大型配电房变位机的优选与分析

薛羊　付景顺　宁晓光

摘 要：大型配电房焊装是通过改变焊缝的位置，使待焊工件处于焊接最佳位置，改善焊接质量。通过对比现有的双L型变位机焊接变位机和翻转工作平台，优选出适合大型配电房焊接的一种变位机，在此基础上优化翻转机构设计方案。

关键词：变位机；焊接；优选

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.179

1 引言

大型配电房的底板、两个侧面、顶面和两个端面构成。其结构都是由160*160的方钢和2mm的波纹板拼焊而成，对于小型的配电房，通常所用的方式将上述的四部分分别焊接完成后，再进行组焊。而对于尺寸较大的配电房，此种方法不适宜，其中在组焊过程中，由于长度方向的尺寸过长，起吊移动过程中可能出现变形，导致组焊难以完成。解决此类问题需要，首先先将配电房的骨架焊接完成，采用变位机将波纹板逐个拼焊[1]。

本文所研究的的配电房的大致外形尺寸为20米*3米*3米规格，其中主要包括：两条20米长仰焊缝，四条20米长的平焊缝。实际焊接过程中仰焊较为困难，且焊接质量较差，另外加上波纹板有一定的角度，这为焊接带来许多不便，主要焊缝的分布在配电房的右上，左上各一条仰焊缝；配电房的顶部两条，右下，左下共四条平焊缝。

2 变位机的选择

焊接变位机种类繁多，但是适合大型配电房规格的变位机似乎屈指可数，根据配电房的规格尺寸筛选出较为合适的变位机构即双L型变位机和翻转平台变位机，针对焊件的重量、外形尺寸、变位机的可实现性、结构紧凑布局合理综合考虑，本文对两种结构方案分别作了介绍，并进行了对比评价。

2.1 双L型变位机

双L型变位机，其特点是有较大的工作空间，可焊接比较大的零件尺寸，工件可以旋转和自转到达焊接所需要的位置。这种变位机可以根据可工厂的实际工艺情况，在焊接装载机大型结构件时进行稍微的改造而加以利用[2]。根据原理图可知不能加工长径比相对较大的焊接件，容易刚度不足，变形严重等缺点。

根据双L型变位机建立适合配电房的UG模型，此类方案的关键问题在于配电房的回转中心线要与两端固定座旋转中线重合，满足上述条件，可减轻变位机翻转过程中电动机的负载，现在我们主要考虑长度约为20米的配电房焊装过程中，由于长度方向过长，中间部分刚度不足问题。

对双L型变位机进行静力学分析[3]，配电房成品重量约为17t，将模型导入到ANSYS Workbench中固定座两端进行固定，对中间平面加载重力，可得到变形和应力，其中变形最大处约为35mm，最大应力处为534MPa。根据材料Q235特性，已经远远超标屈服强度。综上所述，双L型变位机在解决大型配电房过程中欠佳。

从焊接工艺角度考虑，双L型变位机能够实现工件焊缝理想状态的最佳位置，即得到船型焊缝，若从实现方式来研究，此种变位机实现难度系数较大，除了变位机本身，还需要增加其他辅助设备，配电房的高度约3m，辅助设备实现相当困难，我们可以对变位机构的优选[4]。

焊件的长度方向增加，对于双L型变位机可实现程度是降低的，刚度问题是其中最主要一方面问题，而对于翻转工作台由于液压缸的分布位置可以减小平台的刚度问题，因此，焊接质量可以保证。

从工艺性与可实现性方面考虑，工艺性加好的为双L型变位机 ，可以将90%的焊缝转化为船型焊缝，但是从可实现性较为困难。而对于翻转工作平台则来说，恰恰相反，可实现性较为容易，焊缝工艺性一部分转化为船型焊约为70%，其余的转换为横焊缝，焊缝位置工艺得到较大的优化。

2.2 翻转工作平台

实现自动焊接的翻转工作平台，包括底座、支撑翻转机架、液压驱动及压力传感器、活动销轴组件、和夹具部分。底座通过活动销轴与支撑翻转机架链接，待焊工件通过夹具固定在支撑翻转机架上。当一侧活动销轴脱离连接处时，通过液压缸伸出机构推动支撑翻转机架实现了支撑翻转机架连同待焊工件与另一侧底座的相对旋转运动，从而达到焊接的最佳位置，方便机械手施焊，具有良好的焊接工艺[5]。

焊装工作平台一个工位1，在翻转至45°，大型配电房的重心基本上处于翻转支架的小平面正上方，此时液压缸基本不受力，整体趋于平稳状态。

翻转工作平台作为一种焊缝改善型变位机，其主要功能在于首先将两条20米的仰焊缝转化为横焊缝，从而解决机械手焊接困难问题；其次将平焊缝转化为船型焊缝，从而改善焊接质量。

翻转工作平台改善焊缝情况从数量级别上，可以得到两条长达20米的仰焊缝通过焊装工平台转化为焊接质量相对其较好的横焊缝，其中从焊接质量来讲，最佳焊接位置是船型焊缝，其次是平焊缝和横焊缝，最后是仰焊缝。y轴表示焊缝的长度，总共六条焊缝，约为120米。变位前两条仰焊缝分别位于配电房左上方，右上方，共计40米，变位后转化为横焊缝；四条平焊缝约分别位于右下方，左下方，顶板两边，共计80米，变为后转化为船型焊缝。

将模型导入到ANSYS Workbench中对翻转工作平台做整体静力学分析，首先将配电房简化为一个刚体，在重力作用下可以得到翻转工作平台的整体应力云图。最大值能达到6.7MPa，材料Q235完全符合的使用要求。

在对翻转工作平台进行静力学分析完成以后，再对翻转工作平台在完成45°翻转，平台的受力情况，主要分布在，翻转支架小平的正下方，其中最大应力约为105MPa。

3 结束语

通过对双L型变位机和翻转工作平台的对比，可知，虽然双L型变位机可实现360°变位，对于大型配电房来说：从实现的可能性角度考虑难以实现。从焊缝合理性角度考虑，虽然翻转工作平台没有回转变位机优越，但对于解决大型配电房焊缝位置改善问题上有显著的提高，因此，翻转工作平台更具有实际意义。

参考文献：

[1]李爱华，李国平.集装箱制造中的焊接变形和焊接缺陷[J].机械制造与自动化，2006（01）：48-52.

[2]葛福华，李祥忠，朱峰.大型构件焊接变位机的设计[J].电焊机，2003（11）：38-40.

[3]倪妍婷，赵国奇，姚进.基于ANSYS Workbench的翻转机构传动主轴优化分析[J].成都大学学报，2014，33（03）：272-274.

[4]马杰.新型变位机的设计与研究[M].上海：上海交通大学，2010（06）.

[5]宋学志.焊接变位机的运动规划与到位精度研究[D].武汉：华中科技大学，2007.