備與天誠農機具制造有限公司相比存在一些問題，初步考慮是由工件被切割的平整度和工件自身的結構如圓弧度等影響配合所致。

牽引架也是農業(yè)機械的重要部件，其焊接質量的好壞會直接影響機具的工作性能。新疆天誠農機具制造有限公司正在研制縱梁半自動化焊接裝備如圖4。在驗證此半自動化焊接設備的焊接效果時，發(fā)現(xiàn)由于焊接時產生的熱量會使工件受熱，出現(xiàn)工件無法取下和機器手移動會碰到工件的問題，解決思路是更換模具和規(guī)劃焊槍路徑。

1.3 鎮(zhèn)壓輥焊接現(xiàn)狀

鎮(zhèn)壓輥是棉花播種機的重要部件，目前新疆每年焊接的鎮(zhèn)壓輥數(shù)量約2萬個，普遍依賴人工焊接，焊接工作條件十分惡劣，焊接自動化已成為必然趨勢。

塔里木大學機械電氣化工程學院農機裝備智能制造團隊的郭文松設計了半自動鎮(zhèn)壓輥焊接機器人，該機器人采用直角坐標系運動控制方法控制焊槍的運槍軌跡，如圖5。該機器人的焊接質量遠高于人工，而且降低了人工勞動強度。目前該半自動化焊接設備工作可靠，每年完成焊接鎮(zhèn)壓輥10000個以上（圖6）。

此款半自動鎮(zhèn)壓輥焊接機器人焊接時，由于工件焊縫的問題，需要人工輔助調整焊縫位置。因此可以在此基礎上研發(fā)完成具備焊縫追蹤功能的鎮(zhèn)壓輥焊接機器人，在焊接時自動檢測焊縫位置變化，并自動調整焊槍的位置，使焊槍始終沿著焊縫位置進行焊接，同時始終保持焊槍與工件之間的距離恒定不變，保證最佳焊接條件，其三維圖如圖7。

3 結論與展望

依據(jù)實地調研情況分析，新疆地區(qū)的農機焊接制造業(yè)的智能化水平偏低，基本都是傳統(tǒng)手工作坊式制造，離全面智能焊接制造還存在較大差距。穴播器鴨嘴焊接、縱梁焊接和鎮(zhèn)壓輥焊接應用了半自動焊接設備，但都存在一些需要解決的問題，牽引架式半自動焊接設備還在研制當中。穴播器鴨嘴焊接和鎮(zhèn)壓輥焊接的全自動焊接設備在研制中，穴播器鴨嘴焊接應改進為上料、定位、固定和下料一體化作業(yè)；鎮(zhèn)壓輥焊接應加強焊縫追蹤方面的研究。縱梁和牽引架焊接設備的焊接工裝夾具和焊槍的運動路徑亟需得到優(yōu)化。

為了加快新疆農業(yè)機械智能焊接的步伐，新疆各高校和企業(yè)應加強合作或成立智能焊接制造業(yè)研究所[6-7]，互相彌補不足以解決高校缺乏實踐能力，而企業(yè)缺乏科研人才的問題。同時，也應積極與東部和國外高校合作，依托國內高校平臺吸引國內外大學生去新疆發(fā)展，提高焊接制造業(yè)人員的整體素質[8-9]。有效利用新疆地區(qū)優(yōu)勢優(yōu)化產業(yè)結構，解決缺少核心技術的難題。