中輕型焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和制造

隨著國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的不斷發(fā)展，H型鋼在許多鋼結(jié)構(gòu)廠房、機(jī)場(chǎng)、高層建筑及橋梁中得到普遍的應(yīng)用。H型鋼原本由鋼廠軋制而成，但因軋制型鋼的規(guī)格有限且價(jià)格比普通優(yōu)質(zhì)鋼板高得多，使焊接H型鋼逐漸成為建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中首選的結(jié)構(gòu)型材，焊接H型鋼的需求量逐年大幅度增加。采用手工加機(jī)械組裝焊接生產(chǎn)焊接H型鋼的方式由于生產(chǎn)效率低，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足建筑鋼結(jié)構(gòu)高速發(fā)展的需要。因此，為提高焊接H型鋼的生產(chǎn)效率，以自動(dòng)生產(chǎn)線的方式組織生產(chǎn)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。 

無(wú)錫市陽(yáng)通機(jī)械設(shè)備有限公司自1994年開(kāi)始生產(chǎn)焊接適用于輕鋼制作的H型鋼組裝、焊接、矯正及多頭切割機(jī)等設(shè)備，到目前為止，已在400多家用戶(hù)單位得到成功的應(yīng)用。1996年初，上海中遠(yuǎn)川崎鋼結(jié)構(gòu)有限公司首先向我公司訂購(gòu)中型焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線，并于當(dāng)年上半年設(shè)計(jì)、試制、調(diào)試成功，正常投入生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。迄今，我公司已生產(chǎn)十多條類(lèi)似的焊接H型鋼 自動(dòng)生產(chǎn)線。主要的用戶(hù)有：武鋼金屬結(jié)構(gòu)廠、唐山二十二冶金屬結(jié)構(gòu)有限公司、浙江中南集團(tuán)、上海振華港機(jī)和上海明珠石材等單位。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用證明，焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線達(dá)到了預(yù)期的效果。 

一、焊接H型鋼組裝焊接工藝流程 

焊接H型鋼組裝焊接工藝流程按所生產(chǎn)的H型鋼規(guī)格范圍和技術(shù)要求而有多種形式。圖1示出一種中型焊接H型鋼組裝焊接工藝流程方框圖。主要工序有切割下料、組裝成形、點(diǎn)固焊、角焊縫自動(dòng)焊、工件翻轉(zhuǎn)，另一面角焊縫自動(dòng)焊及翼緣矯正。根據(jù)不同的技術(shù)要求還可增加 焊前預(yù)處理或焊后拋丸清理處理以及切割坯料的矯正等。

生產(chǎn)線主要設(shè)備包括：數(shù)控/多頭直條火焰切割機(jī)、輸送輥道、H型組立機(jī)、90°翻轉(zhuǎn)架，第一組單臂焊接操作機(jī)(兩臺(tái))、60°翻轉(zhuǎn)支架、平移機(jī)、二級(jí)輸送輥道，180°鏈條翻轉(zhuǎn)機(jī)、三級(jí)輸送輥道、第二組單臂焊接操作機(jī)(兩臺(tái))、60°翻轉(zhuǎn)支架、平移機(jī)、可升降液壓輸入輥道、液壓翼緣矯正機(jī)和可升降液壓輸出輥道等。 

自動(dòng)生產(chǎn)線的工作程序如下： 
①原材料鋼板由車(chē)間橋式吊車(chē)吊至切割平臺(tái)，多頭切割機(jī)將鋼板切割成不同規(guī)格的翼緣板和腹板，分別堆放于翼板和腹板坯料堆放區(qū)。 
②將一塊翼緣板和腹板吊至H型鋼組裝點(diǎn)固焊機(jī)輸入輥道，并由三組拉桿夾緊機(jī)構(gòu)將翼板和腹板初步夾緊定位，由主動(dòng)輸入輥道將工件輸入主機(jī)，將工件精確定位對(duì)中并按預(yù)定的程序進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)固焊。 
③將點(diǎn)固成形的T形型鋼輸入翻轉(zhuǎn)支架翻轉(zhuǎn)90°，用吊車(chē)分別將另一塊翼板和T形型鋼吊到輸入輥道，重復(fù)以上相同程序，將組裝件自動(dòng)點(diǎn)固成H型鋼。 
④組裝點(diǎn)固成形H型鋼由輸送輥道送入到A焊接區(qū)的平移機(jī)1和2上，平移機(jī)的頂升裝置將H型鋼抬離輥道面，并將型鋼送入焊接操作機(jī)1的翻轉(zhuǎn)支架上，然后平移機(jī)脫離工件，由翻轉(zhuǎn)支架將工件轉(zhuǎn)動(dòng)45°，使接縫處于船形位置，由單臂焊接操作機(jī)焊接第1條角焊縫。 
⑤第1條角焊縫完成后，翻轉(zhuǎn)支架將工件復(fù)原，再由平移機(jī)將工件頂升送入第2臺(tái)焊接操作機(jī)的翻轉(zhuǎn)支架上，將工件轉(zhuǎn)至45°船形位置，由第2臺(tái)焊接操作機(jī)焊接第2條角焊縫。 
⑥第2條角焊縫焊完后，由平移機(jī)將工件送至輸送輥道上，再由輸送輥道將工件送入180°鏈條翻轉(zhuǎn)機(jī)，翻轉(zhuǎn)180°后由輸送輥道送至B焊接區(qū)。 
⑦重復(fù)與A焊接區(qū)相同的工作程序，自動(dòng)完成另一面的二條角焊縫的焊接。 
⑧最后一條角焊縫焊完后，由液壓輸送輥道將工件送入液壓翼緣矯正機(jī)進(jìn)行矯正，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸允許偏差。 

二、加工型鋼規(guī)格 

H型鋼翼緣板寬度：200～800mm 
H型鋼翼緣板高度：200～1200mm 
H型鋼翼緣板厚度：6～40mm 
H型鋼長(zhǎng)度：4000～15000mm 

三、生產(chǎn)線主要設(shè)備的技術(shù)特性 

1.數(shù)控/多頭直條火焰切割機(jī) 

數(shù)控/多頭直條火焰切割機(jī)是專(zhuān)門(mén)用于將鋼板切割成不同寬度板條的高效率切割下料設(shè)備，其由T形機(jī)架，縱向軌道，縱向和橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，供氣系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，割炬架及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和割炬等組成。采用齒輪齒條傳動(dòng)，行走切割平穩(wěn)。 

數(shù)控/多頭直條火焰切割機(jī)軌道跨距可從3000～9000mm任選。軌道的長(zhǎng)度可按鋼板進(jìn)料長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，通常在12～15mm之間。割炬的數(shù)量可按用戶(hù)的要求選定。 

2.H型鋼組立機(jī) 

H型鋼組立機(jī)的特點(diǎn)是采用立式組裝點(diǎn)固的方法，克服了傳統(tǒng)的臥式組裝點(diǎn)固方法組裝合格率低的問(wèn)題。我公司設(shè)計(jì)的H型鋼組裝點(diǎn)固焊機(jī)由門(mén)架及定位壓緊機(jī)構(gòu)、拉桿夾緊機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、輸入輥道、輸出輥道、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和CO2氣體保護(hù)自動(dòng)點(diǎn)固焊機(jī)等八大部分組成。 

本機(jī)的最大特點(diǎn)是翼板和腹板的定位采用液壓傳動(dòng)，左右兩側(cè)機(jī)械同步夾緊對(duì)中，可保證不同寬度的翼板與腹板自動(dòng)準(zhǔn)確定位對(duì)中。整個(gè)組裝和點(diǎn)固焊過(guò)程由可編程序控制器(PLC)全自動(dòng)控制，焊點(diǎn)長(zhǎng)度、焊接速度、間隔距離和兩點(diǎn)固焊之間空程移動(dòng)速度可預(yù)先設(shè)定。 

3.單臂焊接操作機(jī) 

焊接H型鋼4條角焊縫的埋弧焊可以采用單臂焊接操作機(jī)4臺(tái)，依次焊接角焊縫1，2，3，4。亦可采用龍門(mén)式焊接操作機(jī)，同時(shí)焊接二根H型鋼的二條角焊縫。本文介紹的焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線配備4臺(tái)單臂焊接操作機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)更適應(yīng)流水作業(yè)的節(jié)拍。 

單臂焊接操作機(jī)由臺(tái)車(chē)體、立柱、橫梁、滑板行走機(jī)構(gòu)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、焊槍跟蹤機(jī)構(gòu)、焊劑輸送回收系統(tǒng)、焊接機(jī)頭、焊接電源和電氣控制系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)外形圖見(jiàn)圖2。 

單臂焊接操作機(jī)臺(tái)車(chē)在軌道上的移動(dòng)由交流變頻器拖動(dòng)主電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)鏈輪副帶動(dòng)從動(dòng)軸，形成雙軸四輪驅(qū)動(dòng)，確保臺(tái)車(chē)移動(dòng)速度平穩(wěn)。焊接滑板裝在操作機(jī)橫梁上，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可作上下左右移動(dòng)，以適應(yīng)不同規(guī)格H型鋼的焊接，焊接機(jī)頭裝于縱向滑板的端部，特制的跟蹤機(jī)構(gòu)可使焊槍對(duì)焊縫作三向跟蹤。焊槍離工件表面距離的控制采用氣 動(dòng)跟蹤，焊槍相對(duì)于接縫左右位置和旋轉(zhuǎn)角度為浮動(dòng)式機(jī)械跟蹤，可確保在整個(gè)焊接過(guò)程中，焊絲始終對(duì)準(zhǔn)接縫的中心線，形成外形均整的優(yōu)質(zhì)焊縫。 

4.鏈條式翻轉(zhuǎn)機(jī) 

鏈條式翻轉(zhuǎn)機(jī)專(zhuān)用于將待焊接的H型鋼翻轉(zhuǎn)至所要求的位置，并防止工件在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生扭曲變形。翻轉(zhuǎn)機(jī)由兩個(gè)機(jī)座和四根立柱組成，在每個(gè)立柱上都裝有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)擺線針輪減速器帶動(dòng)鏈輪。鏈輪上方裝有兩個(gè)上滑輪，其中上滑輪安裝在擺臂上。上滑輪的作用是改變鏈條的運(yùn)動(dòng)方向和鏈條伸縮的位置。緊靠鏈輪的下部裝有兩個(gè)導(dǎo)向輪，用來(lái)增加鏈條在鏈輪上的包角，使鏈輪更有效地將功率傳遞到鏈條上。鏈輪的下面還裝有一個(gè)下滑輪，以改變鏈條端部均重塊的位置。立柱上部各設(shè)一個(gè)擺臂及重錘裝置，其作用是當(dāng)工件需要翻轉(zhuǎn)時(shí)，擺臂向下轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。當(dāng)不需要翻轉(zhuǎn)時(shí)擺臂抬起，鏈條松開(kāi)，便于工件前后輸送。 

兩個(gè)機(jī)座和四個(gè)立柱組成一個(gè)整體，通過(guò)各立柱主動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)方向的不同組合，實(shí)現(xiàn)工件的上升、下降、翻轉(zhuǎn)(180°)和鏈條的復(fù)位。每根鏈條的末端均裝有一個(gè)均重塊，使鏈條不會(huì)因外力而滑出。立柱上還設(shè)有行程開(kāi)關(guān)，可避免誤操作而發(fā)生故障。 

5.H型鋼翼緣矯正機(jī) 

H型鋼翼緣矯正機(jī)由機(jī)座、機(jī)架、傳動(dòng)輥輪、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、上輥輪組、下壓機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向輥輪等組成。主要用于H型鋼焊接后翼緣板的角變形的矯正，該矯正機(jī)通過(guò)二組上下輥輪對(duì)翼緣兩側(cè)邊的頂壓，使其在連續(xù)送進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生反方向的塑性變形，完成H型鋼翼緣的連續(xù)矯正。 

H型鋼翼緣矯正機(jī)的主要操作步驟如下： 

(1)根據(jù)待矯正H型鋼翼緣寬度和厚度調(diào)整好機(jī)架的位置，使上輥輪和傳動(dòng)輥輪構(gòu)成的矯正孔型符合矯正的要求。 
(2)根據(jù)腹板的厚度及縱向變形量，將導(dǎo)向輥輪調(diào)到正確的位置，使其不受過(guò)大的軸向力。 
(3)矯正孔型調(diào)整好后，起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)輥輪，使被矯H型鋼送入矯正機(jī)進(jìn)行翼緣的連續(xù)矯正。當(dāng)翼緣厚度超過(guò)25mm時(shí)，通常需要往返矯正多次，才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 

四、H型鋼自動(dòng)化生產(chǎn)配套設(shè)備 

隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量要求越來(lái)越高，特別焊接后的H型鋼涂裝前表面處理已成為鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的重要工藝。針對(duì)這一情況，本公司1998年底研制開(kāi)發(fā)了H型鋼拋丸清理機(jī)，采用輥道連續(xù)輸送清理形式，自動(dòng)化程度高、表面清潔度可達(dá)Sa2１/2，并達(dá)到一定的粗糙度使H型鋼油漆后附著牢固，并解決了H型鋼的防腐蝕問(wèn)題。目前該設(shè)備已在近60家鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠應(yīng)用，取得了良好效果。 

五、結(jié)論 

(1)多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，我公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線大大提高了焊接H型鋼的生產(chǎn)速度。所生產(chǎn)的焊接H型鋼的外形尺寸和焊縫質(zhì)量完全符合有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，值得大力推廣應(yīng)用。 

(2)焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線是一種低成本自動(dòng)化生產(chǎn)裝備，可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，通常可在兩年之內(nèi)完全收回設(shè)備投資。 

(3)可按用戶(hù)的需求采取各種改進(jìn)方案，使焊接H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)備和生產(chǎn)工藝布局更趨合理，生產(chǎn)效率更高，焊接質(zhì)量更易得到保證。 

(4)對(duì)于要求高質(zhì)量的焊接H型鋼的生產(chǎn)，自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝流程應(yīng)增加鋼板焊前預(yù)處理或焊接H型鋼的焊后清理處理，并設(shè)置相應(yīng)的拋丸清理設(shè)備。