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

1 鏟刀結(jié)構(gòu)特點介紹

推土機鏟刀結(jié)構(gòu)一般為弧形板+大后壁板+筋板+端蓋板結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，整體為由弧形板與后壁板形成的中空焊接結(jié)構(gòu)（圖2）。筋板位于弧形板跟后壁板形成的內(nèi)腔內(nèi)，數(shù)量較多，且筋板與后壁板、弧形板連接處均要求焊接。整個內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)

圖2 鏟刀后壁板結(jié)構(gòu)

2 鏟刀生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及存在問題

目前，對于狹長形狀焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(zhuǎn)困難，勞動強度大，存在較大安全隱患等問題，如何實現(xiàn)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(shù)問題。

3 新型推土機鏟刀結(jié)構(gòu)

通過對鏟刀結(jié)構(gòu)進行研究，為了實現(xiàn)自動化焊接，首先須解決這種大后壁板與弧形板形成的內(nèi)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(nèi)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(nèi)腔焊縫不易施焊的問題。

圖3 新型推土機鏟刀結(jié)構(gòu)

4 新型推土機鏟刀自動化焊接系統(tǒng)

根據(jù)新型鏟刀結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合目前工程機械領(lǐng)域自動化焊接技術(shù)[3]應(yīng)用情況，設(shè)計一種推土機鏟刀自動化焊接系統(tǒng)（圖4），該系統(tǒng)主要包括焊接機器人裝置、C 形雙回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、Y 軸移動機構(gòu)、X 軸移動機構(gòu)和Z 軸升降機構(gòu)；C 形雙回轉(zhuǎn)變位裝置包括立柱、第一翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、C 形架、第二翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、第三翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、第一夾具座和第二夾具座；智能控制裝置包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、焊接電源及送絲控制器、系統(tǒng)集成控制柜、機器人控制柜和變穩(wěn)壓器。

圖4 鏟刀自動化焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 焊接機器人裝置結(jié)構(gòu)示意圖

C 形雙回轉(zhuǎn)變位裝置包括立柱、第一翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、C 形架、第二翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、第三翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、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(zhuǎn)機構(gòu)與立柱相連接，第一夾具座和第二夾具座設(shè)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(zhuǎn)機構(gòu)、第三翻轉(zhuǎn)機構(gòu)與C 形架相連接，該變位裝置可實現(xiàn)鏟刀2 個垂直面內(nèi)360°翻轉(zhuǎn)，焊接范圍大。

智能控制裝置包括冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、焊接電源、送絲控制器、系統(tǒng)集成控制柜、機器人控制柜和變穩(wěn)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(shù)，機器人控制柜和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)與Y 軸移動機構(gòu)、X 軸移動機構(gòu)、Z 軸升降機構(gòu)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(tǒng)集成控制柜與C形雙回轉(zhuǎn)變位裝置相連接，控制工件的翻轉(zhuǎn)，通過該裝置可實現(xiàn)機器人與變位機的高效聯(lián)動，工件翻轉(zhuǎn)變位精度高，有效避免焊偏現(xiàn)象的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

為解決人工焊接鏟刀過程中存在的無法目測、焊接質(zhì)量難以保證、翻轉(zhuǎn)困難、勞動強度大等問題，一方面通過對鏟刀結(jié)構(gòu)進行分析研究，另一方面結(jié)合目前自動化焊接技術(shù)在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用情況，研究設(shè)計出一種新型鏟刀結(jié)構(gòu)及其自動化焊接系統(tǒng)。通過對該新型結(jié)構(gòu)鏟刀及其自動化焊接系統(tǒng)試驗應(yīng)用，可使焊接質(zhì)量大幅度提升，鏟刀整體結(jié)構(gòu)強度得到加強，同時生產(chǎn)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(yè)量，大幅度降低了工人勞動強度，有效改善了車間作業(yè)環(huán)境。