關(guān)于召開(kāi) 2024 山西省煤炭學(xué)會(huì)煤礦智能化委員會(huì)年會(huì)暨千人智庫(kù)科創(chuàng)服務(wù)站工作會(huì)的通知

一、項(xiàng)目背景

履帶梁在掘進(jìn)機(jī)中起到漲緊履帶和行走作用，是掘進(jìn)機(jī)的主要部件（見(jiàn)圖1），掘進(jìn)機(jī)的履帶梁主要由頂板、側(cè)板、底板、橫筋板、承重輪安裝板、底板、主機(jī)安裝板（前后各一件）、減速機(jī)安裝板等零部件構(gòu)成。總達(dá)1.5~2噸左右。

圖1 掘進(jìn)機(jī)主要部件

某公司2018年購(gòu)入焊接機(jī)器人，焊接機(jī)器人上自帶有工裝夾具，可在機(jī)器人上進(jìn)行履帶梁的焊接。

按常規(guī)的焊接工藝設(shè)計(jì)其焊裝順序是：先將頂板、側(cè)板、底板、橫筋板、承重輪安裝板組對(duì)成框架結(jié)構(gòu)，人工焊接內(nèi)部焊縫，然后機(jī)器人焊接外部焊縫；再組對(duì)主機(jī)安裝板（前后各一件），人工焊接內(nèi)部焊縫，機(jī)器人焊接外部焊縫。

采取這種工藝方法主要優(yōu)點(diǎn)是工件先組對(duì)成框架結(jié)構(gòu)，焊接變形??；但由于機(jī)器人操作空間受限，大部分內(nèi)部焊縫必須人工焊接，故而機(jī)器人的焊接率低，僅為50%，生產(chǎn)效率低。

二、工藝方案

1.研究?jī)?nèi)容

（1）采用剛性固定法原理，設(shè)計(jì)制作了簡(jiǎn)易防變形工裝，進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)證明了新工藝的可行性；

（2）設(shè)計(jì)了新的工件固定工裝、工件焊接防變形工裝；固定工裝下部與焊接變位機(jī)相連，上部與焊接防變形工裝相連，防變形工裝與工件采用螺栓緊固，為了減少工件裝卡時(shí)間，采用了銷(xiāo)軸連接固定方式，提高了工作效率；

（3）設(shè)計(jì)對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行了修改，如開(kāi)坡口焊接改用角焊縫焊接，方便機(jī)器人焊接；

（4）編制了新的履帶梁機(jī)器人焊接工藝，設(shè)計(jì)了合理的焊接順序，采用多層多道焊，嚴(yán)格控制焊接熱輸入，將因適應(yīng)機(jī)器人焊接而導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中的焊接變形降至最低。

2.新工藝方案

（1）先將頂板固定在防變形工裝上，再把履帶梁的頂板、側(cè)板、橫筋板、減速機(jī)安裝板等組對(duì)成U形箱體，機(jī)器人焊接內(nèi)部焊縫；

（2）組對(duì)底板，機(jī)器人焊接內(nèi)部焊縫；

（3）組對(duì)承重輪安裝板，機(jī)器人焊接外部焊縫；

（4）最后組對(duì)主機(jī)安裝板（前后各一件），手工焊接內(nèi)部焊縫，機(jī)器人焊接外部焊縫；

（5）拆下防變形工裝，人工焊接、修整。

圖2 工件與工裝合體簡(jiǎn)圖

三、具體特點(diǎn)

1.采用剛性固定法原理，制作了防變形工裝，通過(guò)工裝控制減少焊接變形，從而改變裝焊順序，分步組對(duì)、焊接，給機(jī)器人提供可操作空間，提高機(jī)器人的可焊率。工裝采用銷(xiāo)軸快換結(jié)構(gòu)，提高工作效率。

2.采用合理的焊接順序，采用多層多道焊，對(duì)稱焊接等工藝手段減少工件熱輸入，控制焊接變形。

3.設(shè)計(jì)的焊接防變形工裝與固定工裝的聯(lián)接采用了銷(xiāo)軸固定，實(shí)現(xiàn)了工裝的快換，提高裝卸效率。

4. 采用等強(qiáng)的角焊縫代替部分筋板、橫筋原來(lái)的坡口焊縫，即減少了氣割坡口工作量，降低了成本，提高效率。

四、應(yīng)用效果

通過(guò)工裝采用剛性固定方法控制焊接變形，從而改變裝焊順序，提高機(jī)器人焊接率，提高生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。

采用新的工藝方法后，經(jīng)檢測(cè)，工件頂板側(cè)不平度小于4mm，承重輪安裝板側(cè)（即加工側(cè)）不平度小于3mm，工件整體滿足設(shè)計(jì)和使用要求。采用新工藝方法可焊率提高了36%，可焊率達(dá)86%。同時(shí)由于機(jī)器人可焊率提高，焊接效率提高了20%。為了減少工件與防變形工裝的裝卸時(shí)間，制作了兩套防變形工裝，減少工裝占用時(shí)間，提高效率約15%左右，綜合提高生產(chǎn)效率約35%。

五、經(jīng)濟(jì)效益

可焊率提高，每臺(tái)掘進(jìn)機(jī)降低成本3024元；

每件履帶梁減少坡口切割工時(shí)3h，90元；

頂板需要加工工藝孔，產(chǎn)生的工時(shí)費(fèi)用為93元；

每臺(tái)共計(jì)降低成本：3024+90-93=3021元；

預(yù)計(jì)全年掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)量約100臺(tái)，年可降低成本3021×100=302100元；

該成果適用EBZ掘進(jìn)機(jī)履帶梁及類(lèi)似工件的機(jī)器人焊接。

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