【《某超长圆管内壁堆焊机总体设计案例》3600字】

某超长圆管内壁堆焊机总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u6929某超长圆管内壁堆焊机总体设计案例 131221.1引言 1305281.2超长圆管内壁堆焊问题分析 143411.3装置的功能分析与总体方案 1124531.3.1系统的功能分析 1212101.3.2总体方案 3208271.3.3系统的工作流程 61.1引言本文所设计的装置是能够在堆焊工作台回转之下，配合堆焊小车的直线运动，实现超长圆管从装夹到内壁堆焊的全机械化作业，保证超长圆管内壁堆焊层的质量，提高整个生产效率。超长圆管内壁堆焊机是专用堆焊设备，通过工作台的连续回转，使超长圆管始终处于最佳堆焊位置。本章首先介绍不同形式的焊接机器人，并确定了超长圆管工作台整体方案，再从动力源的选择、传动机构的方案设计、堆焊小车部分的设计来确定超长圆管堆焊机。最后，确定各部分的装配关系，使之成为一个有机的整体。虽然是确定整体设计方案，但是各部分的子装配要做到心中有数，只有部分结构都确定下来，才能更好的完成总体设计，同时为部分设计打下夯实的基础。1.2超长圆管内壁堆焊问题分析随着石化工业中所使用的管道越来越大，就会造成运输管道当中的超长圆管管壁厚度加深，中国石化的一些管道由SA-299钢制成，壁厚能够达到178mm。1.25Cr-1Mo钢加工而成的几百吨的硫、氢反应容器，换热壁的厚度达到200mm以上[28]。由于超长圆管产品结构日新月异，但是堆焊设备已经不能满足需要，普通的的堆焊机己经不能完成一些复杂零件的堆焊，如厚壁筒体内壁堆焊、封头内壁堆焊及超长圆管内壁堆焊等，因此开发一种由堆焊工作台和堆焊小车等为一体的堆焊工作站是十分必要的。1.3装置的功能分析与总体方案1.3.1系统的功能分析主要功能指的是这台机器最重要的功能，是我们需要这台机器完成的事情。其他的功能都是次要功能，是为了完成主要功能而设计的。在设计过程中，要尽量使功能细化，否则功能越多，越难确定具体的结构。我们要做的是在整体的框架下为成套设备确定基本功能，以及为其服务的次要功能。在主要功能和次要功能的设计中，我们同样用这种方式，将一个个功能不断细分，最终应用一个机械结构实现一种功能，若可以由多个结构完成，我们就要分析，最终选取最优解。一个个机械结构组合在一起就结合成了整个设备的各种功能，再将这些功能按主次要联系起来，完成了对于整个机械设备的设计。对于本次设计的超长圆管内壁堆焊机来说，所需的功能明确，由以下几部分组成：（1）圆管堆焊的功能：圆管堆焊是该设备的主要功能，也是最重要的功能，要能够完成超长圆管内壁的堆焊工作，保证堆焊的质量，延长管道的寿命。（2）回转功能：使超长圆管在工作台上回转，以配合堆焊操作机完成圆管的自动堆焊过程（3）拉紧功能：拉紧两端钢丝绳，使堆焊操作机能够在平直的轨道上正常直线行驶。（4）顶升功能：圆管在支架上方时，把圆管支撑起来，适应操作机堆焊臂的长度同时适应不同的管径。（5）运动功能：无论是回转机构还是堆焊机构，都需要足够的动力支撑他们的运动，所以需要动力系统使电机的输出转矩成为机械结构需要的运动形式。（6）辅助功能：有足够的刚度、强度防止钢丝绳在拉紧时活动伤人，同时要为整个装置提供支撑保护的功能。绘制出系统的功能树如图1.3所示：图1.3装置的功能树超长圆管内壁堆焊机是一个复杂的机械结构，虽然该装置的功能比比较明显，较为容易确定，但是各功能如果再细分的话具有一定难度，很难根据现在的一些结构中直接获得。作为本科生，本次设计中在回转功能和顶升功能的设计上采用功能细分的方法对结构和零件进行研究。1.3.2总体方案通过对于超长圆管内壁堆焊机的功能分析，以及现在面对的问题，初步确定以下几种总体设计方案，先说明这几种方案的设计原理及方法，再对他们进行对比、分析，选取最优解，完成超长圆管内壁堆焊机的总体设计。总体设计方案一如图1.4所示，通过将需要进行焊接的管体放置到主底座支撑板的顶面位置，将圆管体一端进行对接在主支撑箱体的一侧的位置，在夹持紧固电机的转动下带动夹持转盘进行转动，从而使夹持延伸杆向中心位置靠拢，使得对中间的圆管或的一端进行夹持作用，固定夹持方便快捷，同时在主转动电机的作用下使得带动着固定底板进行转动，让整体的圆管随着主转动电机的转动而转动，且在支撑侧边一侧边的顶接气缸的作用下对圆管的另一端的中心位置进行顶接固定，让圆管能够水平的悬浮在主底座支撑板的顶面位置，在对伸缩矩形杆进行拉伸使得水平支撑板调节适合的高度，再进行拧紧紧固螺栓使固定住。通过滑动底座板，在滑动卡槽内部滑动到指定位置，使得下方的堆焊头对着需要进行堆焊的位置，在拧紧顶接螺栓使得顶接活动板挤压在滑动卡槽的内部固定住，在管体的转动下进行均匀堆焊作用，当需要对椎体的外侧边进行焊接时，需要将两侧的伸缩矩形杆进行拉伸到不同高度，使得水平支撑板与管道的表面平行的状态，然后进行固定住相应的位置再进行相应的堆焊作用。装置设计结构简单操作方便快捷，对于圆管不受限制使得更好的使用其在日常工作中的需要，且调节起来方便快捷使得堆焊更加的快速高效。图1.4总体设计方案一总体设计方案二如图1.5所示，包括一个固定在底座上的机架，它还有一个纵向升降机构和一个横向的进给机构。工作台滑架与直线导轨连接，固定在工作台滑架上的纵向丝母与纵向丝杠配合，纵向丝杠的上端设有丝杠手轮；横向进给机构通过导向管设置在工作台滑架上，导向管的一端设有配电箱和伺服电机驱动的齿轮传动机构，齿轮传动机构连接手轮、旋转编码器和横向丝杠，横向丝杠与设置在焊枪杆一端的横向丝母相配合，焊枪杆的外圆柱面与导向管的内圆柱面成滑动配合。当使用时，需要与滚轮架一起使用，安在滚轮支架上的圆管旋转，调整固定在堆焊机焊枪杆上的焊枪与圆管内壁位于最佳的焊接位置。纵向升降机构通过摇动丝杠手轮，带动纵向丝杠转动，通过纵向的丝母带动工作台滑架升降，在直线导轨上作直线运动，从而完成横向进给机构及焊枪的升降。横向进给机构在自动工作状态下，伺服电机带动齿轮传动机构，将伺服电机动力传递至横向丝杠，由横向丝母带动焊枪杆作直线运动，实现焊枪杆伸缩；在手动机械状态下，手轮驱动横向丝杠,从而实现机械的手动调整以及进缩的功能。数控电气部分，通过数控装置、PLC、旋转编码器将横向丝杠的直线运动转变为数字信号，从而完成自动控制过程。图1.5总体设计方案二总体设计方案三如图1.6所示，回转机构使用的是电机带动主动轮，超长圆管置于主动轮和从动轮之间。在回转机构下方是顶升机构，液压缸可以将超长圆管顶起，适应不同直径的圆管。拉紧机构，在该方案中使用液压缸直接作用在滑块上，拉紧钢丝绳。小车在钢丝绳轨道中匀速前进，小车下部带有三爪卡盘，三爪卡盘抓紧焊头。直线运动过程中，小车带动堆焊臂进入到圆管当中，以保证在合适的位置，整体装置可安全稳固进行工作。堆焊机构进入目标管道，然后启动支架台的回转运动，进行堆焊作业。之后堆焊小车带着机械臂直线运动，随着管道的转动完成超长圆管的逐层堆焊。图1.6总体设计方案三下面，对以上三种设计方案进行分析、对比，根据加工要求，选择一种经济、高效、自动化程度高且对环境危害小的最优方案。对于总体设计方案一而言，整体设计简单高效，并且还能对外表面堆焊，但是整体结构刚度不够，没有较强的承载能力。若要支撑超长圆管靠卡槽是远远不够的，若采用大型结构支撑，则堆焊手臂不能进入圆管内部，所以不能实现超长圆管的堆焊工作。对于设计方案二来说，其在进行堆焊操作时需要单独设计另外一套安全可靠的回转设备。除此之外，根据超长圆管的长度特性可知，在操作过程中需要很长的机械臂进入到圆管内部。如果将横向机械臂做的过长，难免会产生倾覆，不能起到很好的堆焊效果。对于设计方案三，创造了钢丝绳轨道，钢丝绳轨道装置，实现堆焊的水平进给，使堆焊过程高效便捷。同时，滚轮架技术已经日渐成熟，带动超长圆管转动安全可靠、高效便捷，省去了很多复杂的控制系统。用方钢管焊接而成的架体，连接大的斜拉筋，使堆焊机的底部稳固，还能减少整个装置的重量，具有一定的经济性和便捷性。考虑到设计成本、堆焊质量等问题，选择方案三作为本次设计的总体设计方案。1.3.3系统的工作流程超长圆管内壁堆焊机的工作流程如图1.2所示：图1.2系统工作流程图通过流程图我们可以看出，超长圆管内壁堆焊机进行堆焊操作时，先将超长圆管放置在滚轮架上，调整好滚轮架的高度，。将钢丝绳固定端固定好后，将钢丝绳的活动端穿过圆管后，将活动端的钢丝绳圆柱头固定在滑块中。在活动端固定好后，启动滑块连接的液压缸，通过液压缸的拉力使滑块所带的钢丝绳保持平直状态，在工作的过程中，需要液压缸持续不间断的作业