礦用梯子梁(鋼筋梯子梁)主要用于錨桿支護煤巷掘進以及隧道加固等，應用廣泛，需求量大。礦用梯子梁由兩個并列的梁(長鋼筋)和連接2個梁的若干個肋組構成，梁由2根圓鋼并列焊接而成，肋組的單肋(短節(jié))由2根圓鋼并列焊接構成，肋組的單肋之間為限位孔，其結構示意圖如圖1所示。目前國內(nèi)礦用梯子梁的生產(chǎn)技術多為人工焊接，受焊工技能的影響，質(zhì)量一致性差，生產(chǎn)效率較低。據(jù)此，本文設計了一種礦用梯子梁自動焊接生產(chǎn)線。生產(chǎn)線是綜合國內(nèi)外先進技術，針對礦用梯子梁自動焊接生產(chǎn)的特殊情況專門設計的由單片機控制的連續(xù)自動生產(chǎn)設備。該礦用梯子梁全自動焊接生產(chǎn)線就是自動將調(diào)直的長鋼筋和剪切機制備的短節(jié)傳送至焊機處進行自動焊接，再經(jīng)過整形剪切后自動出料的整個過程。礦用梯子梁的生產(chǎn)全部由生產(chǎn)線自動焊接來完成。減少了人員的投入，減輕了工人勞動強度，提高了員工工作環(huán)境的舒適度，系統(tǒng)的人機接口界面設計簡單，為現(xiàn)場人員的使用及維護帶來極大方便。

　　1生產(chǎn)線結構設計

　　全自動礦用梯子梁焊接生產(chǎn)線由長料調(diào)直及步進送料裝置，短節(jié)上料裝置，電阻壓焊焊接系統(tǒng)，鋼帶整形、下料及短節(jié)下料裝置，成品出料裝置幾部分組成，如圖2所示。礦用梯子梁自動焊接生產(chǎn)線自動將調(diào)直的長鋼筋和剪切機制備的短節(jié)傳送至焊機處進行自動焊接，再經(jīng)過整形剪切后自動出料的整個過程。

　　2自適應自動焊接單片機控制原理

　　電阻壓力焊具有生產(chǎn)效率高、潔凈環(huán)保、易于自動化的優(yōu)勢，生產(chǎn)線采用電阻壓力焊的焊接方式。為了提高焊接接頭的質(zhì)量，運用該焊接方式時，需要長鋼筋處于靜止狀態(tài)。生產(chǎn)線的鋼筋調(diào)直過程是連續(xù)進行的，而自動焊接時長鋼筋是靜止不動的。為了解決生產(chǎn)線鋼筋調(diào)直系統(tǒng)連續(xù)送料與長鋼筋斷續(xù)送料之間的矛盾，設計了送料緩存裝置。由送料緩存與反饋系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)自適應自動焊接過程。系統(tǒng)的鋼筋調(diào)直裝置與對焊裝置連接，對焊裝置和送料緩存與反饋系統(tǒng)通過滾輪傳送裝置連接，拉線式傳感器安裝在送料緩存與反饋系統(tǒng)的內(nèi)部，送料緩存與反饋系統(tǒng)、長料同步送料裝置和電阻壓焊焊接系統(tǒng)依次設置，短節(jié)上料裝置位于電阻壓焊焊接系統(tǒng)的前下方。鋼筋通過卷料調(diào)直系統(tǒng)后變成直的長料，送料緩存與反饋系統(tǒng)存儲長料并將長料傳送給長料同步送料裝置，長料同步送料裝置將長料傳送給電阻壓焊焊接系統(tǒng)，短節(jié)上料裝置將短料傳送給電阻壓焊焊接系統(tǒng)，電阻壓焊焊接系統(tǒng)將長料和短料焊接形成礦用梯子梁，儲料緩存與反饋系統(tǒng)內(nèi)設置的滑塊裝置隨長料的儲量的多少而上下移動，滑塊裝置在移動的過程中帶動拉線式傳感器，拉線式傳感器檢測到長料的儲量并將儲量反饋給單片機。單片機根據(jù)長料的儲量調(diào)節(jié)長料同步送料裝置的送料速度。

　　3程序設計與調(diào)試

　　3.1控制系統(tǒng)軟件程序流程圖

　　圖3為控制系統(tǒng)軟件程序流程圖。控制系統(tǒng)主要完成卷料調(diào)直裝置和長料同步送料裝置的啟動停止以及對其速度進行控制，可以通過拉線式傳感器對長料儲量的值進行采集，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)值對卷料調(diào)直裝置和長料同步送料裝置的速度進行調(diào)整。開關量輸入及輸出配合電磁閥對氣缸的動作進行控制，構成了短節(jié)上料裝置的控制部分，短節(jié)上料裝置中接近開關的使用可以使控制系統(tǒng)對焊接前短料是否到位進行判斷。在設備發(fā)生故障時，使得短節(jié)送料動作完成后，短節(jié)沒能到位的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出報警并立即停機。此外，可以對生產(chǎn)中需要的加工參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集及修改，并且對設備的一些變量進行監(jiān)控，在設備調(diào)試階段進行輔助調(diào)試。用戶可以通過觸摸屏實現(xiàn)下料尺寸控制、送料速度調(diào)節(jié)和焊接工藝參數(shù)的輸入、修改和存儲。在設備啟動前，通過手動的方式在觸摸屏中輸入加工產(chǎn)品的尺寸信息及需要焊接的網(wǎng)格數(shù)目，通過單片機中的運算程序可以自動計算出焊接及剪切的位置，實現(xiàn)自動加工的目的。

　　3.2控制系統(tǒng)硬件設計

　　根據(jù)礦用梯子梁生產(chǎn)線的控制要求，控制系統(tǒng)的主控制器采用單片機，變頻器1和變頻器2分別控制卷料調(diào)直系統(tǒng)的2臺異步電機，可以對電動機1和電動機2進行變頻調(diào)速，使長料儲量始終保持在合適的范圍內(nèi)。當設備處于焊接和剪切狀態(tài)時，要使伺服電機處于停止狀態(tài)，以實現(xiàn)精確焊接和精確剪切。此時，單片機可以根據(jù)信號輸入對伺服電機的啟停進行控制，由于伺服電機的非連續(xù)性工作以及卷料調(diào)直系統(tǒng)的持續(xù)運行，勢必會導致長料儲量發(fā)生變化，單片機可以根據(jù)傳感器反饋的長料儲量對伺服電機和卷料調(diào)直系統(tǒng)的運行速度進行調(diào)整。圖4為自適應自動焊接單片機控制系統(tǒng)原理框圖。

　　3.3調(diào)試出現(xiàn)問題及解決思路

　　后期調(diào)試中主要出現(xiàn)的問題主要有兩個方面，由于采用增量型編碼器采集數(shù)據(jù)，并使用該數(shù)據(jù)作為單片機控制焊接及剪切的依據(jù)，通過單片機控制系統(tǒng)根據(jù)運算程序自主計算出焊接及剪切的位置數(shù)據(jù)與增量型編碼器采集數(shù)據(jù)進行比較來實現(xiàn)剪切或者焊接。在現(xiàn)場實際情況下，發(fā)現(xiàn)采用該控制方式時，長料的停止距離上會出現(xiàn)1~2mm的誤差，為了解決這一問題，將前期的采用增量型編碼器采集數(shù)據(jù)的方式改為利用單片機控制系統(tǒng)根據(jù)運算程序自主計算出焊接及剪切的位置數(shù)據(jù)，然后以該數(shù)據(jù)為依據(jù)，結合伺服電機的分辨率及其電子齒輪比，單片機計算出運動距離所需要的脈沖數(shù)，并以該脈沖數(shù)發(fā)送脈沖，有效地解決了剪切焊接精度不足的問題。

　　4結論

　　自適應自動焊接單片機控制系統(tǒng)解決了生產(chǎn)線鋼筋調(diào)直系統(tǒng)連續(xù)送料與自動焊接系統(tǒng)間斷工作之間的矛盾，克服了各工位送料速度同步性問題、電阻壓焊焊接接頭的質(zhì)量均勻性控制等問題。能夠實現(xiàn)步進焊接和自動連續(xù)生產(chǎn)，礦用梯子梁外觀平整一致，焊接點的穩(wěn)定性及剪切性能滿足技術要求，生產(chǎn)效率高。

　　《礦用梯子梁自動焊接控制系統(tǒng)設計》來源：《焊接技術》，作者：王亞軍 周好斌 王志剛

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