CN111940953A - 一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法 - Google Patents

一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢构件平位焊接控制方法技术领域，具体涉及一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，具体为：搭建相关工件与变位机及夹具三维模型；模拟相关工件焊缝至平位可行性；对工件进行静载荷受力分析；对工件进行翻转变位扭矩及转动惯量分析；对工件进行异步提升受力分析；输出相关工件全位置状态数据参数组；设计工件上件～同步/异步变位～下件过程逻辑程序，实现全过程自动执行；设计工件同步升降、翻转变位控制程序；设计工件左高右低异步变位控制程序；设计工件左低右高异步变位控制程序；设计工件超差差补、故障报警及安全自锁程序，实现闭环反馈，安全控制；输出相关工件整套逻辑控制程序。本方法可以高效的将大型重载钢构件平位焊接。

Description

一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法
技术领域
本发明属于钢构件平位焊接控制方法技术领域，具体涉及一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法。
背景技术
以矿用挖掘机为例，矿用挖掘机动臂结构形式多为“拱形”，前端、后端连接方式为对接焊缝，但所处位置为20°~40°斜坡上，焊接难度大，焊缝成型质量不可靠。市场上70%以上的结构件开裂为此处焊缝，情况严重者，将直接导致整体结构件的报废，带来严重经济损失。并且，由于动臂制造过程复杂的工艺特点，以及矿山设备恶劣的工作环境，现阶段，各品牌挖掘机动臂结构件平均使用寿命均无法超过10000h以上。因此矿用挖掘机结构件动臂关键焊缝质量可靠性提升成为制约大型矿业机械行业难题之一。
矿用挖掘机动臂关键焊缝焊接，国内外知名品牌主机厂都尝试过各种方式，但整体效果不显著，传统的工艺方法有调试参数横焊、爬坡焊，垫马腿支撑或用行车吊起工件平位焊等，上述方法不仅作业效率低，甚至发生过安全砸伤事件。
本发明聚焦于目标导向，所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种方法高效、效果良好的大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，直接将动臂头/尾端焊缝异步控制在±5°以内，便于操作者焊接关键焊缝时，平位焊接，不仅焊缝质量一次性探伤合格，而且作业方式高效、安全。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，可以实现高效、效果良好的将大型重载钢构件平位焊接。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，包括如下步骤：
A、搭建三维工作站数模，建立工件全位置数据库，具体流程为：
A1、搭建相关工件与变位机及夹具三维模型；
A2、模拟相关工件焊缝至平位可行性；
A3、对工件进行静载荷受力分析；
A4、对工件进行翻转变位扭矩及转动惯量分析；
A5、对工件进行异步提升受力分析；
A6、输出相关工件全位置状态数据参数组；
B、设计工件变位控制程序，在实施过程自动执行、智能差补，具体流程为：
B1、设计工件上件～同步/异步变位～下件过程逻辑程序，实现全过程自动执行；设计工件同步升降、翻转变位控制程序；设计工件左高右低异步变位控制程序；设计工件左低右高异步变位控制程序；设计工件超差差补、故障报警及安全自锁程序；
B2、输出相关工件整套逻辑控制程序。
进一步地，步骤A1的具体操作流程为：利用三维设计软件将异步控制变位机、挖掘机动臂工件及配套夹具三维模型搭建初始三维设计工作站，其中变位机为基体保持不变，工件及夹具根据设计需求，重组建立新的工作站三维模型；步骤A2的具体操作流程为：基于三维工作站数模，选择不同种类及规格进行重组搭建，捕捉工件焊缝空间位置及焊接状态，静态模拟不同位置焊缝平位焊接状态可行性；满足所选焊缝焊接位置为平位或近平位，偏差角度不大于5度。
进一步地，步骤A3的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，分析工件净重及配套相关装夹夹具是否在变位机额定承载范围内；步骤A4的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，分析工件偏心力矩是否在变位机额定翻转扭矩范围内；步骤A5的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，进一步进行所选工件动态同步上升、单端上升的工步受力分析，分析工件同步提升、异步提升是否在变位机额定提升载荷范围内。
进一步地，步骤A6的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，确定形成全系列产品工件兼容明细，并针对每种工件焊缝平位时工件所处的静态位置，进行固化数据，建立工件全位置状态数据参数库，用于后续PLC直接调用。
进一步地，步骤B1中设计工件上件～同步/异步变位～下件过程逻辑程序，实现全过程自动执行的具体操作流程为：设计工件PLC总控工步逻辑图，接收到工件上件信号，变位机尾端自动前进至所选工件标定位置，收到工件加紧确认信号后，等待接受同步或异步信号，接通执行相应程序自动执行，执行完成反馈信号给PLC，PLC发出工件归位信号，等待接受夹具松弛信号后，尾座变位机自动退让至标定位置；工件全过程总控PLC程序形成，模块化存贮以备调用。
进一步地，步骤B1中设计工件同步升降、翻转变位控制程序的具体操作流程为：调用所选工件位置数据组，PLC接收到同步升降指令后，变位机左、右电控驱动单元同步提升，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现一端到达而另一端未到达的偏差时，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
进一步地，步骤B1中设计工件左高右低异步变位控制程序的具体操作流程为：调用所选工件位置数据组，PLC接收到左高右低异步变位控制指令后，变位机左端电控驱动单元开始提升，变位机右端电控驱动单元不动，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现左端高度值与标定值超差，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
进一步地，步骤B1中设计工件左低右高异步变位控制程序的具体操作流程为：调用所选工件位置数据组，PLC接收到左低右高异步变位控制指令后，变位机左端电控驱动单元不动，变位机右端电控驱动单元开始提升，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现右端高度值与标定值超差，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
进一步地，步骤B1中设计工件超差差补、故障报警及安全自锁程序的具体操作流程为：设计PLC安全防范程序，包含变位机实际位置与工件理论标定位置存在偏差，自动反馈，自动差补；变位机驱动单元自身故障自查闭环反馈以及工件超载或过载电动抱闸的自锁程序。
进一步地，步骤B2的具体操作流程为：按照上述步骤，跟踪不同所选工件，建立整套逻辑控制程序，模块化存储，输出给上层应用单元。
本发明的有益效果是：本方法可以实现高效、效果良好的将大型重载钢构件平位焊接，能够将关键焊缝控制在±5°以内，便于操作者焊接关键焊缝时，平位焊接，相关关键焊缝一次性探伤合格率达100%，平位焊接作业效率提升50%，无任何安全隐患。
附图说明
图1为本发明的控制原理图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，包括如下步骤：
A、搭建三维工作站数模，建立工件全位置数据库，具体流程为：
A1、搭建相关工件与变位机及夹具三维模型：利用三维设计软件将异步控制变位机、挖掘机动臂工件及配套夹具三维模型搭建初始三维设计工作站，其中变位机为基体保持不变，工件及夹具根据设计需求，重组建立新的工作站三维模型。
A2、模拟相关工件焊缝至平位可行性：基于三维工作站数模，选择不同种类及规格进行重组搭建，捕捉工件焊缝空间位置及焊接状态，静态模拟不同位置焊缝平位焊接状态可行性；满足所选焊缝焊接位置为平位或近平位，在近平位时，偏差角度不大于5度。
A3、对工件进行静载荷受力分析：根据满足上述步骤所选工件，进行工件静态受力分析，分析工件净重及配套相关装夹夹具是否在变位机额定承载范围内。
A4、对工件进行翻转变位扭矩及转动惯量分析：根据满足上述步骤所选工件，进行所选工件动态翻转过程受力分析，分析工件偏心力矩是否在变位机额定翻转扭矩范围内。
A5、对工件进行异步提升受力分析：根据满足上述步骤所选工件，进一步进行所选工件动态同步上升、单端上升的工步受力分析，分析工件同步提升、异步提升是否在变位机额定提升载荷范围内。
A6、输出相关工件全位置状态数据参数组：根据满足上述步骤所选工件，确定形成全系列产品工件兼容明细，并针对每种工件焊缝平位时工件所处的静态位置，进行固化数据，建立工件全位置状态数据参数库，用于后续PLC直接调用。
B、设计工件变位控制程序，在实施过程自动执行、智能差补，具体流程为：
B1、设计工件上件～同步/异步变位～下件过程逻辑程序，实现全过程自动执行：设计工件PLC总控工步逻辑图，接收到工件上件信号，变位机尾端自动前进至所选工件标定位置，收到工件加紧确认信号后，等待接受同步或异步信号，接通执行相应程序自动执行，执行完成反馈信号给PLC，PLC发出工件归位信号，等待接受夹具松弛信号后，尾座变位机自动退让至标定位置；工件全过程总控PLC程序形成，模块化存贮以备调用。
设计工件同步升降、翻转变位控制程序：调用所选工件位置数据组，PLC接收到同步升降指令后，变位机左电控驱动单元和右电控驱动单元同步提升，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现一端到达而另一端未到达的偏差时，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
设计工件左高右低异步变位控制程序：调用所选工件位置数据组，PLC接收到左高右低异步变位控制指令后，变位机左端电控驱动单元开始提升，变位机右端电控驱动单元不动，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现左端高度值与标定值超差，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
设计工件左低右高异步变位控制程序：调用所选工件位置数据组，PLC接收到左低右高异步变位控制指令后，变位机左端电控驱动单元不动，变位机右端电控驱动单元开始提升，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现右端高度值与标定值超差，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
设计工件超差差补、故障报警及安全自锁程序：设计PLC安全防范程序，包含变位机实际位置与工件理论标定位置存在偏差，自动反馈，自动差补；变位机驱动单元自身故障自查闭环反馈以及工件超载或过载电动抱闸的自锁程序。工件超差差补、故障报警及安全自锁程序对工件同步升降、翻转变位控制程序、设计工件左高右低异步变位控制程序、设计工件左低右高异步变位控制程序实现闭环反馈，安全控制。
B2、输出相关工件整套逻辑控制程序：按照上述步骤，跟踪不同所选工件，建立整套逻辑控制程序，模块化存储，输出给上层应用单元；如机器人工作站或人工操作控制柜，推广应用于生产现场。
本方法可以用于大吨位矿用挖掘机动臂结构的焊接，通过该控制方法实现了大吨位矿用挖掘机动臂结构件关键焊缝全位置平位焊接，彻底删除了横焊、立焊及仰焊等低效焊接方式，提升了关键焊缝一次探伤合格率。
本方法可以实现高效、效果良好的将大型重载钢构件平位焊接，能够将关键焊缝控制在±5°以内，便于操作者焊接关键焊缝时，平位焊接，相关关键焊缝一次性探伤合格率达100%，平位焊接作业效率提升50%，无任何安全隐患。

Claims (10)

1.一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、搭建三维工作站数模，建立工件全位置数据库，具体流程为：
A1、搭建相关工件与变位机及夹具三维模型；
A2、模拟相关工件焊缝至平位可行性；
A3、对工件进行静载荷受力分析；
A4、对工件进行翻转变位扭矩及转动惯量分析；
A5、对工件进行异步提升受力分析；
A6、输出相关工件全位置状态数据参数组；
B、设计工件变位控制程序，在实施过程自动执行、智能差补，具体流程为：
B1、设计工件上件～同步/异步变位～下件过程逻辑程序，实现全过程自动执行；设计工件同步升降、翻转变位控制程序；设计工件左高右低异步变位控制程序；设计工件左低右高异步变位控制程序；设计工件超差差补、故障报警及安全自锁程序；
B2、输出相关工件整套逻辑控制程序。
2.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤A1的具体操作流程为：利用三维设计软件将异步控制变位机、挖掘机动臂工件及配套夹具三维模型搭建初始三维设计工作站，其中变位机为基体保持不变，工件及夹具根据设计需求，重组建立新的工作站三维模型；步骤A2的具体操作流程为：基于三维工作站数模，选择不同种类及规格进行重组搭建，捕捉工件焊缝空间位置及焊接状态，静态模拟不同位置焊缝平位焊接状态可行性；满足所选焊缝焊接位置为平位或近平位，偏差角度不大于5度。
3.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤A3的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，分析工件净重及配套相关装夹夹具是否在变位机额定承载范围内；步骤A4的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，分析工件偏心力矩是否在变位机额定翻转扭矩范围内；步骤A5的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，进一步进行所选工件动态同步上升、单端上升的工步受力分析，分析工件同步提升、异步提升是否在变位机额定提升载荷范围内。
4.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤A6的具体操作流程为：根据满足上述步骤所选工件，确定形成全系列产品工件兼容明细，并针对每种工件焊缝平位时工件所处的静态位置，进行固化数据，建立工件全位置状态数据参数库，用于后续PLC直接调用。
5.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤B1中设计工件上件～同步/异步变位～下件过程逻辑程序，实现全过程自动执行的具体操作流程为：设计工件PLC总控工步逻辑图，接收到工件上件信号，变位机尾端自动前进至所选工件标定位置，收到工件加紧确认信号后，等待接受同步或异步信号，接通执行相应程序自动执行，执行完成反馈信号给PLC，PLC发出工件归位信号，等待接受夹具松弛信号后，尾座变位机自动退让至标定位置；工件全过程总控PLC程序形成，模块化存贮以备调用。
6.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤B1中设计工件同步升降、翻转变位控制程序的具体操作流程为：调用所选工件位置数据组，PLC接收到同步升降指令后，变位机左、右电控驱动单元同步提升，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现一端到达而另一端未到达的偏差时，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
7.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤B1中设计工件左高右低异步变位控制程序的具体操作流程为：调用所选工件位置数据组，PLC接收到左高右低异步变位控制指令后，变位机左端电控驱动单元开始提升，变位机右端电控驱动单元不动，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现左端高度值与标定值超差，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
8.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤B1中设计工件左低右高异步变位控制程序的具体操作流程为：调用所选工件位置数据组，PLC接收到左低右高异步变位控制指令后，变位机左端电控驱动单元不动，变位机右端电控驱动单元开始提升，达到工件数据组标定高度后反馈信号给PLC；若出现右端高度值与标定值超差，形成信号反馈给PLC，进一步计算控制补偿偏差量；上述工步形成自动执行程序，模块化存贮以备调用。
9.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤B1中设计工件超差差补、故障报警及安全自锁程序的具体操作流程为：设计PLC安全防范程序，包含变位机实际位置与工件理论标定位置存在偏差，自动反馈，自动差补；变位机驱动单元自身故障自查闭环反馈以及工件超载或过载电动抱闸的自锁程序。
10.根据权利要求1所述的一种大型重载钢构件平位焊接异步控制方法，其特征在于，步骤B2的具体操作流程为：按照上述步骤，跟踪不同所选工件，建立整套逻辑控制程序，模块化存储，输出给上层应用单元。
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