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圆锥摩擦轮传动在大型锻形筒体环缝焊接中的应用.pdf

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圆锥摩擦轮传动在大型锻形筒体环缝焊接中的应用.pdf

焊接设备王大勇圆锥摩擦轮传动在大型锥形筒体环缝焊接中的应用第4期jf/1一支架2一挡轮3~主动轮传动系统4一主动滚轮组5一从动滚轮组6一可调式支座7一支承套8一液压升降装置9一支架固定支座图1锥型胎架结构布置图2锥形筒体下部水平焊接内环焊缝姿态图3锥形筒体上部水平焊接外环焊缝姿态圆锥简体与滚轮接触部位在筒体不圆度变化大的位置,以及圆锥筒体大端端面不平度的区域均产生滑动现象。例如锥形筒体纵焊缝位置,焊缝高于筒图4锥形通体中线水平确定部件装配位置姿态图5锥顶相交体表面23mm,加之又是焊接应力收缩部位,筒体不圆度数据变化较大,当滚轮在接近焊缝前运转平稳,焊缝在经过滚轮弧长80100mm内,1一件与滚轮产生相对运动,瞬间停顿立即瞬间快速旋转,连续重复几次后趋于平稳运行的状态,同样锥形筒体大端纵焊缝端面以及火焰切割的不平痕迹经过抵轮时也会引起以上状态发生,这种不稳定状态是不能保证焊接质量的稳定。圆锥摩擦轮传动原理一般应用在机械制造领域内,主从摩擦轮通过机械加工、壳体轴承定位保证轴线的相对位置正确,锥顶固定重合。而大型的锥形简体与滚轮架形成圆锥摩擦轮传动的摩擦旋转在实际应用中,国内外尚无资料借鉴,也无相似实体参考,应用能否实现需要研究、探讨、分析。3应用锥体摩擦轮传动原理分析3.1工件实体检测分析大型的锥形筒体在钢板切割一冷弯加工一纵缝焊接一节段整体装配成形的过程中,简体截面的不圆度、锥体大端底面的不平度是客观存在的。经检测,锥形筒体截面不圆度626mm,锥体大端底面的不平度2_4~8l1tn,这些是否是影响锥顶重合位置固定的因素锥形筒体在轴线水平位置滚轮架上旋转,通过激光仪设定的参考光线与锥形筒体上的检测点检all焊接设备雹焊墩第41卷测,锥形简体与滚轮接触部位的截面不圆度变化能引起旋转过程中相交位置沿母线垂直上下变化。锥体大端底面与抵轮接触部位的不平度变化在旋转过程中相交位置沿母线前后变化。这种锥顶相交的位置变化引起锥体摩擦阻力矩的改变,在改变过程中锥形简体在滚轮接触部位产生几何滑动。为验证锥顶相交的位置变化引起几何滑动的分析是否正确,在锥形简体保持下端水平旋转状态的条件下,将锥形简体大端底面沿简体轴线方向移动25mm,不与抵轮接触,正反旋转筒体没有出现轴向前后移动状况,简体大端纵焊缝端面以及火焰切割的不平痕迹区域在经过抵轮轴线时也没有发生筒体沿滚轮旋转方向的几何滑动。但是截面不圆度的区域经过滚轮时仍会引起简体沿滚轮旋转方向的几何滑动。通过以上验证,简体与滚轮接触的截面不圆度、锥体大端底面与抵轮接触部位的不平度是造成几何滑动的原因之一。3.2锥形滚轮架制造检测分析1由于只有滚轮与锥形简体接触,在空载时对滚轮进行旋转检测发现,用人的力量可沿轮缘反方向推动滚轮646mm弧长距离,两滚轮推动弧长距离基本一致。经理论计算,齿轮间隙值6661尺12式中尺,为滚轮同轴的动力输入齿轮分度圆半径,R1105mmR2为滚轮半径,R49omill。经计算得61.25mm,间隙值在设计范围内。但齿轮间隙存在是固有的,是否是造成几何滑动的原因之一经检测,齿轮间隙不是造成几何滑动的原因,而是滚轮与截面不圆度工件摩擦传动产生的变量力矩在齿轮间隙内瞬间快速旋转即刻瞬间停顿的能量平衡反映过程。2滚轮布置为倾斜式八字形,四个滚轮的安装定位以基座中线为基准,测量左后轮轴线与中线偏差一2mm,右后轮轴线与中线偏差6mm,前轮轴线左右基本对称中线偏差±0.5mm。因锥形滚轮架安装定位的偏差数据不大,是固定偏差,对锥顶相交点认为不变可忽略不计,对几何滑动无影响。33原理与实际的理论分析摩擦传动是两个相互压紧的锥形筒体轮靠接触面间的摩擦传递运动和动力。圆锥摩擦传动的特点是1滚轮轴线和母线的延长线均与锥形筒体轴线顶相交,以此形成夹角。在设计布置滚轮时,理论12酸.一上滚轮与锥形简体线接触上每个点的传动比是相等的,是以筒体轴线顶相交位置和之间的夹角来保证的。根据圆锥摩擦传动比公式/sin2/1sin1】l2≠90。式中为滑动率为滚轮轴线与母线的夹角,Ol为锥形简体轴线与母线的夹角。但实际上锥形筒体不圆度误差2△2导致锥顶相交位置和之间的夹角产生微小的改变/sin2±△J1sin1≠{/sin2/1sinOL1】}。公式运算使线接触上每个点的传动比不一致。速比由于滑动而不能维持准确不变,使阻力矩传递到滚轮上形成相互干扰,导致滚轮在齿轮间隙产生瞬间停顿的几何滑动。2由于是大型锥形筒体,其传递摩擦动力的主动滚轮直径d不能按锥形摩擦传动要求设计d2Lsin。,锥顶与主动滚轮接触部位大端距离£16850mm,主动滚轮轴线与母线夹角2。,如图6所示。通过计算d1176mm,而实际主动滚轮d960mm,dd使得d值达不到预期设计值,因此轮面法向压紧力Q2KT/M过大为工况系数,为滚轮转矩为有效摩擦因素,造成力矩传递到输出与输入的齿轮之间,齿轮间隙干涉力矩。图6锥顶相交数据4改进措施和效果4.1锥形简体大端底面改进工艺措施锥形筒体大端底面不平度可在制造壳圈阶段时壳圈高度留有810tnnl的加丁余量,通过公司现有的大型10M立车进行机械加1二,误差控制在±0.25lqaIn范围内。解决了筒体大端底面不平度问题,消除了锥顶相交位置沿母线轴向变化的几何滑动。4.2主动滚轮增加摩擦力矩保持主动滚轮输出转矩恒定增加主动滚轮自身旋转的摩擦阻Page28焊接设备雹晖梭第41卷平台卜实现了马鞍型焊缝的船形焊过程仿真,仿真视频地址http//v.youku.com/v_show/idXMTQ1MTAzNTU2.html。图5马鞍型焊缝的放置规划和焊枪路径规划4结论空间焊缝在船形焊位置的放置规划参数是控制焊接自动化设备运动轨迹的重要参数,也是实现焊接生产自动化和提高焊接效率的关键因素。从马鞍型焊缝的船形焊仿真视频可以看到,搬运机器人g等苔{苫毒蔷茗强始终将待焊点调整到船形焊位姿,焊枪也随之不断调整施焊位置,平稳地完成了马鞍型焊缝的船形焊。该实验表明,本研究提出的空间焊缝放置规划参数求解方法是正确可行的,也验证了马鞍型焊缝放置规划求解器的功能有效性。参考文献1陈志翔,卢振洋,殷树言,等.焊缝位姿及焊枪位姿的模型【J】.机械工程学报,2003,3975962.2王克鸿,刘永,余进.弧焊机器人典型工件建模与姿态规划研究【J.电焊机,2003,3362932.3】康艳军.弧焊机器人运动学规划及机器人/变位机的运动仿真D】.南京河海大学,2005.4刘斌.冗余自由度弧焊机器人系统研究【D】.兰州兰州理工大学,2008.5】李香.基于ROBOGUIDE的弧焊机器人离线编程系统的研究D】.天津天津工业大学,2008.【6焦恩璋,陈美宏.图形信息与机器人轨迹控制的研究【JJ.南京林业大学学报自然科学版,2009,336113一l16.Page12力矩,使其大于丁件与滚轮旋转摩擦产生的力矩变化值,其目的是使动力传递到滚轮上的转矩恒定并大于工件不圆度与滚轮旋转摩擦产生的可变转矩,以此抵消两个负面因素。1锥形简体截面不圆度在大型立车进行整体加T,其成本较高。而且锥顶相交位置和之间的夹角会产生微小的改变,使线接触上每个点的传动比不一致。2传递摩擦动力的滚轮直径不能按锥形摩擦传动要求设计,使轮面法向压紧力过大,阻止滚轮在齿轮间隙之间瞬间停顿。改进措施在两个主动滚轮的轮缘两侧加装带弹簧补偿摩擦装置,如图7所示。当锥形筒体保持上端水平处于最大几何滑动时,调节弹簧压紧力使主动滚轮转矩恒定,消除了主动滚轮的滑动。4.3改进后的效果以上两项改进措施消除了两个负面因素,锥形简体在锥形滚轮架运转平稳的基础上实施自动埋弧焊操作,通过多个产品的锥形筒体环焊缝自动埋弧焊接的质量优质报告证明改进措施是成功的。5结论圆锥摩擦轮传动原理在大型锥形简体环焊缝28输入齿滚轮滚轮支座图7主动滚轮增加摩擦力矩示意焊接的应用,在国内外无相关资料借鉴,在应用过程中结合圆锥摩擦轮传动原理解决了圆锥滚轮架摩擦传动应用的关键技术1圆锥滚轮架是专用的,设计过程要根据锥形简体的外形结构确定滚轮摆放的姿态符合滚轮轴线和母线延长线均与锥形简体轴线顶相交。2安装滚轮压紧摩擦装置,消除工件不圆度旋转摩擦阻力矩的干扰,以及传递摩擦动力的滚轮直径、宽度因受锥形简体的外形结构限制不能按锥形摩擦传动要求设计,使轮面法向压紧力过大的因素。在制造大型锥形滚轮架上应用机械锥体摩擦轮传动原理这一技术的突破,解决了武昌船舶重工有限公司自动埋弧焊焊接锥形筒体环焊缝的重大难题,也为焊接专用滚轮架领域提供参考。

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