大型变压吸附罐横向环缝自动焊接装备回转机构研究

forPSA(PressureSwingAdsorp(1.浙江机电职业技术学院机械工程分院，杭州310053;2.浙江工业大学机械学院，杭州310014;3.嘉兴压力容器厂，嘉兴314015)摘要：为了满足自动焊接装备横向环缝的焊接要求，回转机构采用了全新的布局，对传动中关键零部件进行了详细设计及计算，并采用Pro/E及AnsysWorkbench大型软件对回转平台进行有限元分析计算，满足了设计要求。关键词：自动焊接装备；回转机构；回转支承；结构优化中图分类号：TG434文献标识码：B文章编号：1009-0134(2013)11(下)-0131-03大型变压吸附罐属于承受交变载荷的压力容器，由上封头、筒体和下封头通过两条环向焊缝连接为一个整体，因此环向焊缝的焊接质量好坏将直接影响生产效率及整个吸附罐的质量。下封头与筒体处的环向焊缝的焊接，目前企业采用自动埋弧焊完成，但由于受到焊接工艺要求及特定工况的限制，针对上封头与筒体处的横向环缝(关键焊缝)的焊接，企业采用手工CO₂气体保护焊，并无任何辅助设备，生产效率低，焊缝外观成形差，且工人劳动强度大，企业也常因该焊缝的焊接质量和生产效率影响整个生产计划。为此，我们根据上封头与筒体处的结构形式，结合自动焊接工艺，设计并制作了专用的自动焊接装备，相比原有的手工焊方法，极大地提高了产品2)回转平台的总载重量(变压吸附罐罐体自重+分子筛等其他内装物的重量):8t;4)回转平台的可倾斜角度范围：在10°~15°5)其他要求：(1)焊接回转平台的回转角度：1.吸附罐；2.滚轮；3.定位夹紧装置；4.翻转机构；5.铰轴；6.顶升机构；7.减速电机；8.回转台；9.回转机构；10.焊枪夹持装置图1某大型变压吸附罐的焊接施工图首先调整好焊枪的初始位置，将工件吊入处于水平位置的回转平台上，并启动顶升机构，翻转机构将回转机构调整至所需的倾斜角度，另一侧的高强度泡沫垫以增加回转机构的稳定性。启动焊接电源、引弧，回转平台通过定位夹紧装置带动工件转动，借助变压吸附罐罐体与滚轮的接触，防止焊接过程中罐体发生倾倒产生安全事故。工件回转一周，焊枪与工件的焊接位置始终保持一定距离(小于20mm),以使焊接电弧长度保持不变，从而实现该关键焊缝的全自动焊接。自动焊接装备的回转机构由回转驱动装置及第35卷第11期2013-11(下)【131】制造业自动化回转支承装置等构成。本文采用的回转驱动装置由带制动功能的变频调速减速电机、小齿轮等组成，且小齿轮又与回转支承齿圈构成回转齿轮副，回转支承装置包括回转支承和回转支承连接螺栓等，如图2所示。该结构可大幅降低空间高1.回转平台；2.回转支承；3.防护罩；4.翻转机构支承；5.变频调速减速电机；6.小齿轮轴；7.小齿轮；8.高强度螺栓图2回转机构的各个组成部分及结构示意图在上述回转机构中，回转驱动装置安装在翻转机构支架上，减速电机通过小齿轮轴带动末端小齿轮，小齿轮与回转支承齿圈相啮合。当回转机构动力传到驱动小齿轮时，小齿轮拨动回转支承的齿圈，带动装载有大型变压吸附罐的回转平台，使该大型变压吸附罐回转，满足该焊缝的环回转支承是焊接装备的重要元件之一，其型号的选定是否合适，直接关系到装备是否正常工作1。回转机构需要考虑留出足够的维修空间，尺寸应尽量缩小。首先可根据工件大小确定回转平台的直径大小，初选回转支承型号，并按照回转支承的选型流程进行计算，最终确定型号为相关设计资料，可计算得到当回转机构倾斜15°时(极限位置),回转支承所承受的倾覆力矩表1减速机的相关技术参数斜齿轮减速机KF77R37-0.55-5.7(带制动电机)齿轮传动是回转机构的重要组成部分，它由【132】第35卷第11期2013-11(下)压力角与减速电机输出轴连接的小齿轮和回转支承外圈的大齿轮组合而成的，通过啮合齿轮的传动，完成整个焊接平台的回转运动。小齿轮在大功率、大负荷和变载荷下工作，低速重载，齿根弯曲应力及齿面接触应力均很大。由于正变位齿轮传动特别适合该类工况，因此本文选用正变位齿轮传1)小齿轮的变位系数计算2)小齿轮的齿面接触疲劳强度校核小齿轮材料选用20CrMnTi,齿面渗碳淬火处理，硬度为HRC58～62;回转支承大齿圈齿面调根据以上计算，可知小齿轮的齿面接触疲劳3)小齿轮的齿根弯曲疲劳强度校核根据《机械设计手册》的齿根弯曲疲劳强度根据以上计算，可知小齿轮的齿根弯曲疲劳3.4电机负荷率的计算2)回转部分的惯性阻力矩MJ的计算1)有限元网格划分故首先在Pro/E中生成实体模型，后导入Ansys2)施加载荷及约束3)计算结果及分析应力分析云图如图4所示，可知回转平台所承受的最大应力为29.56MPa。同理也可由总变形分析云图可知，得到回转平台的最大变形量制造业自动化以极大地提高自动焊接装备的作业效率，减少维修费用。回转支承是回转机构的核心部分，其选型工作的开展及合理的参数分配尤为重要，是自动焊接装备回转机构设计的关键。2)与回转支承大齿圈啮合的小齿轮在大功率、大负荷和变载荷下工作，低速重载，齿根弯曲应力及齿面接触应力均很大。通过对其进行的分析计算及讨论，对该工况下的齿轮传动设计具3)通过对回转平台的实体建模及有限元分析，可以看出回转平台的结构设计合理，在满足强度的同时，也具有足够的刚度，这为回转平台【上接第130页】至3#皮带(包括3#皮带)将继续运行，按照联锁停车顺序停机，由相应的指示灯指示发生故障的设备，便于工作人员及时检修。以仿真筛煤机故图8筛煤机故障自排仿真图本文分析了小型火力发电厂输煤控制系统的组成、工艺流程和控制要求，制定控制目标。起动时，为了防止堆煤、堵煤，按逆煤流方向起动；停止时，为了避免出现剩煤，按顺煤方向【134】第35卷第11期2013-11(下)机械结构的具体设计提供了有益的科学依据。[1]迟永滨，等.液压挖掘机回转支承选型计算需注意的问题[3]何西泠.回转支承装置的摩擦阻力矩[J].中国机械工程学[4]鲁军.八钢3号板坯连铸机回转台加盖机传动问题分析[5]马月月，等.悬臂式掘进机回转台有限元分析[J].煤矿机停止。选用德国SIEMENS公司推出的S7-200型PLC,分配输入/输出点地址，设计硬件连线，利用STE