營(yíng)口北方變頻全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)的開發(fā)與研制
營(yíng)口北方制桶設(shè)備科技有限公司 王志堅(jiān)
王志堅(jiān)先生在2010年鋼桶行業(yè)大會(huì)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(yíng)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(guó)包裝聯(lián)合會(huì)鋼桶專業(yè)委員會(huì)第一屆三次會(huì)員代表大會(huì)”，切磋行業(yè)發(fā)展之經(jīng)驗(yàn)，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(yíng)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(yíng)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(guó)商人創(chuàng)辦，起名 “亞細(xì)亞火油公司營(yíng)口油棧”，1951年更名為“營(yíng)口制桶廠”。 2008年，改制更名為 “營(yíng)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(guó)石化總公司。
公司坐落在遼寧五點(diǎn)一線與沈陽經(jīng)濟(jì)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(dá)1萬平方米，包括四個(gè)制桶設(shè)備制造車間和一座辦公樓。擁有各種機(jī)械加工機(jī)床、檢測(cè)及試驗(yàn)設(shè)備120余臺(tái)套，設(shè)備先進(jìn)、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(guó)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(guó)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(jī)、高速絲網(wǎng)印刷機(jī)、立式脹錐機(jī)、縮徑機(jī)、自動(dòng)上蓋機(jī)、自動(dòng)尋縫機(jī)、自動(dòng)上料系統(tǒng)、HJ10型變頻全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)、高速新型立式制桶設(shè)備等一系列制桶設(shè)備。并獲6項(xiàng)國(guó)家專利。特別是HJ10型變頻全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)的研制成功，標(biāo)志著制桶設(shè)備技術(shù)水平達(dá)到了新的歷史高度。是自動(dòng)制桶生產(chǎn)線“實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和速度”的飛躍。它是我們?cè)谥仆霸O(shè)備技術(shù)上的“引進(jìn)、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(dòng)鋼桶縫焊機(jī)》，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(dòng)鋼桶縫焊機(jī)有幾十年的歷史，早在1983年，我公司的前身營(yíng)口制桶廠與原中國(guó)石化銷售公司華東分公司聯(lián)合承擔(dān)了由中國(guó)石化總公司出資立項(xiàng)的《高速全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)研制》項(xiàng)目（這是當(dāng)年的立項(xiàng)文件）。開中國(guó)研制高速全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)之先河，項(xiàng)目聯(lián)合研制組經(jīng)過幾年的刻苦攻關(guān)，研制了兩臺(tái)高速全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)，分別在原營(yíng)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(dòng)鋼桶縫焊機(jī)）。通過研制、使用，我們掌握了高速全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)的制造機(jī)理、調(diào)整、維護(hù)等原生資料；為我們研制新型高速全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2009年，公司成立了以當(dāng)年參與縫焊機(jī)項(xiàng)目聯(lián)合研制組的技術(shù)人員為主的新型全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)科研小組，我們首先開展調(diào)查研究，了解國(guó)、內(nèi)外電阻焊設(shè)備生產(chǎn)使用情況、國(guó)、內(nèi)外生產(chǎn)焊機(jī)焊機(jī)產(chǎn)品特性，查閱大量國(guó)、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(jī)的技術(shù)與焊接的操作經(jīng)驗(yàn)，通常采用交流電阻焊在高速焊桶時(shí)對(duì)于機(jī)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(shí),對(duì)兩者必須很精密的控制,才能確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定。針對(duì)制桶行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，充分考慮鋼桶板材特點(diǎn)，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(dòng)鋼桶縫焊機(jī)。
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(shí)現(xiàn)設(shè)定的焊接電流輸出
2.波形對(duì)比
1）普通工頻交流50HZ，次級(jí)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(jí)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
<
3）數(shù)控中頻1.0KHZ，次級(jí)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(jī)制造加工精度和檢測(cè)需求，我們新進(jìn)了一批數(shù)控加工機(jī)床和專用的檢測(cè)設(shè)備。
經(jīng)過一年多的精心研制，于2010年初研制成功。焊機(jī)設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，節(jié)能減排，提高功效。
經(jīng)上海煉興實(shí)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(dòng)鋼桶縫焊機(jī)》設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)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(jī)壽命提高10被。節(jié)能省電，操作簡(jiǎn)單方便，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，特別是經(jīng)受住上海百年一遇高溫考驗(yàn)（室溫達(dá)45℃），性能優(yōu)于該公司現(xiàn)有國(guó)外同類焊機(jī)。（這是HJ10型變頻全自動(dòng)鋼桶縫焊機(jī)及上海煉興實(shí)業(yè)有限公司驗(yàn)收?qǐng)?bào)告）
交流變頻控制比其他控制優(yōu)點(diǎn)
該機(jī)經(jīng)美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)ROMAN測(cè)試報(bào)告表明：
三相交流電源輸入，功率平衡。
功率因數(shù)高，COS￠達(dá)到0.9。
電力消耗約降低60 %。
對(duì)相同的焊接工件，焊接時(shí)間縮短，省時(shí)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(jiǎn)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(jí)整流器，焊機(jī)的可靠性提高。
焊機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)
板材厚度：0.6~1.5mm
焊接長(zhǎng)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(shí)
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(jī)集自動(dòng)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(bǔ)償電控系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)，配置彩色觸摸屏，
實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，對(duì)加工全過程進(jìn)行監(jiān)控。
焊機(jī)由自動(dòng)上料系統(tǒng)、卷圓機(jī)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(dòng)控制系統(tǒng)、電氣控
制系統(tǒng)等九大系統(tǒng)組成。可根據(jù)用戶要求配置
1.自動(dòng)上料系統(tǒng)：
德國(guó)直角坐標(biāo)機(jī)械手。
自動(dòng)分張，雙張檢測(cè)。
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(shí)。
2.卷圓機(jī)系統(tǒng)：
進(jìn)板方向按用戶要求設(shè)計(jì)。
入口輸送怠速導(dǎo)向，自動(dòng)定位，自動(dòng)校正。
智能控制送料，可避免向焊機(jī)重復(fù)送料。
三輥卷圓，同一動(dòng)力源，外圓周向線速度相等。
卷圓輥通過PLC人機(jī)界面控制馬達(dá)電動(dòng)導(dǎo)引調(diào)節(jié)卷圓曲率，實(shí)現(xiàn)不同桶徑。
安裝在送板輥與卷圓輥之間滑動(dòng)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(jìn)器完成的,分別安裝在卷圓機(jī)兩側(cè)。
按要求調(diào)節(jié)送桶速度和桶體長(zhǎng)度。
推進(jìn)速度變化平緩。保證桶身運(yùn)動(dòng)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(jìn)口伺服電機(jī)、減速機(jī)和伺服放大器，通過PLC指令對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。具有穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高（精度0.1mm）、可調(diào)性強(qiáng)、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。
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(jìn)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(shí)依靠“Z”型導(dǎo)軌確保重疊部位與焊輪中心對(duì)齊，完成搭邊尺寸控制。
“Z”型導(dǎo)軌軌和“Z”型鼻型端設(shè)計(jì)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(jìn)入定徑腰鼓輪的同時(shí)也被送入焊接工位。
通過一組紅外線桶身位置檢測(cè)裝置控制上腰鼓輪上二個(gè)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(shí)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(qiáng)度高，焊縫密封性能好，焊縫表面美觀平整。
3）延長(zhǎng)焊輪的使用壽命。
焊輪
設(shè)計(jì)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(dá)經(jīng)滾花輪驅(qū)動(dòng)，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(jī)械側(cè)向移位機(jī)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(duì)焊輪表面進(jìn)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(jī)構(gòu)通過壓力控制裝置對(duì)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(shí)再結(jié)晶對(duì)焊縫進(jìn)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(shí)現(xiàn)接序。
5.冷卻系統(tǒng)
為保證焊機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，焊機(jī)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(dòng)系統(tǒng)
焊機(jī)的自動(dòng)上料機(jī)械手、焊輪的軸向移動(dòng)、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(dòng)力源，由各氣動(dòng)元器件組成氣動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)要求動(dòng)作。
7.電氣控制系統(tǒng)
1）焊接變頻補(bǔ)償電控系統(tǒng)
焊機(jī)采用交流變頻電阻焊焊接原理，自動(dòng)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(jí)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(dá)可定義10個(gè)壓力段
2）實(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)了更簡(jiǎn)單和直觀的人性化調(diào)節(jié)，輕松實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(shí)可以輕松實(shí)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(jī)對(duì)話通訊連接板。主要功能：信號(hào)采集、輸入輸出控制、延時(shí)控制、伺服脈沖控制、變頻調(diào)速控制、信息處理功能。自動(dòng)開機(jī)檢測(cè)裝置，確保供水、供電、供氣等達(dá)到設(shè)定條件下方能實(shí)現(xiàn)開機(jī)。過載安全保護(hù)裝置，確保電機(jī)安全使用。工位檢測(cè)保護(hù)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(dòng)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(dòng)鋼桶縫焊機(jī)具有特點(diǎn)，講的不對(duì)的地方還請(qǐng)大家批評(píng)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(shí)現(xiàn)了企業(yè)由小到大的變遷，實(shí)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(guó)包裝聯(lián)合會(huì)鋼桶專業(yè)委員會(huì)，感謝各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓和同仁們長(zhǎng)期以來對(duì)北方制桶的支持和關(guān)愛，感謝大家今天給我們這個(gè)機(jī)會(huì)，是你們的支持為北方制桶提供了發(fā)展的動(dòng)力與源泉。同時(shí)，非常希望各位能夠繼續(xù)支持營(yíng)口北方制桶，在這里，我代表慕總誠(chéng)摯歡迎大家到營(yíng)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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