礦用梯子梁(鋼筋梯子梁)主要用于錨桿支護(hù)煤巷掘進(jìn)以及隧道加固等，應(yīng)用廣泛，需求量大。礦用梯子梁由兩個(gè)并列的梁(長(zhǎng)鋼筋)和連接2個(gè)梁的若干個(gè)肋組構(gòu)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(gòu)成，肋組的單肋之間為限位孔，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。目前國(guó)內(nèi)礦用梯子梁的生產(chǎn)技術(shù)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(shè)計(jì)了一種礦用梯子梁自動(dòng)焊接生產(chǎn)線。生產(chǎn)線是綜合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)礦用梯子梁自動(dòng)焊接生產(chǎn)的特殊情況專門(mén)設(shè)計(jì)的由單片機(jī)控制的連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。該礦用梯子梁全自動(dòng)焊接生產(chǎn)線就是自動(dòng)將調(diào)直的長(zhǎng)鋼筋和剪切機(jī)制備的短節(jié)傳送至焊機(jī)處進(jìn)行自動(dòng)焊接，再經(jīng)過(guò)整形剪切后自動(dòng)出料的整個(gè)過(guò)程。礦用梯子梁的生產(chǎn)全部由生產(chǎn)線自動(dòng)焊接來(lái)完成。減少了人員的投入，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了員工工作環(huán)境的舒適度，系統(tǒng)的人機(jī)接口界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，為現(xiàn)場(chǎng)人員的使用及維護(hù)帶來(lái)極大方便。

　　1生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　全自動(dòng)礦用梯子梁焊接生產(chǎn)線由長(zhǎng)料調(diào)直及步進(jìn)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(dòng)焊接生產(chǎn)線自動(dòng)將調(diào)直的長(zhǎng)鋼筋和剪切機(jī)制備的短節(jié)傳送至焊機(jī)處進(jìn)行自動(dòng)焊接，再經(jīng)過(guò)整形剪切后自動(dòng)出料的整個(gè)過(guò)程。

　　2自適應(yīng)自動(dòng)焊接單片機(jī)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(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，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(yùn)用該焊接方式時(shí)，需要長(zhǎng)鋼筋處于靜止?fàn)顟B(tài)。生產(chǎn)線的鋼筋調(diào)直過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，而自動(dòng)焊接時(shí)長(zhǎng)鋼筋是靜止不動(dòng)的。為了解決生產(chǎn)線鋼筋調(diào)直系統(tǒng)連續(xù)送料與長(zhǎng)鋼筋斷續(xù)送料之間的矛盾，設(shè)計(jì)了送料緩存裝置。由送料緩存與反饋系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)自動(dòng)焊接過(guò)程。系統(tǒng)的鋼筋調(diào)直裝置與對(duì)焊裝置連接，對(duì)焊裝置和送料緩存與反饋系統(tǒng)通過(guò)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(zhǎng)料同步送料裝置和電阻壓焊焊接系統(tǒng)依次設(shè)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(guò)卷料調(diào)直系統(tǒng)后變成直的長(zhǎng)料，送料緩存與反饋系統(tǒng)存儲(chǔ)長(zhǎng)料并將長(zhǎng)料傳送給長(zhǎng)料同步送料裝置，長(zhǎng)料同步送料裝置將長(zhǎng)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(zhǎng)料和短料焊接形成礦用梯子梁，儲(chǔ)料緩存與反饋系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的滑塊裝置隨長(zhǎng)料的儲(chǔ)量的多少而上下移動(dòng)，滑塊裝置在移動(dòng)的過(guò)程中帶動(dòng)拉線式傳感器，拉線式傳感器檢測(cè)到長(zhǎng)料的儲(chǔ)量并將儲(chǔ)量反饋給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)長(zhǎng)料的儲(chǔ)量調(diào)節(jié)長(zhǎng)料同步送料裝置的送料速度。

　　3程序設(shè)計(jì)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�？刂葡到y(tǒng)主要完成卷料調(diào)直裝置和長(zhǎng)料同步送料裝置的啟動(dòng)停止以及對(duì)其速度進(jìn)行控制，可以通過(guò)拉線式傳感器對(duì)長(zhǎng)料儲(chǔ)量的值進(jìn)行采集，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)值對(duì)卷料調(diào)直裝置和長(zhǎng)料同步送料裝置的速度進(jìn)行調(diào)整。開(kāi)關(guān)量輸入及輸出配合電磁閥對(duì)氣缸的動(dòng)作進(jìn)行控制，構(gòu)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(kāi)關(guān)的使用可以使控制系統(tǒng)對(duì)焊接前短料是否到位進(jìn)行判斷。在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，使得短節(jié)送料動(dòng)作完成后，短節(jié)沒(méi)能到位的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出報(bào)警并立即停機(jī)。此外，可以對(duì)生產(chǎn)中需要的加工參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及修改，并且對(duì)設(shè)備的一些變量進(jìn)行監(jiān)控，在設(shè)備調(diào)試階段進(jìn)行輔助調(diào)試。用戶可以通過(guò)觸摸屏實(shí)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(chǔ)。在設(shè)備啟動(dòng)前，通過(guò)手動(dòng)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(guò)單片機(jī)中的運(yùn)算程序可以自動(dòng)計(jì)算出焊接及剪切的位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的目的。

　　3.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　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(jī)，變頻器1和變頻器2分別控制卷料調(diào)直系統(tǒng)的2臺(tái)異步電機(jī)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行變頻調(diào)速，使長(zhǎng)料儲(chǔ)量始終保持在合適的范圍內(nèi)。當(dāng)設(shè)備處于焊接和剪切狀態(tài)時(shí)，要使伺服電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，以實(shí)現(xiàn)精確焊接和精確剪切。此時(shí)，單片機(jī)可以根據(jù)信號(hào)輸入對(duì)伺服電機(jī)的啟停進(jìn)行控制，由于伺服電機(jī)的非連續(xù)性工作以及卷料調(diào)直系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)料儲(chǔ)量發(fā)生變化，單片機(jī)可以根據(jù)傳感器反饋的長(zhǎng)料儲(chǔ)量對(duì)伺服電機(jī)和卷料調(diào)直系統(tǒng)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。圖4為自適應(yīng)自動(dòng)焊接單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖。

　　3.3調(diào)試出現(xiàn)問(wèn)題及解決思路

　　后期調(diào)試中主要出現(xiàn)的問(wèn)題主要有兩個(gè)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(jī)控制焊接及剪切的依據(jù)，通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)算程序自主計(jì)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(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)剪切或者焊接。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況下，發(fā)現(xiàn)采用該控制方式時(shí)，長(zhǎng)料的停止距離上會(huì)出現(xiàn)1~2mm的誤差，為了解決這一問(wèn)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(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)算程序自主計(jì)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(jié)合伺服電機(jī)的分辨率及其電子齒輪比，單片機(jī)計(jì)算出運(yùn)動(dòng)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(wèn)題。

　　4結(jié)論

　　自適應(yīng)自動(dòng)焊接單片機(jī)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(dòng)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(wèn)題、電阻壓焊焊接接頭的質(zhì)量均勻性控制等問(wèn)題。能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)焊接和自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，礦用梯子梁外觀平整一致，焊接點(diǎn)的穩(wěn)定性及剪切性能滿足技術(shù)要求，生產(chǎn)效率高。

　　《礦用梯子梁自動(dòng)焊接控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》來(lái)源：《焊接技術(shù)》，作者：王亞軍 周好斌 王志剛

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