船舶导轨垂直双面角焊机设计

PAGEPAGE10()院 与电气工程专 制造及其自动化班级11 x班姓名2015 年 3 月 31 日、快捷、经济、可靠的方式，可用于送水、原、天然、成品等，具有量大、距离长、安全性高、成本低等优点，在各的意义。键技术包括：研制新型的行走机构、焊枪摆动机构、及机轨道、焊枪机械手。介绍了导轨式焊接机结构的设计和焊接机控制，着重对其结构特点、动作原理、设计点进行设计分析和说明。现场应用表明，该机能沿导轨平稳、可靠的行走，进行全位置焊接，其操作简便，成本低，适合我国现场施工作业及工人的技术水平，既保证了焊接质量，又提高了劳动效率。关键词轨道式焊接机；结构设计； ；机械手Abstract:， ，，Orbitalweldingmachine ；constructiondesign ；pipeline；ManipulatorSignatureofsupervisor:录论1.1 512 5121 6122 6123 83 8131 8132 9.1 1122 1123 1224 1224.1 12242 13243 1325 1426 1527 道 158算 16281 算 17282 算 18械传动3.1 电选择 2032 比 213 械传21331 21332 2334 23341 23谢论1.1 ‘欲善其船的标、于 建。焊到 。1.2 船舶导轨垂直双面角焊机的发展及应用1.2.1 焊接机的发展历程关焊自由度。。设技、化1.2.2 焊接机国内应用状最近 年来，代焊接科学技术的发展分显著。在世界范围内焊接是一种能产数万亿美元效益的造工业广泛用于建筑桥梁汽车航空航天能源、年开始研制点焊机， 年研制成功第一个弧焊机。 年日本生产了 个焊接机，产值达到了 亿日元，由日本工业机的第六位跃居为第二位。目前有家工厂具有年产 多个焊接机的能力日本为发展和普及焊接机于 年成会此外许多日本大公司如大阪变公司大阪、、等立了焊接机。 年公司其作业了 个机。 年应大学 等人研制了接机，°的弯行走完成焊接操作。日本原子能研究中心和芝公司联合研制出了研制了一种用于维修防护金属弧焊有七十多种数万个焊接机各种生产从事世界并向美国和英国等国大量出口。预计未来几年中，日本焊接机的产值将迅速增长。我国世纪 年代末开始研究焊接机起步比较晚经过 多年的发展焊接机技术领域取得了长足的进步，对国民经济的发展起到了积极的推动作用。据不完全统计近几年我国工业机呈现出快速增长势头平均年增长率都超过 ，焊接机的增长率超过了 ； 年国产工业机数量突破 台，进口机数量超过 台，其中绝大多数应用于焊接领域； 年我国新增机数量超过了台，但是仅占亚洲新增数量的 ，远小于韩国所占的 ，更远小于日本所占的。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机应用程度的提高受到限制。1.2.3 复杂动态和开放方发的需要发达国家都在加力度对进行深入研究从发趋势看智能化控制将是发的主要方目前正从第一代反复操作第二代带有传感器的知觉判断发也即由目前的固定式逐渐具有肌肉一样的调节器具有感觉和识别能的双足行走的活动式发多传感器信息智能融和将广泛用于上早在 年美国的 是第一个用多传感器信息来创建以。的 理 ，性能提高。韩国汉阳学研制出激光视觉传感器自由缝示教式自动。随着海洋石油和天然气的发以及我国海洋程深海的挺进发水下干法势在必行。挪威 高压中心研制一套水下高压干法维可从事 水深的能补直径～ 英寸的采用全自动的轨道在 的 在 取得较满意的质量，缝断裂强度达到 。缝跟踪发是。1.3 船舶导轨垂直双面角的研究现状1.3.1 船舶导轨垂直双面角国外研究现状广泛用于各个厂和化工厂。船舶导轨垂直双面角采用熔化极外圆，最早出现于 世纪年代末期。 种中的一种，它是一种连两个相同材料尤其是碳钢材料经济的方法美国 公司率先研制成了一种高效焊接系统，即 多头气保护自动焊系统，并于 年将该项技术应用于施工获得成功起初只是焊接小车带动焊枪行走焊接参（焊接电流电压、焊接速度等均为手动控制目前生产外圆自动焊接设备的除了美国 公司外，还有德国 公司、美国 公司、荷兰 公司、英国公司法国 公司意大利 公司等。 公司智能化的 、型以及 目前为止， 公司生产了 ， ， 和 和 是双焊炬自动外焊机它采用了水冷式焊枪、外挂推丝式送丝机构和带有熔滴过渡单元 的脉冲焊接电，焊接参数并在的控制并焊接工以及焊接的化。 和用于焊焊还成焊。生产效单焊头自动外焊机提高 是焊枪采用水冷应用带多法国公司生产的 双焊头外焊机，采用了冷式焊枪、外挂推丝式送丝机构和用的脉冲焊接电机焊接控制单元和焊车动控制单元分，行在，成焊、焊焊。能与的 和 其是双焊头的动能单控制机焊接控制单元和焊车动控制单元大。其中， 公司生产的自动焊接机焊接了长达 的的设备外具.3.2 双焊机国内年，工在的化工、化、能和中起到了用。国设起于 世年焊接施工很一只是在手工焊半自动焊的水平种焊接机有自动焊功能焊接并焊枪焊以焊自动焊接机应生国具有自产的自动焊机还型的自动焊机在国外的自动焊机的单成功制用焊气公司工技术制的型外圆自动焊机、种施的Ⅱ型外圆采用以直流脉宽调速核心硬件控接过程的的、。 整套设备由接小车、环形可拆卸轨道、计算控、填充和盖面功能。船舶导轨垂直双面角焊机总体结构设计.1 自动焊接机总体要求和技术指标： ～ ： ± ： ～ ；： ～ ；° ；° ；： ～ ；块＞ 的；2.2 自动焊接机总体方案的确定一：行2A162.3 ①接小车带枪行走于其上可实现枪位置上左右调及枪角调接小车依靠导向轨道实现行走轨道装拆简便易行安装时定位准确。③接接械手夹持枪实现接拆装方便稳定性好。2.4 小车行走构2.4.1 作原理驱齿轮旋转再通过介轮与导轨上齿啮导轨是固定于待外径上行走小车沿外径滚行走为了确保行走小车在导轨上行走时始终与导轨端面平行将其滚轮接触面轴向尺寸为与导轨上接触面宽尺寸相同为间隙配方式这样一旦导轨与待坡口位置确定行走小车也相对坡口位置固定。夹紧构行走小车与导轨态连接布一起1所示夹紧构上压紧轴将压紧轮和滑块与车体连接再通过螺母和定位套将尺寸固定之为一个组紧定螺钉通过挡板块顶住滑块滑块带压紧轮做轴向运进它与导轨端面内锥面始终处于压紧状态。图 夹紧构示意图242 后面一套滚轮是与导轨紧密接触的，那么面一套滚轮就分析，安装轮部分的为活动，如图所示。当轮确实没与导轨滚动面接触时，可以调整轮部分的活动，从而使、后轮都接触良好，既保证齿轮间隙，又满足求。图 示意243 滚动组件的为便于装配，3所示的结形式。这样在组装时，可首先将滚轮、滚轮轴、间隔套及一侧轴承装配成一个组件，将另一侧轴(注意：滚轮的最大直径不能超过轴承的外径)(的材料选定为铝合金工艺。2.5 速率径π ÷ ÷π³≈ ．说明书配近规格只有 实际π ／÷π³ ≈≈ 2.6 。由± 则确效程。2.7 轨道轨道沿管子外圆周装卡在管处支承导并利齿轮使轨道装卡在管子位专因轨道结平稳度位置度也就质量轨道结应满足下列:装拆方便易;(2)结合重量较轻;(3)强度硬度耐磨耐腐蚀。目前国内外轨道计不外乎种刚轨道柔轨道刚轨道指轨道本体刚度较大不易变柔轨道则对刚轨道言刚轨道定位准确装卡变可以确保平稳径调整较有链链抖造平稳不摩擦不保证比容易丢这种均不满足所以以使齿轮宜。在具体结计可以轨道齿加侧齿这样当齿轮齿条传还可以加外齿轨道就如同径较大齿轮基述分()道 、；理、轻；有一强硬耐磨、耐腐蚀。通过对称三个块支撑待径通过啮使滚导保证圆同心又了应不同径由两个半环组成连所考虑两个半组对时必须准确别面处距离两端面轴向距离 圆周制有销别距两端丽轴向距离 圆周内六角螺钉连既又保证简图2.8 算最大速2400mm/min速300mm/min281 2-67l.5mm。分度园直径为7³因此的重力摩擦力情况当处水平位置时摩擦阻力主要来源四支撑在轨道体上的支撑。滚动摩擦系0.0轨道本体宽度140m那么滚动摩擦美国见塞德公司生产的减速器其恒定24N²m动惯量为:率93减速比为因此换到电动轴上的T为.82 为15kg。那么此时当方法如:周长πd=80mm减速比1:1011³80=0.8mm根据线位移脉冲当义可知电机旋一周前进位移 为因此根据能律换到电机轴电机直联减速器因此换到电机轴数焊接小车行走机构的机械传动常用的机械传动部件有螺旋运动、齿轮传动、同步带、高速带传动以及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转速。因此，它实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方向得到匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是传动类型、传动方式、传动刚性以机中的传动机构，主要要求有运动的变换功能，要服性力和各种力及小的负载可。常的传动机械有:螺，机械机构直接电动机驱动负载的“D²D”技术日益应用广:对机电一体化产品言，应根据其性能的要提出适当的精密度要求，对机械传动机构的精密度要求越越高。:产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关，因机械传动机构的精密度应能适应高速运动的要求。③小型化，轻量化:随着机电一体化精密化、高速化的发展，必须要求其传动机构小型化、轻量化，以提高运动灵敏度，减小冲击、降低能耗。机电一体化对机械传动的基本要求为精密化、高速化、小型化、轻量化，述基本要求。接时焊接速度程后，要求焊车快速空程返回。.1 电机的选择在设计焊车时要求其与轨道的装拆较为便利，这样，焊车的质量自然就要1.0mm5kg)因15kg左右。电机减速各行走齿轮3-1行走机构示意图此上整个行走机构最后的动力输出部件为齿轮。选定齿轮的模数为mm(利用齿轮传动的强度理论，这一模数绝对满足使用要求)，在满足不发生根切的前提下可任意选定齿轮的齿数，这里选为Z=20，则齿轮的分度圆直径为:do=mz=30mm若最大的焊速度为30mS行走齿轮的速为n=60v/πd=19.1r/min。v——焊耐速度(mm/s)且需克服摩擦阻缆的重力，行走齿轮的输出力矩为:k———安全系数 取k=2d0———行走轮分度圆直径(mm)G一一一焊车质量(kg)—9.8m/s²因此上行走齿轮的输出矩为 4.41²m转为 19.lr/min行走齿轮与减器的输出轴相联则减器的输出转为19.lr/min输出矩为 N²m电机的输出轴与减器相联。一般的交、直流电机的转较高中间需要配有较大降比的减器。交流步进电机一般体积较小价格低工作可靠可做成全密封式了长足的进步。直流电机控制简单低性能好但结构复杂体积较大存在碳刷需要经常的维护。基于交流伺服电机的优点在设计时选用了松下生产的交流伺服电机通过查产品样本符合要求的交流伺服电机功率为 50W额定转为3000r/mi额定输出矩为0.16²m。3.2 减器的结构及传动比由上述计算知减器的输出转为19.lr/mi而电机转为3000r/mi。若选择减器的传动比为i=100:减器的输转为n所以电机需进行变频控制工作转在2000r/min器的传动比为100:又要求其体积较小可选择美国贝塞德公司生产的行星轮减器。电机的输出矩为0.16N那么减器的输出矩为:η——传动效率选90%i——传动比M电机的输出矩M电机²m³6³100=14.4²m远远大于4.41²m。3.3 送丝机构的机械传动331 送丝电机的选择这里择送丝安装焊车随焊车同对管口运动送丝平稳性直接影响焊接电弧的稳定。送丝转压紧转减番送丝电机捍丝出口岸丝人口图一送丝机构示意图焊接电流电压的大小与焊丝直径有关，目前市场上常见的实心焊丝直径为0.8mm、1.0mm、1.2mm。焊丝直径大，所需的焊接电压高，焊接电流相对较大，滴直径的焊丝较为适宜。选用φ1.0mm220230A8m/min。送丝轮直径若选为d=30mm(直径太小易磨损Vsn和约为ΣF=12N，有不可见的因，那么矩M—矩KKΣF—和d一送丝轮直径这样可以计算出，送丝轮的转速为84.88r/min，转矩为0.36N²m，从控制的角度出发，同样选择松50WnN²m3..3.2 。i=12.5:lo.5mm()12.5:1。3.4 同由。341 由繁往复摆且摆率直影响缝外观成形，驱具很好快响性能快起能快停止同驱具很好锁性能即能由外力造成点移位左右横摆驱步步力惯性之值高步率高由运锁位功能每之内响误差会累日本公司生²²由从后面杆来说管考虑何种素内其静力左右横摆同控制缝。控制嘴缝径向距离即控制伸长。基于这一情况电选择步进电其静力矩为²转惯为 ²㎡