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1、 表 峨董 焊件轴向霉 窜动 的焊接滚轮架 无锡阳通机械有限公司技术中心 ( 江苏7 3 0 9 0 0 ) 颜 平 录 我 国在 1 9 9 0年颁 布 的焊 接 滚 轮 架 的行 业 标 准 ( Z B J T 3 3 0 0 3 - 1 9 9 0 ) 中规 定 ：主动 滚 轮 的 圆周 速 度应 在 6 6 0 m h范 围内无 级无 调 ，速 度 波 动量 按 不同的焊接工艺要求，要低 于 土5 和 土1 0 ，滚 轮转 速 应 稳 定 、均 匀 ，不 允 许 有 爬 行 现 象。按 GB 1 5 0规定 制 造 的简 体 类 工 件 在 防轴 向 窜 动 滚 轮 架上进行焊接时 ，
2、在整个焊接过程中允许工件的轴 向窜动量 为 土3 mm。 国外 于 2 0世 纪 8 0年 代 中期 推 出的 防止焊 件轴 向窜动 焊 接滚 轮 架 ，能 将 焊 件 的窜 动 量 控 制 在 土 2 mm 以内。 我 国 近些 年 来 也 有 个 别 工 厂 生 产 过 防 窜 动滚 轮架 ，但 在实用 性 和可靠 性方 面 ，与 国外产 品相 比还存 在着 差距 。下 面谈一 谈 国 内在 此产 品生 产技术上的进展 ，经过实际检测 ，其综合指标 已优 于 国外 同类产 品。 实例 ：我公司于 2 0 0 2年 5月份研制成 功并交 付云天化集团使用的 4 0 t 防止轴向窜动滚轮架的实
3、 测 数据 如下 ： 主 动滚轮 的圆周 速度2 7 7 2 m h无级调速 ； 速 度波 动量 按不 同转 速要求 土3 ； 无 爬行 现象 ； 更 换不 同焊 件并 经过 连续 7 2 h运行 ，焊 件在 整 个 运行 期 间窜动 量为零 。 1 焊 件产 生轴 向 窜动 的主要 原 因 如果滚轮和焊件都是理想的圆柱体 ，且各滚轮 尺寸一致 ，并且其转动轴线都在同一水平面内并与 焊 件轴 线平 行时 ，放 在滚 轮架 上 的焊件是 不会 产生 轴 向窜 动 的 ，这 是理想 的情况 。但 实际 上是 不可 能 做到的，尤其是焊件 就不可能做 到理 想 中的圆柱 体 。 曾有人说 过 ：只要
4、将 主 、从 滚 轮架在 水平 和轴 向上 的位置 找好 ，固定下 来 ，下次 再用 时就 不会 窜 钮2 0 0 3 年 第， 婀 动 了。但 经 过 我 们 多 次 试 验 ，这 种 方 法 是 行 不 通 的。即便是同一个焊件 ，此时调整后 已不再窜动 ， 但换 个方 向旋 转或 将该 焊件 吊起 移动 位置后 再 放 到 滚 轮架上 ，该 焊件 又会 窜动 了 ，更不 用说 换另 外一 个焊 件 了 。 国内一些 工厂 采用 在焊 件端 头硬 顶 的办法 ，这 种 办法对 设备 和焊 件都 有损 害 ，实属 无奈 。 国外 制 造 的防窜滚轮架 ，虽能满足要 求 ，可惜 价格较 昂贵
5、。 理论 和实践都 证 明 ：影 响焊 件做 轴 向窜动 的主 要原 因是 滚 轮各 轴 线 与 焊 件轴 线 的平 行 度 。 因此 ， 在 制造 和使 用焊接 滚 轮架 时 ，首 先要 尽量 做到 ： 主 、从滚 轮 架都 位于 同一 中心线 上 。各 滚轮 的轴 线 都在一 个水 平 面 内且 互 相平 行 。 滚 轮 间距 相 等 。 2 防窜机械执行机构 实 际上 ，焊 件在 滚轮架 上 的轴 向窜 动 ，其 焊件 本身是在作螺旋运动，如能采取措施 ，把焊件 的左 旋 及 时地 改 为右旋 或将 右旋 改 为左旋 ，直至焊 件 不 再 作螺 旋运 动为 止 。 目前 ， 已有 三种
6、执行机 构 可完成 此任 务 ： ( 1 )顶升式执行机构从动滚轮架的一侧滚轮 可以做升降运动 ，使焊件轴线发生偏移 ，同时也使 焊件 自重产 生 的轴 向分量 发生 变化 。这 种调 节方 式 其优点是调节灵敏度较高 ，缺点是制造成本高，体 积大 。 ( 2 )偏 转式 执行 机构 从 动滚 轮架 的两侧 滚 轮 沿其垂直中心线可做 同向偏转 ，以此改变滚轮与焊 件 的轴 向摩擦分力。这种调节方式其优点是灵敏度 高，但最大的缺点是对滚轮的磨损太大。 ( 3 )平 移式 执行 机构从 动滚 轮架 的两 侧滚 轮 可 以同时垂 直 于焊件 轴心线 做 水平 移动 ，从 而达 到 调 节焊 件轴
7、心线 以及 调节滚 轮 轴线 夹角 的 目的 。这 机械1人( 热加I ) ， r l ， 一日, J l - W el di n g &o nt i n g 种 调节方 式 其优点 是稳 定性 好 ，制 造 成本低 ，结 构 简 单 ，不 占用额外 的安 装空 间 。 3 主动轮 转速控 制 要做到使焊件无级调速的平稳旋转，一般采取 两种 驱动方 式 ：直流调 速 和交 流变频 调速 。 由于直 流调速存在着故障率高且成本也高的缺陷 ，因而我 们选 择 了交 流变 频调 速 。随着 电子技 术 的发展 ，交 流变 频调速 已完 全能 够满 足各种 吨位 焊接 滚轮 架 的 需 求 。 为使焊
8、接滚轮架的滚轮间距调节方便可靠 ，组 合便利，我们 建议 采用主动轮单独 驱动的设计方 案，即每个 主动轮单独利用一台电动机和减速机构 驱 动 。但 是 ，这 里要 注意解 决 好各 主动轮 的 同步 问 题 ，在选 用 电动机 和减速 机构 上要尽 量选 用特 性一 致且经过实测的使用 。在驱动方式上建议使用一套 驱 动源 ，各个 主动轮 电动 机并 联 的方 式 。 4 纠偏 系统 通过 上 面的讨论 我们 知道 ，采 用平移 式执 行机 构最为简便、可靠 ，成本也最低 ，因而我们建议采 用 这种设 计 。 5 焊 件轴 向窜动 的检 测 我们 的 目的是 要检测 出焊 件在 轴线 方 向
9、上的 窜 动 位移 ，从 原理上说 ，可 以采取 在焊件 筒壁侧 面 检 测方式和在焊件端面检测方式 。筒壁侧面检测方式 可以不受焊件端面误差的影响，但这种检测方式 由 于要去除筒壁的垂直旋转分量 ，再加上打滑 、筒体 表面粗 糙 、污物 的影 响 ，因此要 制造 出可靠 的传 感 器 来是 不容 易 的。在 焊件端 面检 测方 式是 目前贯 用 的检测 方式 ，这 种检测 方法 简 单 、易行 ，只要让 传 感器利用弹簧力顶住筒体端面 ，跟随焊件的轴向窜 动 即可 。但 这种 检测 方式 不可避 免地 受到 焊件端 面 与其轴心线垂直方向上凹凸不平的影响 ，因此要求 对焊件的受测端面进行加工
10、。但对大型焊件来讲 ， 这种加工要求 的精 度越高 ，其 困难 和费用也就越 大。能否降低对 端面加工 的要求 ，就显得重要起 来。比如 ，工艺 要求焊件 的轴 向窜 动量 不大于 2 mm，可是焊件的受测端面不平度却大于 2 mm， 在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量 防窜 滚轮 架是 否实 用 的重要指 标 之一 。 6 模糊 控 制 对 于一个 焊 件 ，尤 其对 于一 个 大 型 焊件 来 说 ， 要想确 切地 知道其 检测 端 面相对 于其轴 心线 的垂 直 度 和不平 度是 比较 困难 的 。硬 性规 定其 端 面加工误 差不超过某值有时是不 太现实 的。在这种条件 下，
11、 如何做到对不同的焊件都能达到防窜 目的 ，甚至是 零窜 动 ，是关键 之所 在 。 对于像 防窜滚轮架这类控制系统来讲 ，在影响 焊件轴向窜动的不确定因素很多的情况下 ，我们可 以借 助 于模 糊控 制这 种 手段来 达 到控制 目的。模糊 控制 就是 利用 计算 机模拟 人 的思维 方式 ，按 照人 的 操作规则进行控制 ，也就是利用计算机来实现人的 控制 经验 。模糊 数学 可 以用来 描述 过程 变量 和控 制 作用量这类模糊概念及它们之 间的关系，再根据这 些模糊关系及每一时刻过程变量的检测值用模糊逻 辑 推理 的方法 得 出该 时刻 的控 制量 。模 糊化 和精 确 的控制是辩证
12、的关系，计算机仿照人的思维进行模 糊 控制 ，而 人 的大 脑 中的控制 经 验是 由模糊 条件 语 句构成的模糊控制规则 。因此，需要把输入信号 由 精确量转化为模糊量。模糊化首先把输入信号的采 样值转化到相应论域上的一个点( 量程变换 ) ，然 后 再把 它转 化为该 论域 上 的一个模 糊 子集 。与模 糊 化 相反 ，解模 糊 化过程 就是将 推 理过程 中得到 的模 糊控制作用转化为精确的控制量 。 不 过 ，对于受 控 焊件 的检测 端 面误 差 大于 防窜 精 度 的控制 系统来 说 ，要 实现 焊件 的防窜 目的 ，仅 用 模糊 控制 论 的方 法 来解决 问题 显 然是不 够
13、 的。 因 为焊件 的端面误差已经大于防窜精度的要求 ，由传 感 器送 来 的偏 移量究 竟是 由于 焊件 端面 的误差 造成 的，还是由于焊件的轴向窜动引起的，计算机仅从 送 来 的信 号上 是无法 区别 的 ，况且 不 同焊件 的误差 尺寸和形状都是不一样的。为此 ，在这里我们引入 了 自适应控 制 方法 。 7 自适应控 制 自适应控制具有修正本身特性参数 以适应被控 对象 和扰 动 的动态 特性 变化 的能 力 。在 自适 应 系统 中 ，我们 采用 的算 法 是 “ 参 数 追 踪 算 法 ” 。 即计 算 机对送来 的信号进行 自动追踪和预设动做阀值 ，这 些参数在控制过程 中都不
14、是 固定不变的。通俗一点 说 ，就 是先让 计算 机记 住 焊件 的端 面形状 ，然 后再 分辨出真正的窜动量。这样一来 问题就简单了，只 要 做 到对窜 动量 进行控 制 而对端 面误 差不 与理 睬 即 可 。顺 着这 一思 路 ，经过 一段 时 间的调 节 ，我们就 可 以做 到 焊 件 在 其 轴 向上 的 “ 零 窜 动 ” ( 经 过 对 云 ( 下转 第 1 2页) 机械1人( 热加I) 2 0 0 3 车 第3 婀 _ 焊 瑗- 7 切硼 W e l d i n g & & t t t i ng 线 ，另 1 根 电极线 接焊 枪 ，将热 值开 关 2打开 。 ( 4 )焊枪
15、电极 用 2 电极 。第 一根 钢 棒 放 在 离 端 部 2 ram 外 ，用 焊枪 压 住 ，并 按 下 焊 枪 的 控制 开 关 不动并 用 焊 枪 压 紧 钢 棒 ，停 2 s 后 松 开 开 关 ，取 下焊枪 。按 同样 步骤 焊完 4根 钢棒 。再 在两钢 棒 间 和 两端 部 焊上 5个 C 一 3号普 碳钢 球 ( 1 mm) 。 ( 5 )应用上述方案补焊其余两个划沟。 经打 磨修 平后 检验 ，表 面质 量 良好 。经 试样 检 验 ，C 一3号堆 焊 层 的 硬 度 为 2 5 62 8 8 HV，符 合 HT 2 0 0材 料 的硬度 范 围。 实例 2 ：某 工厂 的
16、一 个仪 器控 制 面 板 的冷 冲模 具 ，有一 个 直 角 棱 边 崩 塌 了 1 3 mm，塌边 不 平 整 ， 平 均尺 寸 为 水平 和垂 直 方 向各 1 2 mm。该 模 具 材 料 为 C r l 2 Mo V， 淬 火 +低 温 回 火 ，表 面 硬 度 达 6 0 HR C 。应用本发明技术修补规范如下： ( 1 )用 手 砂 轮 修 整 崩 塌 棱 边 ，成 1 5 mm 1 5 mm 的倒 角 ，长度 为 1 5 mm；用 手 扶 薄 片砂 轮 ， 在 1 5 mm 1 5 mm 斜 坡 中 部 靠 下 磨 出 一 条 深 约 0 2 0 mm沟槽 ，最后用丙酮清洗打磨
17、待修部位。 ( 2 )选 用 C r _ _ 3号 ( 即铬 钢 )细钢 棒 ，尺寸 为 2 mm 1 5 mm 两 根 ， C r _ _ 3号 球 体( 2 mm) 2 个。修补机的热值开关选择 5号。 ( 3 )按实例 1 的工艺程序先补焊 1 根 c r 一3号 钢棒 ，然后用干净的钢丝刷 ( 不可使用镀铜的钢丝 刷)清理第一层堆焊层及相关部位，用丙酮清洗干 净 。 ( 4 )在第 一层 和倒 角 的上 边 之 间 焊 补 第 二 层 ， 最 后用研 磨 膏进行 抛光 处理 。 经检验 ，修补质量达到要求 。经试样测定 ，修 补层硬度为 5 96 1 HR C ，达到性能要求。 由上述
18、 两个 实例可 知 ，应用 本技 术能 完成零 部 件和模具表面局部损伤的修补 ，但关键的技术是必 须根据损伤的形状 、工作条件及性能要求 ，适当地 选择修补材料 ，还需按本技术要求作好预先处理的 加工 。 5结语 金属熔 融 填充修 补 机很好 的解 决 了工模 具及 金 属零部件表面的砂眼、划伤 、磨损等局部缺陷的修 复难题 ，可使企业降低生 产成本 、提高经济效益 ， 同 时可节 约资 源 ，避 免 资源 浪费 ，具 有广 阔 的应 用 前景 。 ( 2 0 0 3 0 1 1 2 ) 2 0 0 3 年 第3 期 ( 上接 第 5页 ) 三 、 结 语 Hw L H G型连 铸 火焰切
19、 割 机于 2 0 0 0年 1 1 月 通过了黑龙江省科委组织的专家鉴定 ，鉴定结论是 该 设备 达 到 国内先进 水平 。经 过在 某钢 厂 三 个月 的 现场试 运 转 ，证 明 Hw L HG型 连 铸 火焰 切 割 机 达到了设计指标 ，系统满足 在连铸现场高温 、高 湿的恶劣环境下连续工作 的要求。切割质量与定尺 精度 与现 场 老式罗 可普 型切 割机 相 比显著 提高 ，并 且稳 定 可靠 。但 是 也 暴 露 出 一 些 设 计 上 的 不 足 之 处 ：如用 电 高峰期 ，钢 厂 动力 电压过 低影 响切 割机 变频器功率的输出；减压阀的选择没有考虑到北方 冬季的高寒气候
20、，发生环境温度过低失效问题等。 以上问 题经过 改 用更 大功率 的变 频器 ，增 加 电 机功率储备量 ，改用适应低温工作的减压阀得以解 决。这说 明 P L C控制技术在连铸 火焰切 割机上 的 应 用 ，有效 地提 高 了连铸 生产 线 的 自动 化程度 ，具 有 良好 的应 用前 景 。 ( 2 0 0 2 1 01 6 ) ( 上 接 第 7页) 天化防窜滚轮架的实测 ，其被测简体直径为 1 8 m， 受测 端 面误 差 为 5 mm，合 同要求 窜 动量 小 于 2 mm，连续 2 h运转 ，轴 向窜动为零 ) 。 自适应 过 程的时间长短视焊件端面误差而定 ，对于端面误差 在 5
21、 mm 的焊 件 ， 自适 应 过 程 在 事 先 不 用进 行 手 动 调节 的情况下，大约 1 5 mi n后即可把窜动量限制在 2 mm以内，大约经过 0 5 h后即可做 到使焊件保 持 “ 零窜动” 。 8 控 制理 论的 实现 再 好 的控 制理 论 如果无 法在 实 际控制 系统 中实 现 ，也 仅是一 种 在学术 上 的探讨 而 已 ；如 果要 将它 制 造成 工业 产 品 ，还 有许 多 困难 要 克服 。我们 是在 可 编程 序控 制 器 P L C上 实现 上 述 控 制 理 论 的。虽 说 P L C编 程语 句 和 相应 的 函数 功 能 不 够 丰 富 ，但 从 原 理上说 ，只要具 备记 忆功 能 和判 断功能 ，就 能 实现 我们想 要 的控 制 算 法 。我们 之 所 以选 择 P L C ， 就是 因为 P L C这 一 产 品 已适 应 于 工业 控制 ，况 且 它也具备计算机所应具备的一些基本功能。实践也 证 明了这 一选 择是 正确 的 。 ( 2 0 0 2 1 0 2 6 ) 机械1 人 ( 热加 7 - )
