營口北方變頻全自動鋼桶縫焊機的開發(fā)與研制
營口北方制桶設(shè)備科技有限公司 王志堅
王志堅先生在2010年鋼桶行業(yè)大會上演講
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓、同仁們：
大家好！
我來自營口北方制桶設(shè)備科技有限公司，今天我們共同迎來了“中國包裝聯(lián)合會鋼桶專業(yè)委員會第一屆三次會員代表大會”，切磋行業(yè)發(fā)展之經(jīng)驗，探討科技發(fā)展之未來。在此，我代表公司慕總向各位關(guān)注和支持營口北方制桶設(shè)備科技有限公司的領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓和同仁們表示衷心的感謝。
營口北方制桶設(shè)備科技有限公司，是一家歷史悠久，技術(shù)卓越的制桶設(shè)備企業(yè)。1908年由英國商人創(chuàng)辦，起名 “亞細(xì)亞火油公司營口油棧”，1951年更名為“營口制桶廠”。 2008年，改制更名為 “營口北方制桶設(shè)備科技有限公司”， 曾隸屬于原商業(yè)部、中國石化總公司。
公司坐落在遼寧五點一線與沈陽經(jīng)濟區(qū)的遼寧沿海產(chǎn)業(yè)基地。占地面積2.1萬平方米，車間作業(yè)面積達1萬平方米，包括四個制桶設(shè)備制造車間和一座辦公樓。擁有各種機械加工機床、檢測及試驗設(shè)備120余臺套，設(shè)備先進、配套齊全；現(xiàn)有員工200余人，大專以上學(xué)歷40人，產(chǎn)品研發(fā)人員24人。是國內(nèi)僅有的一家既生產(chǎn)制桶設(shè)備又生產(chǎn)鋼桶的專業(yè)公司, 也是中國僅有的生產(chǎn)高速制桶設(shè)備的專業(yè)公司。
幾年來，公司秉承“以人為本，技術(shù)領(lǐng)先”之發(fā)展理念，海納大量的技術(shù)人才，先后研發(fā)了吹桶機、高速絲網(wǎng)印刷機、立式脹錐機、縮徑機、自動上蓋機、自動尋縫機、自動上料系統(tǒng)、HJ10型變頻全自動鋼桶縫焊機、高速新型立式制桶設(shè)備等一系列制桶設(shè)備。并獲6項國家專利。特別是HJ10型變頻全自動鋼桶縫焊機的研制成功，標(biāo)志著制桶設(shè)備技術(shù)水平達到了新的歷史高度。是自動制桶生產(chǎn)線“實現(xiàn)質(zhì)量和速度”的飛躍。它是我們在制桶設(shè)備技術(shù)上的“引進、消化、吸收、到再創(chuàng)新”的完美體現(xiàn)。
下面我就特別的介紹一下我們開發(fā)研制的《HJ10型變頻全自動鋼桶縫焊機》，和各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓、同仁們共同分享。
我們研制全自動鋼桶縫焊機有幾十年的歷史，早在1983年，我公司的前身營口制桶廠與原中國石化銷售公司華東分公司聯(lián)合承擔(dān)了由中國石化總公司出資立項的《高速全自動鋼桶縫焊機研制》項目（這是當(dāng)年的立項文件）。開中國研制高速全自動鋼桶縫焊機之先河，項目聯(lián)合研制組經(jīng)過幾年的刻苦攻關(guān)，研制了兩臺高速全自動鋼桶縫焊機，分別在原營口制桶廠和原株洲制桶廠投產(chǎn)使用（這是當(dāng)年研制的全自動鋼桶縫焊機）。通過研制、使用，我們掌握了高速全自動鋼桶縫焊機的制造機理、調(diào)整、維護等原生資料；為我們研制新型高速全自動鋼桶縫焊機打下了堅實基礎(chǔ)。
2009年，公司成立了以當(dāng)年參與縫焊機項目聯(lián)合研制組的技術(shù)人員為主的新型全自動鋼桶縫焊機科研小組，我們首先開展調(diào)查研究，了解國、內(nèi)外電阻焊設(shè)備生產(chǎn)使用情況、國、內(nèi)外生產(chǎn)焊機焊機產(chǎn)品特性，查閱大量國、內(nèi)外技術(shù)資料，廣泛了解、聽取專家意見和建議。根據(jù)我們幾十年研制高速縫焊機的技術(shù)與焊接的操作經(jīng)驗，通常采用交流電阻焊在高速焊桶時對于機械參數(shù)的調(diào)整或鋼材料的規(guī)格變化是不敏感的;而采用單相直流焊時,對兩者必須很精密的控制,才能確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定。針對制桶行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，充分考慮鋼桶板材特點，電網(wǎng)使用條件等因素。決定研制采用三相逆變焊接控制技術(shù)即交流變頻電阻焊全自動鋼桶縫焊機。
1.交流變頻電阻焊控制工作原理
三相交流50/60HZ電源輸入，經(jīng)整流、濾波變成平滑的直流電，以開關(guān)器件產(chǎn)生交替的電壓輸出，通過調(diào)整高頻（5KHZ）工作的開通脈沖寬度實現(xiàn)設(shè)定的焊接電流輸出
2.波形對比
1）普通工頻交流50HZ，次級電流10.0KA，變壓器圈比80
焊接電流10.0KA
峰值電流216A
有效值電流125A
比值=125/216=1.73
2）交流變頻50HZ，次級電流10.0KA，變壓器圈比80
焊接電流10.0KA
峰值電流140A
有效值電流125A
比值=125/140=1.12
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3）數(shù)控中頻1.0KHZ，次級電流10.0KA，變壓器圈比50
焊接電流10.0KA
原邊峰值電流200A
為保證焊機制造加工精度和檢測需求，我們新進了一批數(shù)控加工機床和專用的檢測設(shè)備。
經(jīng)過一年多的精心研制，于2010年初研制成功。焊機設(shè)計理念先進，節(jié)能減排，提高功效。
經(jīng)上海煉興實業(yè)有限公司半年多使用、觀察和比較，證明《HJ10型變頻全自動鋼桶縫焊機》設(shè)計合理，自動化程度高，焊接質(zhì)量可靠，焊接表面光潔、兩端無鐵舌，無裂角，減少修整焊輪次數(shù)，電機壽命提高10被。節(jié)能省電，操作簡單方便，各項技術(shù)指標(biāo)達到設(shè)計要求，特別是經(jīng)受住上海百年一遇高溫考驗（室溫達45℃），性能優(yōu)于該公司現(xiàn)有國外同類焊機。（這是HJ10型變頻全自動鋼桶縫焊機及上海煉興實業(yè)有限公司驗收報告）
交流變頻控制比其他控制優(yōu)點
該機經(jīng)美國權(quán)威機構(gòu)ROMAN測試報告表明：
三相交流電源輸入，功率平衡。
功率因數(shù)高，COS￠達到0.9。
電力消耗約降低60 %。
對相同的焊接工件，焊接時間縮短，省時省電；焊接穩(wěn)定區(qū)加大。
優(yōu)質(zhì)焊接質(zhì)量，較高的焊接頻率，加熱區(qū)域較小，高滲透率。
電極使用壽命大大提高（比普通工頻提高近10倍）。
焊接控制調(diào)整得到簡化。
可連接標(biāo)準(zhǔn)的交流變壓器。
交流變頻焊接具有中頻的焊接性能，不用次級整流器，焊機的可靠性提高。
焊機主要技術(shù)指標(biāo)
板材厚度：0.6~1.5mm
焊接長度：500~1100mm
桶 徑：φ450~φ600mm
焊接搭接量：2.5±0.5mm
生產(chǎn)速度：600只/小時
電 源：三相380V， 50HZ /60HZ，
變 壓 器: 單相交流變壓器，額定容量250KVA,
供 氣：壓力0.6Mpa，壓縮空氣。
供 水：清潔水，流量6.3m3/h，壓力不低于 0.2MPa ，入口溫度不超過30℃
焊機集自動上料、卷圓、焊接、軋平焊縫、卸料等功能于一體，采用焊接變頻補償電控系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)，配置彩色觸摸屏，
實現(xiàn)人機對話，對加工全過程進行監(jiān)控。
焊機由自動上料系統(tǒng)、卷圓機系統(tǒng)、伺服推送系統(tǒng)、定徑系統(tǒng)、焊輪系統(tǒng)、出桶卸料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)、電氣控
制系統(tǒng)等九大系統(tǒng)組成?？筛鶕?jù)用戶要求配置
1.自動上料系統(tǒng)：
德國直角坐標(biāo)機械手。
自動分張，雙張檢測。
伺服輸送控制，穩(wěn)定準(zhǔn)確。
真空吸盤，板材無劃痕。
上料速度大于600張/小時。
2.卷圓機系統(tǒng)：
進板方向按用戶要求設(shè)計。
入口輸送怠速導(dǎo)向，自動定位，自動校正。
智能控制送料，可避免向焊機重復(fù)送料。
三輥卷圓，同一動力源，外圓周向線速度相等。
卷圓輥通過PLC人機界面控制馬達電動導(dǎo)引調(diào)節(jié)卷圓曲率，實現(xiàn)不同桶徑。
安裝在送板輥與卷圓輥之間滑動板使卷圓后桶的平直段控制在不能再小。
3.焊接
1）伺服推送系統(tǒng)：
桶的傳輸是通過伺服控制的推進器完成的,分別安裝在卷圓機兩側(cè)。
按要求調(diào)節(jié)送桶速度和桶體長度。
推進速度變化平緩。保證桶身運動平穩(wěn)性及焊接起始段焊接質(zhì)量。
伺服推送控制系統(tǒng)
伺服采用進口伺服電機、減速機和伺服放大器，通過PLC指令對伺服系統(tǒng)進行控制。具有穩(wěn)定性強、精度高（精度0.1mm）、可調(diào)性強、故障率低等優(yōu)點。
2）由“Z”型導(dǎo)軌、腰鼓輪控制焊接搭接量
焊接搭接量控制：
卷圓后桶身在推進過程中，通過“Z”型導(dǎo)軌逐漸將板材搭邊，從后導(dǎo)向端到“Z”型軌鼻型端至焊縫終端使桶身兩側(cè)順利重疊，同時依靠“Z”型導(dǎo)軌確保重疊部位與焊輪中心對齊，完成搭邊尺寸控制。
“Z”型導(dǎo)軌軌和“Z”型鼻型端設(shè)計可拆卸結(jié)構(gòu)，選用耐磨組件，便于維修更換。
腰鼓輪：
外徑定徑由一組銅輥組成，雙排十二輥結(jié)構(gòu)。
桶身進入定徑腰鼓輪的同時也被送入焊接工位。
通過一組紅外線桶身位置檢測裝置控制上腰鼓輪上二個氣缸，施加適當(dāng)成型壓力，以保證焊縫搭接量的一致性和穩(wěn)定性。
通過精確的焊接定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了2-3mm的焊接搭邊，并能夠保證焊接質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定，焊接強度高，焊縫密封性能好，焊縫表面美觀平整。
3）延長焊輪的使用壽命。
焊輪
設(shè)計下焊輪比上焊輪直徑大50mm，當(dāng)下焊輪直徑磨損掉50mm后，可以用作上焊輪繼續(xù)使用。上下焊輪分別由交流變頻馬
達經(jīng)滾花輪驅(qū)動，焊輪由高硬度和高導(dǎo)電率的銅合金制成，上下焊接回路連同上下焊輪采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，保證焊輪不致因發(fā)熱變形損壞，
焊輪移位裝置：
上下焊輪采用機械側(cè)向移位機構(gòu)，充分利用焊輪的寬度，
焊輪的修整器
上下焊輪均裝有修整器，對焊輪表面進行修整，保持焊輪表面光滑、平整。
焊接壓力裝置
下焊輪由一組杠桿機構(gòu)通過壓力控制裝置對焊輪施加衡定的焊接壓力，以保證焊接質(zhì)量。
4.焊縫軋平
利用焊縫在融化的瞬時再結(jié)晶對焊縫進行軋平，使金屬致密，消除因收縮而致缺陷，使焊縫表面光潔，美觀
出桶卸料系統(tǒng)
交流變頻控制出桶速度，使焊后鋼桶按用戶要求實現(xiàn)接序。
5.冷卻系統(tǒng)
為保證焊機正常運轉(zhuǎn)，焊機上下焊輪、上下電極板、導(dǎo)電通道及焊接控制器等相關(guān)部件均采用冷卻水冷卻。冷卻水為清潔水，流量6.3m3/h，壓力不低于 0.2MPa ，入口溫度不超過30℃。
6.氣動系統(tǒng)
焊機的自動上料機械手、焊輪的軸向移動、定徑裝置、焊輪電極壓力、焊縫軋平、出桶卸料等裝置以壓縮空氣作動力源，由各氣動元器件組成氣動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)相應(yīng)要求動作。
7.電氣控制系統(tǒng)
1）焊接變頻補償電控系統(tǒng)
焊機采用交流變頻電阻焊焊接原理，自動化程度高，性能穩(wěn)定，焊接質(zhì)量可靠。焊接功率因數(shù)高，高滲透率，節(jié)能省電。
變壓器
單相交流變壓器，額定容量250KVA,電源輸入電壓380V,頻率50HZ,額定輸入電流658A，次級空載電壓6.4V、7.45V、8.44V、9.74V。
控制系統(tǒng)
變頻電阻焊控制：
a）變頻輸出電源頻率：25HZ~400HZ
b）可編程64套焊接規(guī)范
c）三段加熱過程：預(yù)熱、焊接、回火；其中焊接段中可以自己定義遞增和遞減段
d）可編程壓力控制，多達可定義10個壓力段
2）實現(xiàn)PLC觸摸屏調(diào)節(jié)
該設(shè)備采用目前新式的PLC中文觸摸屏進行調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)了更簡單和直觀的人性化調(diào)節(jié)，輕松實現(xiàn)計算機自動控制，不僅調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，而且迅速、穩(wěn)定。可以預(yù)設(shè)置幾十組焊接參數(shù)，當(dāng)改變材料時可以輕松實現(xiàn)焊接參數(shù)的更換。
采用可編程控制器作為控制核心，配有輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊、人機對話通訊連接板。主要功能：信號采集、輸入輸出控制、延時控制、伺服脈沖控制、變頻調(diào)速控制、信息處理功能。自動開機檢測裝置，確保供水、供電、供氣等達到設(shè)定條件下方能實現(xiàn)開機。過載安全保護裝置，確保電機安全使用。工位檢測保護裝置，確保每一工位工件匹配確定性。
1、初始畫面
2、控制畫面
3、主畫面
4、定位條件畫面
5、生產(chǎn)設(shè)置畫面
6、手動控制畫面
7、密碼輸入
8、故障監(jiān)視畫面
以上是我們研制HJ10型變頻全自動鋼桶縫焊機具有特點，講的不對的地方還請大家批評指正。
從1908到2010年，回首北方制桶走過的百年歷程，經(jīng)過我們幾代人的不懈努力，實現(xiàn)了企業(yè)由小到大的變遷，實現(xiàn)了一次次科技創(chuàng)新的跨越。今天，能夠與各位在此相聚，共同探討制桶行業(yè)的發(fā)展與未來，我們感到萬分榮幸。在此，感謝中國包裝聯(lián)合會鋼桶專業(yè)委員會，感謝各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓和同仁們長期以來對北方制桶的支持和關(guān)愛，感謝大家今天給我們這個機會，是你們的支持為北方制桶提供了發(fā)展的動力與源泉。同時，非常希望各位能夠繼續(xù)支持營口北方制桶，在這里，我代表慕總誠摯歡迎大家到營口北方制桶做客、檢查指導(dǎo)，歡迎大家多提寶貴意見。
謝謝大家！
2010年11月21日
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