十字架式焊接機設計

十字架式焊接機設計,十字,架式,焊接,設計 ***** 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目 十字架式焊接機設計 學 生 系 別 專 業(yè) 班 級 學 號 指 導 教 師 2013年 03月 摘 要 近20年來，隨著數(shù)字化，自動化，計算機，機械設計技術的發(fā)展，以及對焊接質量的高度重視，自動焊接已發(fā)展成為一種先進的制造技術，自動焊接設備在各工業(yè)的應用中所發(fā)揮的作用越來越大，應用范圍正在迅速擴大。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，焊接生產(chǎn)過程的機械化和自動化是焊接機構制造工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。 十字架式焊接機是對大型壓力容器焊接的設備，能進行壓力容器內(nèi)外焊縫的自動焊接，實現(xiàn)半自動，基本代替人工作業(yè)，對不同直徑規(guī)格壓力容器內(nèi)外縱縫和內(nèi)外環(huán)縫進行自動焊接。本課題所設計的十字架式焊接機由升降架、臺車、液壓和電氣控制系統(tǒng)組成，并介紹了升降機構的原理，完成對焊接機的整體結構設計計算。 關鍵詞：焊接機，升降機構，液壓控制 Abstract Nearly 20 years, with the digitization, automation, computer, mechanical design technology development, as well as on the quality of welding attaches great importance to automatic welding has developed into an advanced manufacturing technology, automatic welding equipment in various industrial applications.The growing role, the range of applications is expanding rapidly. In modern industrial production, welding mechanization and automation of the production process is the inevitable trend of development of the welding organization to produce industrial modernization. Cross-welding machine is a large pressure vessel welding equipment, inside and outside the pressure vessel weld automatic welding, semi-automatic and basic instead of manual operation, automatic welding girth of different diameter specifications inside and outside the pressure vessel longitudinal seam and the inside and outside. This subject cross-welding machine by lifting frame, trolley, hydraulic and electric control systems, and introduced the principle of the lifting mechanism, complete the calculation of the overall structure of the design of the welding machine. Keywords: welding machine, lifting mechanism, hydraulic control 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 5 1.1 課題背景及研究意義 5 1.2 十字架式自動焊接機的發(fā)展及應用 5 1.2.1 焊接機器人的發(fā)展歷程 5 1.2.2 焊接機器人國內(nèi)外應用現(xiàn)狀 6 1.2.3 焊接機器人技術展望 8 1.3 十字架式自動焊接機的研究現(xiàn)狀 9 1.3.1 十字架式自動焊接機國外研究現(xiàn)狀 9 1.3.2 十字架式自動焊接機國內(nèi)研究現(xiàn)狀 10 2.十字架式自動焊接機總體結構設計 11 2.1 焊接機總體要求和技術指標 11 2.2 自動焊接機總體方案的確定 11 2.3 十字架式自動焊機的設計基本思路 12 2.4 橫梁運行機構 12 2.4.1 基本工作原理 12 2.4.2 行走機構車體設計要點 13 2.4.3 行走機構滾動組件的設計要點 13 2.5 焊絲送進機構 14 2.6 焊槍擺動機構 14 2.7 焊接軌道 15 2.8 行走機構的設計計算 16 2.8.1 等效轉動慣量的計算 16 2.9十字架式焊接機總體設計圖 17 第3章 十字架式焊接機升降機構的設計 18 3.1升降機構的設計 18 3.2橫梁行走機構的設計 18 3.3機架的設計 19 第4章 十字架式焊接機電控部分設計 20 參考文獻 21 致 謝 22 23 第1章 緒論 1.1 課題背景及研究意義 現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，不斷對焊接技術提出更新更高的要求，而現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的新成就又為焊接方法和焊接專用設備的發(fā)展提供了寬廣和雄厚的技術基礎。焊接工藝和焊接設備就是在現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的推動下相輔相成地蓬勃發(fā)展起來的。而壓力容器是油氣存儲中最主要的也是快捷、經(jīng)濟、可靠的方式，可用于存儲水、原油、天然氣、成品油等，具有存儲量大、安全性高、成本低等優(yōu)點，在各國發(fā)展迅速。據(jù)有關統(tǒng)計，國外一些發(fā)達國家油氣壓力容器存儲方式約占油氣存儲總量的1/3 之多，油氣的壓力容器存儲對原油、天然氣的儲存到用戶的全過程起到了重要作用。 目前壓力容器施工已逐漸從手工焊接向全自動焊接方向發(fā)展。壓力容器建造體積大，彎度大，加之壓力容器逐步向高壓、大體積方向發(fā)展，這對壓力容器環(huán)焊縫的焊接提出了更高的要求，壓力容器環(huán)焊縫的焊接成為制約整個工程質量和建設周期的關鍵因素。野外焊接環(huán)境十分惡劣，焊工勞動強度大，技術難度高，因此，工程上迫切需要實現(xiàn)壓力容器的自動焊接，用以提高生產(chǎn)率、保證焊接質量、降低勞動強度和施工成本，而且自動焊接還能大幅度降低操作技術難度，解決焊工培養(yǎng)困難，流失嚴重等問題。 本設計的目的是對壓力容器建造野外作業(yè)的壓力容器外圓自動焊接機進行結構設計以達到體積小、重量輕、加工成本低、運動精度高、操作簡便并且滿足各項性能指標的要求。 1.2 十字架式自動焊接機的發(fā)展及應用 1.2.1 焊接機器人的發(fā)展歷程 自 1959 年美國推出世界上第一臺Ultimate 型機器人以來，工業(yè)機器人的數(shù)量在世界范圍內(nèi)不斷增長，通常他們用在焊接、噴涂、變薄拉伸、裝配、拾取搬運、檢測和測量中，其中有半數(shù)為焊接機器人。在重工業(yè)的很多領域中，大直徑環(huán)縫焊需要高勞動強度的手工焊，這對操作者來說需要有嚴格的技能要求和集中力。 由于人們對焊接柔性和焊接產(chǎn)量的高需求和高要求，自動焊接機器人就為很多工業(yè)領域提高焊接速度尤其是提高焊接質量提供極大的可能。到目前為止，焊接機器人大致可分為三代：第一代是基于示教再現(xiàn)工作方式的焊接機器人，由于操作簡便，不需要環(huán)境模型，示教時可修正機械結構帶來的誤差等特點，在焊接生產(chǎn)中得到大量使用；第二代是基于一定傳感器信息的離線編程焊接機器人；第三代是指裝有多種傳感器，接受作業(yè)指令后能根據(jù)客觀環(huán)境自行編程的高度適應智能機器人。焊接機器人主要從事弧焊和點焊工作?；『笝C器人大多采用二氧化碳或二氧化碳與氬、氮混合氣體保護。焊接機器人的結構型式，主要有多關節(jié)型、直角坐標型、極坐標型和圓柱坐標型四種。點焊機器人以直角坐標型較多；弧焊機器人以多關節(jié)型居多。弧焊機器人工作機構一般較點焊的復雜，通常具有五個以上的自由度。目前功能較完善的焊接機器人已具有七個自由度。我國目前研制的焊接機器人，一般均為五個自由度。國外為了提高工件（特別是大型工件）的焊接生產(chǎn)率，十分重視輔助設備的自動化水平，如配備自動更換噴嘴，供應焊絲，監(jiān)視電弧和過程異常等功能的機構。 早期的焊接機器人缺乏“柔性”，焊接路徑和焊接參數(shù)須根據(jù)實際作業(yè)條件預先設置，工作時存在明顯的缺點。隨著計算機控制技術、人工智能技術以及網(wǎng)絡控制技術的發(fā)展，焊接機器人也由單一的單機示教再現(xiàn)型向以智能化為核心的多傳感、智能化的柔性加工單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展。 1.2.2 焊接機器人國內(nèi)外應用現(xiàn)狀 最近 20 年來，現(xiàn)代焊接科學技術的發(fā)展十分顯著。在世界范圍內(nèi)焊接是一種能產(chǎn)生數(shù)萬億美元效益的制造工業(yè)，廣泛用于建筑、橋梁、汽車、航空航天、能源、造船和電子工業(yè)。而越來越多的商業(yè)性工業(yè)機器人廣泛應用于制造業(yè)和裝配任務，比如材料工藝、點/弧焊、零件裝配、油漆噴涂、機械裝卸以及太空和海底，從而促進了焊接業(yè)的飛速發(fā)展。近十年來，日、美、俄、英、法等國都投入了大量的人力、物力從事焊接機器人的開發(fā)工作，其中日本焊接機器人的進展速度尤為驚人。 日本從1978 年開始研制點焊機器人，1980 年研制成功第一個弧焊機器人。1981年日本生產(chǎn)了1500 個焊接機器人，產(chǎn)值達到了145 億日元，由日本工業(yè)機器人的第六位躍居為第二位。目前有10 家工廠具有年產(chǎn)1000 多個焊接機器人的能力。日本為發(fā)展和普及焊接機器人，于1982 年成立了全國機器人焊接研究委員會。此外，許多日本大公司，如大阪變壓器公司先后在大阪、東京、名古屋等地設立了焊接機器人培訓學校。1984 年豐田汽車公司已在其作業(yè)線上安排了1300 個機器人。2000年慶應義塾大學M.Muramatsu 等人研制了管內(nèi)微型焊接機器人，可在90°的彎管內(nèi)行走完成焊接操作。日本原子能研究中心和東芝公司聯(lián)合研制出了內(nèi)管道激光焊接與切割機。臺灣國立大學研制了一種用于維修防護金屬弧焊視覺傳導移動焊接機器人。它裝有CCD 攝像頭，能夠檢測出焊縫的位置，根據(jù)所測數(shù)據(jù)來指導焊接操作。目前世界上已有七十多種數(shù)萬個焊接機器人在各種生產(chǎn)線上從事焊接操作。從數(shù)量和智能化的程度來看，日本的焊接機器人在世界上占明顯優(yōu)勢，并已向美國和英國等國大量出口。預計在未來幾年中，日本焊接機器人的產(chǎn)值將迅速增長。 我國在20 世紀70 年代末開始研究焊接機器人，起步比較晚。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，在焊接機器人技術領域取得了長足的進步，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起到了積極的推動作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，近幾年我國工業(yè)機器人呈現(xiàn)出快速增長勢頭，平均年增長率都超過40%，焊接機器人的增長率超過了60%；2004 年國產(chǎn)工業(yè)機器人數(shù)量突破1400 臺，進口機器人數(shù)量超過9000 臺，其中絕大多數(shù)應用于焊接領域；2005年我國新增機器人數(shù)量超過了5000 臺，但是僅占亞洲新增數(shù)量的6%，遠小于韓國所占的15%，更遠小于日本所占的69%。這對于我國的經(jīng)濟發(fā)展速度以及經(jīng)濟總量來說顯然是不匹配的，這說明我國制造業(yè)的自動化程度有待進一步提高，另一方面也反映了我國勞動力成本的低廉，制造業(yè)自動化水平以及工業(yè)機器人應用程度的提高受到限制。 當前焊接機器人的應用迎來了難得的發(fā)展機遇。一方面，隨著技術的發(fā)展，焊接機器人的價格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動力成本不斷上升，我國由制造大國向制造強國邁進，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質量和增強企業(yè)競爭力，這一切預示著機器人應用及發(fā)展前景空間巨大。 1.2.3 焊接機器人技術展望 為了適應工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復雜、動態(tài)和開放方向發(fā)展的需要，發(fā)達國家都在加大力度，對機器人技術進行深入研究。從技術發(fā)展趨勢看，智能化控制技術將是焊接機器人技術發(fā)展的主要方向。目前焊接機器人正從第一代反復操作型機器人向第二代帶有傳感器的知覺判斷機器人發(fā)展，也即由目前的固定式機器人逐漸向具有肌肉一樣的調(diào)節(jié)器、具有感覺和識別機能的雙足行走的活動式機器人發(fā)展。多傳感器信息智能融和技術將廣泛應用于焊接機器人上。早在1981 年，美國的HILARE是第一個應用多傳感器信息來創(chuàng)建世界模型的可移動機器人，它充分利用視覺、聽覺、激光測距傳感器所獲得的信息，以確保其能穩(wěn)定地工作在未知環(huán)境中。韓國的Park Joong-Jo 研制出來的智能傳感器能同時處理6 個自由度數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)傳感器只能測量一個自由度數(shù)據(jù)的功能相比，性能大為提高。韓國漢陽大學研制出了激光視覺傳感器自由焊縫示教式自動焊接機器人。隨著海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展以及我國海洋工程向深海的挺進,發(fā)展水下干法焊接技術勢在必行。挪威Sintef 高壓焊接中心研制了一套水下高壓干法管道維修系統(tǒng)，可從事1000m 水深的焊接，能焊補直徑為8～42 英寸的管道，采用全自動的軌道TIG 焊機，目前已完成在334m 水深的管道焊接。英國的OTTO 系統(tǒng)主要由焊接艙和軌道TIG 焊機組成，整個系統(tǒng)采用光纖傳導和計算機進行監(jiān)控，在135m 水深進行試驗，取得了較為滿意的焊接質量，焊縫斷裂強度達到550Mpa。焊縫跟蹤系統(tǒng)焊接機器人發(fā)展迅速，越來越多地應用于去毛刺加工、膠合和焊接等。視覺控制技術、模糊控制技術、智能化控制技術、虛擬現(xiàn)實技術、神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術、嵌入式控制技術等是未來焊接機器人發(fā)展所要解決的一些關鍵技術。 1.3 十字架式自動焊接機的研究現(xiàn)狀 1.3.1 十字架式自動焊接機國外研究現(xiàn)狀 十字架式焊接廣泛應用于各個工程領域當中，比如：油氣工業(yè)、核能與熱能工廠和化工廠。十字架式自動焊接機采用熔化極外圓焊接技術，最早出現(xiàn)于20 世紀60年代末期。MIG 金屬焊絲惰性氣體保護焊是美國制造業(yè)四十多種焊接中的一種，它是一種連接兩個相同材料尤其是碳鋼材料經(jīng)濟的方法。美國CRC 公司率先研制成功了一種高效管道焊接系統(tǒng)，即CRC 多頭氣保護管道自動焊系統(tǒng)，并于1972 年將該項技術應用于管道施工獲得成功。起初只是焊接小車帶動焊槍行走，焊接參數(shù)（焊接電流、電壓、焊接速度等）均為手動控制。目前，生產(chǎn)外圓自動焊接設備的除了美國 CRC 公司外，還有德國VIETZ 公司、美國MAGNATECH 公司、荷蘭VERAWELD 公司、英國Noreast 公司、法國SERIMER DASA 公司、意大利PWT 公司等。CRC 公司智能化的P-500、P-600 型以及SERIMER DASA 公司的雙槍焊接系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)具有很高的技術水平。到目前為止，CRC 公司生產(chǎn)了P300，P400，P500 和P600 4 個型號的十字架式自動焊機。其中P500 和P600 是雙焊炬十字架式自動外焊機,它采用了水冷式焊槍、外掛推絲式送絲機構和帶有熔滴過渡單元(CDT)的脈沖焊接電源，焊接參數(shù)可編程并儲存在可方便更換的控制卡上，并根據(jù)焊接工藝以及焊接材質的變化要求，隨時離線編程。P500 和P600 適用于窄間隙疊焊或寬間隙排焊,還可完成根焊。生產(chǎn)效率比單焊頭自動外焊機提高40%～50%。缺點是焊槍采用強迫水冷卻，給實際應用帶來許多不便。法國SERIMER DASA 公司生產(chǎn)的Satur2nax Bug 雙焊頭外焊機，采用了風冷式焊槍、外掛推絲式送絲機構和專用的脈沖焊接電源，計算機焊接編程控制單元和焊車運動控制單元分置，可進行在線編程，可完成根焊、窄間隙疊焊或寬間隙排焊?？傮w性能與CRC 的P500 和P600 類似。其缺點是雙焊頭的擺動不能單獨控制，計算機焊接編程控制單元和焊車運動控制單元體積偏大。其中，CRC 公司生產(chǎn)的自動焊接機已焊接了長達50000km 的管道。這些廠家的設備雖然外形各具特點，但在控制方面，不外乎是計算機控制焊接參數(shù)和人工調(diào)控焊接參數(shù)兩種方法。 1.3.2 十字架式自動焊接機國內(nèi)研究現(xiàn)狀 近年來，工業(yè)壓力容器在不同的部門如化工、石化、核能和石油中起到了基礎性作用。我國壓力容器建設起始于20 世紀70 年代，壓力容器焊接施工很長一段時間都只是停留在手工焊、半自動焊的水平上。這種焊接機沒有自動搜尋焊縫位置功能。這就需要操作者必須觀察焊接位置并調(diào)整焊槍。如果操縱者操作不正確就會導致焊縫缺陷。所以焊縫位置跟蹤全自動焊接機就應運而生。雖然我國壓力容器事業(yè)發(fā)展較快，但具有自主知識產(chǎn)權的十字架式自動焊機還比較少。國內(nèi)典型的管道自動焊機在吸收引進國外先進的自動焊機經(jīng)驗的基礎上，國內(nèi)一些單位成功地研制開發(fā)出適用長輸管道環(huán)焊縫施工的外圓自動焊機，其中以中國天然氣集團公司工程技術研究院研制的APW-Ⅱ型外圓自動焊機、石油管道特種施工機具研究所研制的PAW2000 管道外圓自動焊機為代表。APW-Ⅱ型外圓自動焊機采用以直流脈寬調(diào)速為基礎，位移傳感檢測閉環(huán)控制為核心的硬件控制電路，在十字架式自動焊接過程中，焊接參數(shù)如電流、電壓、焊速、焊槍擺動速度、擺動幅度、兩端停留時間，既可預先設定又可分別實時調(diào)節(jié)。焊機的這一特點使之更加適用長輸管線現(xiàn)場組對的復雜情況，在坡口存在錯邊、寬窄不一等工況下，通過實時調(diào)節(jié)，均可獲得優(yōu)良的焊縫。APW-Ⅱ型外圓自動焊機主要用于中大口徑管道外環(huán)焊縫熱焊道、填充焊道、蓋面焊道的焊接。 PAW2000 十字架式自動焊機整套設備由焊接小車、環(huán)形可拆卸軌道、計算機自動控柜、手操作盒、計算機和其他一些輔助配件組成。每臺焊接工程車均具有根焊的功能熱焊、填充焊和蓋面焊的功能。 2.十字架式自動焊接機總體結構設計 2.1 焊接機總體要求和技術指標 容器全位置自動焊接就是在容器相對固定的情況下，借助于機械、電氣的方法，使焊接設備帶動焊槍沿焊縫環(huán)繞管壁運動，從而實現(xiàn)自動焊接。自動焊接機能夠實現(xiàn)平焊、立焊、橫焊和仰焊的全位置和大型管道的全位置焊接。設計本自動焊接機應滿足的基本要求是：在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、重量輕、成本低，在預定使用期限內(nèi)安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀等。管道全位置自動焊接機既要求結構緊湊，又要求控制準確，實現(xiàn)計算機控制的自動焊接是機電一體化設計的高度集成。本自動焊接機的主要技術指標如下： （1）行走機構速度范圍：200mm/min～2000mm/min；調(diào)整遞增量：10mm/min；調(diào)整精度：設定值的±1%或±20mm/min 中的最大值； （2）橫梁垂直提升速度：40mm/s； （3）高度模塊調(diào)整速度：20～180mm/min； （4）送絲機構速度范圍：5000～15000mm/min； （5）機械行程：橫向模塊6m；高度模塊4m， 2.2 自動焊接機總體方案的確定 壓力容器全位置自動焊接機是由機械系統(tǒng)和微機智能控制系統(tǒng)組成，機械系統(tǒng)是壓力容器全位置自動焊接機的執(zhí)行系統(tǒng)。壓力容器焊接工程現(xiàn)場施工都在野外作業(yè)，而且環(huán)境相對比較惡劣，一般施工周期也比較長，為了滿足現(xiàn)場要求，達到焊接質量和提高勞動效率，本設計自動焊接機要求重量輕、體積小、操作簡單、安裝調(diào)試和維護方便，故本管道全位置自動焊接機采用模塊化設計，包括焊接小車和軌道兩部分，其中焊接小車包括以下模塊：行走機構、橫向調(diào)整機構、高度調(diào)整機構、傾角調(diào)整機構、焊槍擺動機構、送絲機構。焊接小車通過夾緊機構安裝在焊接軌道上，帶動焊槍沿管壁外徑作圓周運動，小車上的擺動機構、橫向與高度調(diào)整機構用以實現(xiàn)焊槍的橫向擺動跟蹤和上下移動。送絲裝置可外掛在焊接小車上，并與焊接小車絕緣，這樣可方便換絲，提高工作效率。整機主要部件采用強度高、重量輕的鋁合金2A16 加工而成，從而使整機重量輕并滿足強度要求。 2.3 十字架式自動焊機的設計基本思路 十字架式自動焊機的設計采用以下基本思路: ①焊接橫梁:焊接橫梁帶動焊槍自動行走，于其上可實現(xiàn)焊槍位置的上下、左右調(diào)整以及焊槍角度調(diào)整。 ②導向軌道:焊接橫梁依靠導向軌道實現(xiàn)自動行走。軌道裝拆簡便易行，安裝時定位準確。 ③焊接機械手:焊接機械手夾持焊槍實現(xiàn)焊接。拆裝方便，穩(wěn)定性好。 2.4 橫梁運行機構 2.4.1 基本工作原理 行走機構采用齒輪傳動方式。由伺服電機驅動主齒輪旋轉，再通過介輪與導軌上的齒嚙合，導軌是固定于待焊管道的外徑上，從而使行走小車沿管道外徑滾動行走。為了確保行走小車在導軌上行走時，始終與導軌端面平行，將其滾輪接觸面軸向尺寸設計為與導軌上接觸面寬度尺寸相同，并為間隙配合方式。這樣一旦導軌與待焊管道的坡口位置確定，行走小車也相對坡口位置固定。 夾緊機構用以使行走小車與導軌動態(tài)連接布一起。如圖1 所示，夾緊機構上的壓緊軸將壓緊輪和滑塊與車體連接，再通過螺母和定位套將高度尺寸固定，使之成為一個組件，用緊定螺釘通過擋板塊頂住滑塊，從而使滑塊帶動壓緊輪做軸向運動，進而使它與導軌端面的內(nèi)錐面始終處于壓緊狀態(tài)。 2.4.2 行走機構車體設計要點 小車有前、后兩套滾輪在導軌上同時滾動，假設后面一套滾輪是與導軌緊密接觸的，那么前面一套滾輪就有可能離開導軌滾動面(因為三點確定一個平面)，基于這點分析，安裝前輪部分的車體設計為活動車體，。當前輪確實沒有與導軌滾動面接觸時，可以調(diào)整前輪部分的活動車體，從而使前、后輪都接觸良好，既保證齒輪間隙，又滿足設計要求。 2.4.3 行走機構滾動組件的設計要點 為便于裝配，小車行走機構的滾動組件采取圖3 所示的結構形式。這樣在組裝時，可首先將滾輪、滾輪軸、間隔套及一側軸承裝配成一個組件，將另一側軸承饢在車體上，然后，對準軸承孔將其組件壓入(注意：滾輪的最大直徑不能超過軸承的外徑)。采用這種裝配方式，容易保證前、后輪的位置精度；避免對車體的軸承倉造成損壞(車體的材料選定為鋁合金)；降低了勞動強度；簡化了裝配工藝。 2.5 焊絲送進機構 一般可分為兩輪送進機構和四輪送進機構，由于受整體空間的限制，采用兩輪送絲機構。陔機構主要南送絲電機、壓緊機構、焊絲導向管等組成。其工作原理為：送絲電機驅動主送絲輪及其主齒輪旋轉， 通過主、從動鹵輪嚙合傳到壓緊輪上，焊絲經(jīng)導向管從兩輪之間通過，使進入焊槍的焊絲被修整得比較直，以便在焊接過程中不會出現(xiàn)卡絲現(xiàn)象。焊絲送進機構如圖4 所示。 根據(jù)焊接工藝要求，一般送絲速度v=12．5 m／min； 初步選送絲電機輸入 轉速n1=9 390 r／min；額定功率P=11 kW；假定走絲輪直徑D=20 mm；則減速箱減速比 i=n1／n2=n1／v／(πD)=9 390 r／min÷[12 500 mm／min÷(π×20 mm)] ≈47．2 電機說明書上所配減速箱的減速比比較接近的規(guī)格只有1：33 和1：53。若 選用i=1：53 的減速箱，則實際送絲速度 v=n1／i／(πD)=9 390 r ／min+[53÷(π×20 mm) ≈11132 mm／min≈11．1 m／min，滿足使用要求。 2.6 焊槍擺動機構 焊槍的擺動機構主要由一個擺動中心傳感器、一個高速步進電機驅動滑塊機構和焊槍夾持機構組成。其性能的好壞將直接影響焊縫的成形。根據(jù)焊接工藝要求，焊槍擺動到兩端時必須有一定的停留時間，停留時間很短(一般為O．5 s)。擺動機構實際上是一個帶間歇的往復直線運動的機構，采用高速電機驅動控制技術，此間歇是由電機控制實現(xiàn)。擺動機構的傳動原理為：將高速步進電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉，由于電機止口通過機座固定于行走小車上，故絲杠旋轉而滑塊通過絲杠螺母作軸向直線運動，焊槍夾持機構與滑塊相連，從而實現(xiàn)焊槍的擺動運動。根據(jù)預先設定焊槍的擺幅為±25 mm，則確定滑塊的有效行程為60 mm。 2.7 焊接軌道 軌道沿管子外圓周裝卡在管口處，其作用為支承焊接小車、導向并利用齒輪傳動原理使焊接小車運動。軌道裝卡在管子上，是焊接小車行走和定位的專用機構。因此軌道的結構直接影響到焊接小車行走的平穩(wěn)度和位置度，進而也就影響到焊接質量，軌道的結構應滿足下列要求: (l)裝拆方便，易于定位; (2)結構合理，重量較輕; (3)有一定的強度和硬度，耐磨，耐腐蝕。 目前，國內(nèi)外的軌道設計不外乎兩種;剛性軌道和柔性軌道。剛性軌道是指軌道的本體剛度較大，不易變形。柔性軌道則是相對剛性軌道而言。剛性軌道定位準確，裝卡時變形小，可以確保焊接小車行走平穩(wěn)，焊接時焊槍徑向調(diào)整較小，但重量較大，裝拆不方便。而柔性軌道裝拆方便，重量較輕，精度相對而言沒有剛性軌道高。 焊接小車與軌道的傳動方式有齒輪傳動、鏈傳動、摩擦傳動。一般鏈傳動由于鏈的抖動而造成運動的平穩(wěn)性不好;而摩擦傳動不能保證定比傳動，容易丟轉。這兩種傳動均不能滿足要求，所以以使用齒輪傳動為宜。 在具體結構設計時，可以將軌道上的齒加工成側齒，這樣相當于齒輪齒條傳動，還可以將其加工成外齒，軌道就如同一個直徑較大的固定齒輪?；谏鲜龇治龊蛯嶋H工程需要，選擇柔性軌道較為適宜，傳動方式選擇齒輪齒條(側齒)傳動。這樣，軌道上的側齒易于加工與安裝，也與行走機構的方案選擇相吻合。以上設計均是依據(jù)結構功能作出的。 本研究設計的軌道采用分體式環(huán)形軌道，其結構形式如圖5 示。軌道是裝卡在管子上供焊接小車行走和定位的專用機構，因此軌道的結構直接影響到焊接小車行走的平穩(wěn)性和位置度，從而影響到焊接質量。為此軌道的基本要求是：裝拆方便、易于定位；結構合理、質量輕；有一定的強度和硬度，耐磨、耐腐蝕。軌道通過對稱的三個定位塊支撐在待焊管徑上， 行走小車通過齒輪嚙合使?jié)L輪卡在導軌上，以保證焊圓管同心，又為了適應不同的管徑。軌道由兩個半環(huán)組成，其連接方式如圖5 所示?？紤]到兩個半環(huán)組對時定位必須準確，分別在結合面處距離兩端面軸向距離26 mm 的圓周上制作有定位銷，分別在距兩端麗軸向距離14 mm 的圓周上用內(nèi)六角螺釘連接。這樣既易于加工，又保證裝卡方便。 2.8 行走機構的設計計算 最大行走速度 2400mm/min 平均焊接速度 300mm/min 2.8.1 等效轉動慣量的計算 由于焊接小車的行走齒輪與齒圈嚙合實際上等效于焊接小車上的行走齒輪 固定不動，而驅動質量為15kg 的齒條。那么此時，當量齒圈的轉動慣量計算方法如下:行走齒輪的周長L=πd=80mm，由于減速比為1:100，電機每轉一圈，行走齒輪轉0.01 圈，其線位移為0.01×80=0.8mm，根據(jù)線位移脈沖當量的定義可知，電機旋轉一周，齒條前進的位移為: 因此焊接小車的等效轉動慣量為 根據(jù)動能定律，換算到電機軸上的等效轉動慣量為 而與電機直聯(lián)的減速器轉動慣量 因此換到電機軸上的等數(shù)轉動慣量為 2.9十字架式焊接機總體設計圖 第3章 十字架式焊接機升降機構的設計 3.1升降機構的設計 額定起重量Cp=1.5t，起升速度v=40mm/s，起升高度H=4m 1.定機構的工作級別 十字架式焊接機工作級別根據(jù)使用條件的兩個重要數(shù)據(jù)——載荷狀態(tài)和利用等級來劃分，是焊接機設計的依據(jù)，現(xiàn)由設計原始數(shù)據(jù)和焊接機實際運行情況選定三個參數(shù)如下： 利用等級T4，載荷情況L2，工作級別M4 2.計算滾子鏈最大靜拉力并選擇滾子鏈 總起重量——被起升的載荷，橫梁、橫梁卡座、焊槍機構、焊絲及橫梁驅動機構的質量的總和?？偲鹬亓考s1.5t。起升機構以滾子鏈作為執(zhí)行構件， 滾子鏈最大靜拉力為: （3.1） Q——起升載荷（N），， ——總起升質量，即總起重量（kg） ——機構總效率，取為0.98 依據(jù)最大靜拉力選擇10A型的單排滾子鏈，其單排極限拉伸載荷達21800N 其最小破斷拉力，滾子鏈的安全系數(shù)為，滿足要求。 3.2橫梁行走機構的設計 總起重量Cz=1.5t，Q=2943N，機構工作級別為M4， 比值1.5 ⑴.確定車輪直徑 根據(jù)經(jīng)驗，由于機構布置上的原因，小型取料車自重在四個車輪上的分布是不均勻的，假設不均勻系數(shù)為1.2，則最大一個車輪由小型取料車自重引起的輪壓為： 起升載荷在四個車輪上的分布可以認為是均勻的，于是每一只車輪由起升載荷產(chǎn)生的輪壓為： 從而可得車輪的最小輪壓（就是空載輪壓）： 最大輪壓為滿載輪壓，即： 車輪的等效疲勞計算載荷為： （4.1） 車輪直徑D=93mm，車輪允許輪壓為10KN，滿足要求。 3.3機架的設計 升降導軌選用型號為12.6的熱軋普通槽鋼，高度為4000mm，十字架式焊接機升降滾輪與之相匹配。槽鋼具有抗扭、抗彎剛度大，重量輕，耐磨性好等特點。 門架是由槽鋼（升降導軌）和矩形方管焊接而成的框架結構。 矩形方管選用6號冷拔無縫方鋼管，邊寬度為60mm，邊高度為40mm，邊厚度為3.5mm，內(nèi)圓弧半徑為7mm。螺栓選用M12高強度螺栓。 第4章 十字架式焊接機電控部分設計 電氣傳動控制系統(tǒng)通常由傳動工作機械的電動機、電動機的電源裝置及電氣傳動控制裝置組成。 電氣傳動控制系統(tǒng)的功能是將電能轉換為機械能，并對其進行控制，以滿足工作機械及生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝的各種要求。電氣傳動控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響著工作機械乃至整個生產(chǎn)線的性能，影響著產(chǎn)品的產(chǎn)量、質量及生產(chǎn)成本，影響著工人的勞動條件及設備維修等。電氣傳動技術越來越廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各個部門。 焊接機是工業(yè)焊接設備，不方便使用市政電源；裝卸、搬運過程中難免發(fā)生碰撞，使用220V交流安全性差。綜合考慮電源裝置使用交流380V工業(yè)電壓。由交流380V工業(yè)電壓電源向電機和電磁線圈供電；焊接機升降機構有上升和下降兩個動作，將選擇開關擰到上升位置，電機工作，鏈輪帶動升降鏈條帶動橫梁上升，行程終端有行程開關作安全限位，切斷電機電源，防止超程發(fā)生事故；將選擇開關擰到下降位置，由于橫梁自重較大，所以電機不用工作，僅電磁換向閥線圈通電工作，升降鏈輪帶動橫梁下降，下降速度可由節(jié)流閥設定，行程終端有行程開關作安全限位，切斷磁換向閥線圈電源，防止磁換向閥線圈長時間通電工作，發(fā)熱燒毀。 參考文獻 【1】 成大先. 機械設計手冊. 化學工業(yè)出版社，2007.11 【2】機床與液壓期刊．廣州機床研究所 2005年第1期 【3】 程志紅. 機械設計. 東南大學出版社.2006.6 【4】 王洪欣，戴寧. 機械原理課程商機與設計. 東南大學出版社，2005.8 【5】 謝桂林，黃章. 電力拖動與控制. 中國礦業(yè)大學出版社，2004.7 【6】 余夢生，吳宗澤. 機械零部件手冊. 機械工業(yè)出社，1996.6 【7】吳宗澤. 機械工程師手冊. 機械工業(yè)出社，1999.3 【8】液壓傳動.機械工業(yè)出版社.東南大學.章宏甲 上海工業(yè)大學.黃誼 2003年4月 【9】 陳道南，盛漢中. 起重機課程設計. 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