矿用梯子梁自动焊接控制系统设计

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发布时间：2020-03-31 09:08:55  更新时间：2020-03-31 09:08:55

　　矿用梯子梁(钢筋梯子梁)主要用于锚杆支护煤巷掘进以及隧道加固等，应用广泛，需求量大。矿用梯子梁由两个并列的梁(长钢筋)和连接2个梁的若干个肋组构成，梁由2根圆钢并列焊接而成，肋组的单肋(短节)由2根圆钢并列焊接构成，肋组的单肋之间为限位孔，其结构示意图如图1所示。目前国内矿用梯子梁的生产技术多为人工焊接，受焊工技能的影响，质量一致性差，生产效率较低。据此，本文设计了一种矿用梯子梁自动焊接生产线。生产线是综合国内外先进技术，针对矿用梯子梁自动焊接生产的特殊情况专门设计的由单片机控制的连续自动生产设备。该矿用梯子梁全自动焊接生产线就是自动将调直的长钢筋和剪切机制备的短节传送至焊机处进行自动焊接，再经过整形剪切后自动出料的整个过程。矿用梯子梁的生产全部由生产线自动焊接来完成。减少了人员的投入，减轻了工人劳动强度，提高了员工工作环境的舒适度，系统的人机接口界面设计简单，为现场人员的使用及维护带来极大方便。

　　1生产线结构设计

　　全自动矿用梯子梁焊接生产线由长料调直及步进送料装置，短节上料装置，电阻压焊焊接系统，钢带整形、下料及短节下料装置，成品出料装置几部分组成，如图2所示。矿用梯子梁自动焊接生产线自动将调直的长钢筋和剪切机制备的短节传送至焊机处进行自动焊接，再经过整形剪切后自动出料的整个过程。

　　2自适应自动焊接单片机控制原理

　　电阻压力焊具有生产效率高、洁净环保、易于自动化的优势，生产线采用电阻压力焊的焊接方式。为了提高焊接接头的质量，运用该焊接方式时，需要长钢筋处于静止状态。生产线的钢筋调直过程是连续进行的，而自动焊接时长钢筋是静止不动的。为了解决生产线钢筋调直系统连续送料与长钢筋断续送料之间的矛盾，设计了送料缓存装置。由送料缓存与反馈系统和单片机控制系统实现自适应自动焊接过程。系统的钢筋调直装置与对焊装置连接，对焊装置和送料缓存与反馈系统通过滚轮传送装置连接，拉线式传感器安装在送料缓存与反馈系统的内部，送料缓存与反馈系统、长料同步送料装置和电阻压焊焊接系统依次设置，短节上料装置位于电阻压焊焊接系统的前下方。钢筋通过卷料调直系统后变成直的长料，送料缓存与反馈系统存储长料并将长料传送给长料同步送料装置，长料同步送料装置将长料传送给电阻压焊焊接系统，短节上料装置将短料传送给电阻压焊焊接系统，电阻压焊焊接系统将长料和短料焊接形成矿用梯子梁，储料缓存与反馈系统内设置的滑块装置随长料的储量的多少而上下移动，滑块装置在移动的过程中带动拉线式传感器，拉线式传感器检测到长料的储量并将储量反馈给单片机。单片机根据长料的储量调节长料同步送料装置的送料速度。

　　3程序设计与调试

　　3.1控制系统软件程序流程图

　　图3为控制系统软件程序流程图。控制系统主要完成卷料调直装置和长料同步送料装置的启动停止以及对其速度进行控制，可以通过拉线式传感器对长料储量的值进行采集，控制系统根据采集的数值对卷料调直装置和长料同步送料装置的速度进行调整。开关量输入及输出配合电磁阀对气缸的动作进行控制，构成了短节上料装置的控制部分，短节上料装置中接近开关的使用可以使控制系统对焊接前短料是否到位进行判断。在设备发生故障时，使得短节送料动作完成后，短节没能到位的情况下，监控系统可以发出报警并立即停机。此外，可以对生产中需要的加工参数进行数据采集及修改，并且对设备的一些变量进行监控，在设备调试阶段进行辅助调试。用户可以通过触摸屏实现下料尺寸控制、送料速度调节和焊接工艺参数的输入、修改和存储。在设备启动前，通过手动的方式在触摸屏中输入加工产品的尺寸信息及需要焊接的网格数目，通过单片机中的运算程序可以自动计算出焊接及剪切的位置，实现自动加工的目的。

　　3.2控制系统硬件设计

　　根据矿用梯子梁生产线的控制要求，控制系统的主控制器采用单片机，变频器1和变频器2分别控制卷料调直系统的2台异步电机，可以对电动机1和电动机2进行变频调速，使长料储量始终保持在合适的范围内。当设备处于焊接和剪切状态时，要使伺服电机处于停止状态，以实现精确焊接和精确剪切。此时，单片机可以根据信号输入对伺服电机的启停进行控制，由于伺服电机的非连续性工作以及卷料调直系统的持续运行，势必会导致长料储量发生变化，单片机可以根据传感器反馈的长料储量对伺服电机和卷料调直系统的运行速度进行调整。图4为自适应自动焊接单片机控制系统原理框图。

　　3.3调试出现问题及解决思路

　　后期调试中主要出现的问题主要有两个方面，由于采用增量型编码器采集数据，并使用该数据作为单片机控制焊接及剪切的依据，通过单片机控制系统根据运算程序自主计算出焊接及剪切的位置数据与增量型编码器采集数据进行比较来实现剪切或者焊接。在现场实际情况下，发现采用该控制方式时，长料的停止距离上会出现1~2mm的误差，为了解决这一问题，将前期的采用增量型编码器采集数据的方式改为利用单片机控制系统根据运算程序自主计算出焊接及剪切的位置数据，然后以该数据为依据，结合伺服电机的分辨率及其电子齿轮比，单片机计算出运动距离所需要的脉冲数，并以该脉冲数发送脉冲，有效地解决了剪切焊接精度不足的问题。

　　4结论

　　自适应自动焊接单片机控制系统解决了生产线钢筋调直系统连续送料与自动焊接系统间断工作之间的矛盾，克服了各工位送料速度同步性问题、电阻压焊焊接接头的质量均匀性控制等问题。能够实现步进焊接和自动连续生产，矿用梯子梁外观平整一致，焊接点的稳定性及剪切性能满足技术要求，生产效率高。

　　《矿用梯子梁自动焊接控制系统设计》来源：《焊接技术》，作者：王亚军 周好斌 王志刚

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