船舶導軌垂直雙面角焊機設計

船舶導軌垂直雙面角焊機設計,船舶,導軌,垂直,雙面,角焊機,設計 分 類 號 密 級 寧 畢業(yè)設計(論文) 船舶導軌垂直雙面角焊機結構設計 所在學院 機械與電氣工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 11機自x班 姓 名 學 號 指導老師 2015 年 3 月 31 日 摘要：運輸油氣運輸中最主要的最快捷、經濟、可靠的方法可以用于運輸?shù)乃?，石油，天然氣，石油等，輸量，距離長，安全性高，低成本的優(yōu)勢，在各國快速發(fā)展。運輸業(yè)的主體，工程的核心工作是管口焊接。所以研究高效、性能可靠全自動焊接機的位置具有十分重要的意義。 野外工作解決建設的自動焊接的難題，開發(fā)了一種軌道式焊接機，它的主要技術開發(fā)，包括：新型走的機構，焊頭揮桿機關，和機卡車，焊頭機械手。介紹的軌道式焊接機的構造設計和焊接機控制，重點其結構的特征，動作原理，設計要點的設計分析和說明。在現(xiàn)場，使用該功能向導平穩(wěn)，可靠性高一直走，位置全焊接，其操作，低成本，適合我國現(xiàn)場施工作業(yè)和勞動者的技術水平保證的焊接質量，提高了效率勞動。 關鍵詞：軌道式焊接機 ；結構設計； ；機械手 Abstract: Pipeline transportation is the most important, quickest, economical and reliable method in petroleum transportation. It can transport water, crude oil, natural gas, oil product etc. It has a number of advantages: high transmission volumes, long distance, safety and cost-effectiveness, which is rapid developed in all the world. The subject of pipeline transportation is pipeline; the core of pipeline project is nozzle welding. So, it has very important significance to develop high efficient and reliable performance pipeline all-position automatic welding machine. An orbit pipeline welding robot has been developed to solve the problem of automatic welding during pipeline construction in the fields. Its key techniques consist of developing a new type of travel unit, welding torch as cillating unit, robot orbit and intelligent control system etc. The development work of the orbit pipeline welding robot mechanic system is introduced in the paper. The main illustration is about the system's structure，action principle，key points of design and machining technies and verifying calculation for selecting reduction gearbox with the wire feeder motor and the diameter of the wire-feed wheel. The application in fieldwork shows that the robot can trave1 along the orbit stably and reliably and carry through all-position welding. The welding is easy with low cost that is fit for fieldwork and worker in our country，guarantees the welding quality and improve working efficiency. Keywords: Orbital welding machine ；construction design ；pipeline； Manipulator Signature of supervisor: 目 錄 摘要 1 Abstract 2 1. 緒 論 5 1.1課題背景及研究意義 5 1.2船舶導軌垂直雙面角焊機的發(fā)展及應用 5 1.2.1焊接機的發(fā)展歷程 5 1.2.2焊接機國內外應用現(xiàn)狀 6 1.2.3焊接機技術展望 7 1.3船舶導軌垂直雙面角焊機的研究現(xiàn)狀 8 1.3.1船舶導軌垂直雙面角焊機國外研究現(xiàn)狀 8 1.3.2船舶導軌垂直雙面角焊機國內研究現(xiàn)狀 9 2.船舶導軌垂直雙面角焊機總體結構設計 11 2.1自動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 自動焊機的設計基本思路 12 2.4小車行走機構 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 15 2.7 焊接軌道 15 2.8行走機構的設計計算 16 2.8.1 等效負載轉矩計算 17 2.8.2 等效轉動慣量的計算 18 3 焊接小車行走機構的機械傳動 19 3.1 電機的選擇 20 3.2 減速器的結構及傳動比 21 3.3 送絲機構的機械傳動 21 3.3.1 送絲電機的選擇 21 3..3.2 減速器 23 3.4 焊槍姿態(tài)調整機構的機械傳動 23 3.4.1 電機的選擇 23 4. 結 論 25 參考文獻 25 致 謝 26 1. 緒 論 1.1課題背景及研究意義 船舶焊接技術是我國的現(xiàn)代造船模式中的關鍵技術之一，船舶工業(yè)造船周期縮短永遠的主題是“造船周期縮短一定提高生產效率，古人“工欲善那個事，首先利そ器”，先進的造船效率焊接技術提高，船舶建造效率、降低成本、提高質量的造船造船上的作用是不可輕視的，企業(yè)的經濟效率的有效途徑。 采用先進的船舶焊接技術也有效的船舶技術的設計，計算機數(shù)控下料，小、中、閉閉上大，配合平面區(qū)分，曲面區(qū)分，平滑立體區(qū)分，管道法蘭焊接，型材零件裝焊接等工序和工程的焊接工程，同時也會影響的關系，焊接的產業(yè)鏈，鋼、金屬加工、金屬熱切割，焊材，溶劑，保護氣體，非破壞檢查，焊接接頭的性能和品質評價，焊接電源，焊接能源，電子控制系統(tǒng)、焊接自動化工裝，焊接輔器具和環(huán)境保護，焊接技能訓練，焊接質量管理和控制，焊接接頭的設計，焊接標準規(guī)范等，船舶焊接技術，船舶中占有重要的地位，是一項技術，專業(yè)性很高的系統(tǒng)工程。因此，我的兩個船舶的集團公司的領導下，1986年結成了的船舶工業(yè)效率焊接技術指導小組，進行了計劃，決策，指導，和諧，咨詢和信息交流等方面的有效的活動順利結束的“十五”提出焊接技術的普及應用效率的各項指標，提高了我國的造船焊接技術水平?，F(xiàn)在，造船二氧化碳氣體保護半自動焊接技術造船廠廣泛，它應用率60～65 %。 1.2船舶導軌垂直雙面角焊機的發(fā)展及應用 1.2.1焊接機的發(fā)展歷程 1959年發(fā)售美國世界首次的Ultimate型飛機以來，工業(yè)機的數(shù)量在世界性的增加，通常焊接、涂裝、變薄拉伸、裝配、采集搬運，檢測中，其中的半數(shù)，焊接機。重工業(yè)的很多領域中，大直徑環(huán)縫焊高勞動強度的手工焊接，操作者來說是嚴格要求的技能和集中力。由于人們焊接柔性與焊接生產量高的需求和高的要求，自動焊接機很多工業(yè)領域，焊接速度提高，特別焊接質量提供的可能性。到現(xiàn)在為止，焊接機，大致分為三代：第一代的基礎上再現(xiàn)一樣工作方式的焊接機，操作簡單，不需要環(huán)境模型，示教修正的機械結構誤差等特征，焊接生產大量使用，第二代一定傳感器信息基脫線編程焊接機；第三代，多種的傳感器進入了，接受工作指令根據(jù)客觀環(huán)境編程的高智能手機。焊接機主要弧焊接作業(yè)。電弧焊接機被使用，二氧化碳和二氧化碳混合氣體保護和氬氮。焊接機的構造型式，主要是多關節(jié)型，直角坐標型，極坐標型圓柱座標型的4種。點焊機是直角坐標型多；弧焊接機多關節(jié)型多。電弧焊接機機關一般比較焊接的復雜的工作，通常是5個以上的自由度。現(xiàn)在的功能比較完善的焊接機是7個自由度。我國目前開發(fā)的焊接機，一般都是在5個自由度。海外的提高工作（特別是大型工件）的焊接生產性十分重視，輔助設備自動化水平，例如配備自動更換噴嘴，供給電線，監(jiān)視弧和過程的異常等的機能的機構。 早期的焊接機“柔性”，焊接途徑以及焊接參數(shù)實際工作條件的裝置，工作時存在明顯的缺點。計算機控制技術，人工智能的技術和網絡控制技術的發(fā)展，焊接機也單一的單機大街再現(xiàn)型教導智能化為核心的很多傳感、智能化的柔性加工單位（系統(tǒng)）的方向。 1.2.2焊接機國內外應用現(xiàn)狀 最近20年來，現(xiàn)代科學技術的發(fā)展顯著的焊接。世界范圍內焊接是一種發(fā)生數(shù)兆美元的利潤，廣泛的制造工業(yè)建筑、橋、汽車、航空、能源、造船、電子工業(yè)。還有更多的商業(yè)性工業(yè)機廣泛，制造業(yè)和裝配任務，例如材料過程，時/弧焊接、涂裝，機械零件裝配、噴漆處理及宇宙和海底促進了焊接業(yè)的快速發(fā)展。近10年，日本，美國，俄羅斯，英國，法國等國也投入了大量的人力、物力焊接機的開發(fā)工作，其中日本焊接機的進展驚人的速度。日本從1978年開始開發(fā)點焊機，1980年開發(fā)成功的第一個弧焊機。1981年日本生產的1500個焊機生產額達到了145億日元，是日本工業(yè)機的第6位到第2位?，F(xiàn)在，10家工廠每年1000以上的焊接機的能力。日本的發(fā)展和普及焊接機，1982年成立了全國機焊接研究委員會。另外，很多日本大企業(yè)，比如大阪變壓器公司在大阪，名古屋等，東京設立的焊接機的培訓學校。1984年，豐田汽車公司對作業(yè)線1300的桌子安排了。2000年慶應義塾大學M . Muramatsu等開發(fā)的管轄內微焊接機，90°彎曲內走完成的焊接作業(yè)。日本原子力研究中心東芝公司共同開發(fā)的內激光焊接和切斷機。臺灣國立大學開發(fā)的一個維修維護金屬焊接視覺傳導移動焊接機。而且CCD相機能夠檢測出焊縫的位置測量數(shù)據(jù)操作指導焊接。目前世界上已經70多種多萬的焊接機在各種生產線焊接作業(yè)從事。數(shù)量和智能化的程度來看，日本的焊接機在世界上明顯的優(yōu)勢，占上美國和英國等的大量出口。在未來幾年，日本的焊接機的生產額飛速成長。 我國在20世紀70年代末到研究焊接機，開始慢。20多年的發(fā)展，焊接機技術領域取得了長足的進步，國民經濟的發(fā)展，積極地推進。據(jù)不完全統(tǒng)計，近幾年我國工業(yè)機急速增加，年平均增長率也在40%以上，焊接機的增長率60%以上；2004年國產工業(yè)機突破1400臺、進口機數(shù)量超過9000輛，其中大多數(shù)應用領域焊接；2005年我國機，超過了5000臺，亞洲人數(shù)僅占6%，遠處的韓國的占15%，日本占69 %未滿遠方。這是我國經濟發(fā)展速度、經濟總量明顯不一致的，這表明，中國的制造業(yè)的自動化程度提高。并且，另一方面也反映了我國勞動力成本低廉，制造業(yè)的自動化水平以及工業(yè)機應用程度的提高受到限制?，F(xiàn)在的焊接機的應用難得的發(fā)展機遇。另一方面，隨著技術的發(fā)展，焊接機的價格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動成本持續(xù)上升，我國制造大國強國向上向制造，加工手段，質量的提高和企業(yè)的競爭能力，增強，這一切都預示著機應用及發(fā)展前景空間巨大。 1.2.3焊接機技術展望 工業(yè)生產為了適應系統(tǒng)的大，復雜的，動態(tài)和開放的方向發(fā)展的需求，發(fā)達國家加大力度，機的技術深入研究。技術發(fā)展的趨勢來看，智能化控制技術技術發(fā)展的主要方向焊接機。現(xiàn)在焊接機是第一代重復操作型機第二代，傳感器的知覺判斷機發(fā)展，即現(xiàn)在的固定式飛機逐漸有調節(jié)器，肌肉的感覺和認識機能的雙腳步行型機開發(fā)活動。多傳感器對情報的技術的應用智能焊接機。早在1981年，第一次美國的HILARE很多傳感器信息應用的世界的模型的移動機，它充分利用視覺、聽覺、激光距離傳感器得到的信息，以確保其穩(wěn)定工作的未知的環(huán)境。韓國的Park Joong - Jo開發(fā)的智能傳感器和處理的6個自由度數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)傳感器的自由度只測量數(shù)據(jù)的功能相比，性能。韓國漢陽大學開發(fā)了激光光學傳感器自由焊縫示教式自動焊接機。隨著海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展和中國的海洋工程深海，水下干式焊接技術發(fā)展必須。挪威Sintef高壓焊接中心開發(fā)了一套水中高壓干式保守系統(tǒng)，能夠從事1000m水深焊接，焊直徑8～42英寸，采用全自動的軌道TIG焊接機，目前已完成334 m膝蓋上的焊接。英國的OTTO系統(tǒng)主要是焊接室和軌道TIG焊接機組成，整個系統(tǒng)采用光傳導和電腦監(jiān)視，135米水深實驗，取得了滿意的焊接質量，焊縫斷裂強度550 Mpa。焊縫跟蹤系統(tǒng)焊接機急速發(fā)展，越來越多的應用去毛刺加工、粘合焊接。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，神經網絡控制技術，嵌入式控制技術等是未來發(fā)展焊機解決一些重要的技術。 1.3船舶導軌垂直雙面角焊機的研究現(xiàn)狀 1.3.1船舶導軌垂直雙面角焊機國外研究現(xiàn)狀 焊接廣泛應用于各工序的領域，比如：油氣產業(yè)，原子力和熱能的工廠和化學工廠。船舶導游垂直兩面角焊接機采用熔化極外圓焊接技術，最早是20世紀60年代末期。MIG金屬ワイヤイナートガス保護焊接美國制造業(yè)40種焊接中的一種，它是一種連接的兩個不同的材料，特別是碳材料的經濟的方法。美國CRC公司率先開發(fā)成功了一種高效焊機系統(tǒng)，即CRC長氣自動焊接系統(tǒng)，保護1972年，該技術的應用工程成功。最初只是焊槍車子走，焊接參數(shù)（焊接電流電壓，焊接速度等）全部手動控制。現(xiàn)在，生產外圓自動焊接設備的美國CRC是公司外，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公司的智能化的P - 500，P - 600型和SERIMER DASA公司的雙槍焊機系統(tǒng)在世界范圍內的高技術水準。到現(xiàn)在為止，CRC公司生產的P 300，P 400，標準普爾500和P 600 4機種的自動焊接機。在標準普爾500和P 600雙焊頭自動焊接機采用了以外，水冷式焊槍，開推絲線帶有進給機構和式焊接的過渡單元（CDT）的脈沖焊接電源，焊接參數(shù)編程儲藏方便交換控制卡片，根據(jù)焊接技術，以及焊接材質變化的要求，隨時脫機程序。標準普爾500和P 600適用狹重疊焊接和廣闊的間隙列焊接，完成根焊接。提高生產效率的外單焊頭自動焊接機40～50%。缺點是焊頭強制冷卻水，采用實際應用許多不便。法國SERIMER DASA公司生產的Satur 2 nax Bug雙焊頭焊接機采用了其他、風冷焊頭，開推線式絲機構和專用的脈沖焊接電源，電腦焊接程序控制單元和焊接車運動控制單元分置，網絡編程可以進行，結束成根焊接，狹窄的縫隙重疊焊接和廣闊的間隙列的焊接。整體的性能和CRC的標準普爾500和P 600類似。其缺點是雙焊接頭的樣子是單獨控制，計算機焊接程序控制單元和焊接車運動控制單位體積大一點。其中，CRC公司生產的自動焊接機焊接50000公里。這些廠商的設備是各自的特點是形狀，控制方面，無非是計算機控制焊接參數(shù)和人工控制焊接參數(shù)的2個方法。 1.3.2船舶導軌垂直雙面角焊機國內研究現(xiàn)狀 近年來，工業(yè)不同部門等的化學工業(yè)、石油化學、原子能和石油的基礎性作用。我國建設始于20世紀70年代，焊接施工很長一段時間都只是停留手工焊接，半自動焊接的水平。這個自動焊接機不位置功能焊縫。那是操作者必須觀察焊槍位置調整。如果操縱者不正確，焊接缺陷操作。所以焊縫位置追蹤全自動焊接機出生。我國的事業(yè)發(fā)展很快，具有自主知識產權的自動焊接機少。國內的典型的自動焊接機吸收國外先進的自動焊接機的經驗為基礎，國內的一些單位成功開發(fā)出適用長輸環(huán)焊縫工程的外周自動焊接機，其中中國天然氣集團公司工程技術研究院開發(fā)了APW -Ⅱ型外圓自動焊接機，石油的特殊施工機具研究所開發(fā)的PAW 2000自動焊接機代表。APW -Ⅱ型外圓自動焊接機直流脈沖寬度流量調整后的基礎上，位移傳感檢測閉環(huán)控制為核心的硬件控制電路，自動焊接過程中，焊接參數(shù)一樣的電流，電壓，焊接速度，焊頭的擊球速度，擺動寬度，兩端逗留時間雙方的預先設定，各自實時調節(jié)。焊接機的性能更加適用輸組長管道現(xiàn)場的復雜情況，溝槽存在的同時，幅度沒錯狀況等，通過實時調節(jié)，都會獲得優(yōu)良的焊縫。APW -Ⅱ型外圓自動焊接機使用，大口徑環(huán)焊接熱焊縫，填充，涵蓋面堆焊焊縫。PAW 2000套設備自動電焊機焊接轎車，環(huán)狀可拆式的軌道，電腦自動控制柜，手操作箱，計算機和其他一些輔助零件構成。車一輛焊接工事根焊接的功能，填充覆蓋，熱焊焊接面焊接的功能。 2.船舶導軌垂直雙面角焊機總體結構設計 2.1自動焊接機總體要求和技術指標 全自動焊接位置相對固定的情況下，借助機械、電氣的方法焊接設備焊槍沿著焊縫環(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，立焊接，水平和仰焊的焊接全位置和大型的全位置焊接。設計書自動焊接機的基本要求應滿足滿足預期功能的前提下，性能好，效率高、重量輕、低成本、使用預定期間內安全可靠，操作方便、維修簡單和造型等。全位置自動焊接機要求緊湊的構造，同時要求控制精密，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。這個自動焊接機的主要技術指標如下： （1）行走機構速度范圍：200毫米/ min～2000毫米/ min；調整交貨增量：10毫米/ min；調整精度：設定值的±1%或±20毫米/ min的最大值， （2）橫模塊調整速度：30～300毫米/ min， （3）高度模塊調整速度：20 ~ 180毫米/ min， （4）傾角模塊調整速度：±5～45°/ s， （5）夾角模塊調整速度：±0.25～500°/ s， （6）線機關速度范圍：5000～15000毫米/ min， （7）機械行程：橫模塊100毫米，高度模塊100毫米，而設置的> 60毫米的 手動調節(jié)范圍傾角模塊±90°；夾角模塊±0.5～30° 2.2 自動焊接機總體方案的確定 全位置自動焊接機是機械系統(tǒng)和微電腦智能控制系統(tǒng)組成，機械系統(tǒng)是全位置自動焊接機的執(zhí)行系統(tǒng)。焊接施工現(xiàn)場施工也野外作業(yè)，而且環(huán)境比較惡劣，一般施工周期也比較長，現(xiàn)場的要求，以滿足，達到焊接質量的提高以及勞動效率，本設計自動焊接機要求重量、體積小，操作簡單，安裝調試和維護方便，已故的全位置自動焊接機采用模塊化設計，焊接和轎車軌道兩部分，其中以下的模塊：焊接轎車走機構，橫向調整機構，高度調整機構，角度調整機構，焊頭揮桿機構、送絲機構。焊接轎車安裝焊接夾具機構軌道上沿著驅動焊頭管壁外徑作圓周運動，車，橫搖機構和高度調整機構焊頭的旁邊實現(xiàn)揮桿跟蹤和上下移動。絲送裝置也是作弊焊接車，并與焊接車絕緣，方便交換絲，提高工作效率。機床采用主要部件，強度高，輕巧的鋁合金2 A 16加工，從而滿足機器重量輕，強度。 2.3自動焊機的設計基本思路 自動焊接機的設計采用以下的基本的考方： 移動車①焊接：焊槍自動車走，而且實現(xiàn)的焊頭的位置的上下左右調整及焊槍角度調整。導軌②：焊接車實現(xiàn)自動行車軌道。軌道進行簡單的等，安裝時的正確定位。③焊接機械手：焊接機械手的支持實現(xiàn)焊炬。穿脫方便，穩(wěn)定性。 2.4小車行走機構 2.4. 1 基本工作原理 行走機構采用齒輪驅動方式。伺服電機驅動齒輪主要來自旋轉，介輪和軌道上的齒輪嚙合，導游是固定待焊接的外徑使沿著走下去轎車外徑滾動。走轎車確保導游行走的時候，經常軌道邊緣平行，其車輪接觸面軸尺寸和接觸面設計軌道幅度和同尺寸間隙配合方式。這樣一旦作為導游的坡口焊位置確定，行駛的車也相對位置固定錐。 夾緊機車走在鐵軌一起動態(tài)連接布。如圖1所示，夾緊機構的固結軸壓緊輪和幻燈片和車身的連接，和螺母位置設置高度尺寸成為固定，使模塊，夾緊螺絲通過滑動板忍受擋，從而滑塊驅動壓緊輪軸方向運動，并且它與鐵軌端面的內錐面一直是固結狀態(tài)。 圖2-1 夾緊機構示意圖 2.4.2 行走機構車體設計要點 轎車是前、后2套導游同時滾動車輪套件，如果后面車輪和軌道密切接觸的，那么前一套輥可以離開導游滾動面（3個從平面點確定），這點分析，安裝前輪部分的車身設計活動的車身，如圖2所示?，F(xiàn)在的輪確實沒有軌道滾動面接觸的時候，能調整的前輪部分的活動不同，車身，前輪也接觸良好，保證齒輪的間隙，另外的設計要求滿足。 圖2-2 行走機構示意 2.4.3 行走機構滾動組件的設計要點 走路的機關車組裝，滾動模塊圖3一樣的結構形式。這樣組裝時，首先車輪，輥軸，間隔的組套和側軸承組裝成音響，對面軸承饢車身體，并且，那個孔的軸承組件壓入（注意：車輪的最大直徑不超過軸承的外徑）。這個方式組裝容易，保證前后輪的位置，精度；車體的軸承倉損害（車身材料的選擇鋁合金），下降了勞動強度簡化裝配工藝。 圖2-3 行走機構滾動組件示意 2.5 焊絲送進機構 一般可分為兩朵進給機構和四輪進給機構，整個空間的限制，采用二輪送糸機構。級機關主要南送絲電機、固結機構，電線管等構成的導游。它的工作原理：送絲馬達驅動主要送線輪和其主要通過齒輪轉動，主要，從鹵輪嚙合中壓緊輪，電線經管通過導游兩輪的中間，焊頭的線被整備比較重，所以焊接過程中沒有出現(xiàn)的卡絲現(xiàn)象。鋼絲進給機構圖4所示。 圖2-4 焊絲送進結構示意 焊接技術要求不同，一般的進給速度v =線12 . 5米/ min；備用線電機輸入速度選擇n 1 = 9 390 r / min；額定輸出P = 11 kW；假設走線輪直徑D = 20毫米；放緩減速比 i = 1 / n n n 1 / 2 = v /（πD）= 9 390 r / min÷[ 12 500毫米/ min÷（π×20毫米）”47.2？ 電機說明書配減速箱的減速比比較近的規(guī)格只有1 : 33和1 : 53。如果選i = 1 : 53減速箱， 實際上進給速度v =線1 / i n /（πD）= 9歲/ min 390 + [ 53÷（π×20毫米），11132毫米/ min，28 . 2米/ min，滿足使用要求。 2.6 焊槍擺動機構 的擺動機構主要是一個擊球中心傳感器，高速步進電機驅動滑動機構和焊頭支持機構的構成。性能的好壞直接影響焊縫成形。焊接技術要求不同，焊頭揮桿到兩端時一定的時間，逗留時間短（通常O . 5秒）。擺動機構其實是一個空閑的往返直線運動的機構，采用高速電動機驅動控制技術，那個間隙，電機控制實現(xiàn)。 擺動機構傳動原理，步進電機驅動高速旋轉接頭的滾珠絲杠，電機到口機器底座固定行駛的車，已故的螺絲回轉在幻燈片螺絲螺母作軸直線運動，焊頭支持機構和幻燈片，導致實現(xiàn)焊頭的樣子運動。根據(jù)預先設定的焊頭的鐘擺幅度±25毫米，確定滑動的有效行程60毫米。 2.7 焊接軌道 沿著軌道外周管卡槍口，其作用支座焊接轎車，導游利用齒輪傳動原理焊接轎車的運動。 軌道進入卡管，車的行車和位置焊接的專用機構。其軌道結構直接影響到焊接的轎車走平穩(wěn)度和位置度，甚至影響焊接質量，軌道結構下列要求應滿足： （1）的裝拆方便，易于定位， （2）的結構合理，重量輕， （3）一定的強度和硬度、耐磨、耐腐蝕。 現(xiàn)在，在國內外的軌道設計無非兩種；剛性軌道和柔性軌道。剛性的軌道，軌道的主機剛度很大，不易變形。撓性軌道相對剛性軌道來說。剛性軌道定位準確，裝卡時變形小，焊接轎車可以確保走平穩(wěn)，焊槍徑向調整小，重量很大，裝拆不航班。柔性軌道拆方便，重量輕，精度相對高剛性軌道。 焊接轎車和軌道的驅動方式，齒輪傳動鏈傳動，摩擦傳動。一般鏈傳動鏈抖動造成運動穩(wěn)定性無法保證也說不定，摩擦傳動比驅動，不容易旋轉。這兩種驅動要求不能滿足，所以使用齒輪傳動為宜。 具體的結構設計的時候，軌道上的牙齒，牙齒的加工方面相當于齒輪傳動，貨架，將其加工外，牙齒的軌道，就像大直徑的固定齒輪。上述分析和實際工程必要，選擇合適的柔性軌道，驅動方式選擇齒輪齒條（側歯）傳動。這樣，在軌道上側歯加工容易和安裝，也走機構的方案合。以上通過設計結構功能作出的。 本研究設計的軌道采用或環(huán)狀軌道分，其結構形式圖5表示。軌道裝卡管奉獻走路和位置焊接轎車專用的機構，軌道結構直接影響到焊接的轎車行走的穩(wěn)定性和位置度到焊接質量的影響。其軌道的基本要求是：裝拆方便，容易位置，結構合理，光的質量；一定的強度和硬度、耐磨、耐腐蝕。 軌道對稱的3個位置待焊管徑塊，通過走車卡齒輪嚙合圈操軌道上，以確保焊接丸管同心，另外的管直徑為了適應。軌道2小時半環(huán)組成，其連接方式是如圖5所表示。考慮到2小時半環(huán)組式樣的位置要準確，各自在破碎的方面距離兩端面軸26毫米的圓周上制作定位銷，各自的距離兩端麗軸距離14毫米的圓周上六角螺栓連接。雙方的加工容易，而且保證裝卡方便。 圖2-5 軌道結構簡圖 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 等效負載轉矩計算 圖2-6 行走機構示意簡圖 按整個焊接小車全部質量施加于行走齒輪考慮，w=15kg，行走齒輪為17齒，模數(shù)為l.5mm。分度園直徑為 d=mz=17×1.5=25.5mm 因此，焊接小車的重力矩為 摩擦力情況: 當行走小車處于水平位置時摩擦阻力主要來源于四個支撐在軌道體上的支撐輪。滾動摩擦系數(shù)為0.03，軌道本體寬度為140mm，那么滾動摩擦負載轉矩為 美國見塞德公司生產的減速器，其恒定轉矩為24N·m，轉動慣量為:，效率為93%，減速比 因此換算到電動機軸上的等效負載轉矩T為 2.8.2 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 3 焊接小車行走機構的機械傳動 常用的機械傳動零件螺旋運動、齒輪、時機腰帶，皮帶傳動和各種非線性高速驅動部件等。其主要功能是傳達和旋轉轉矩。所以，實際上是一種扭矩，速度變換器，其目的是致動器之間轉矩控制和旋轉方向匹配。機械傳動元件伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大的影響，特別是驅動的類型，驅動方式、傳動剛性和驅動的信賴性是機電一體化系統(tǒng)的精度，安定性和高速反應性影響巨大，因此，設計和選擇傳動間隙較小，精度高，體積小，運動平穩(wěn)、接力扭矩大的驅動部件。對工作機中的驅動機構，要求實現(xiàn)運動的變換，要求能實現(xiàn)動力的變換。也就是說是可以實現(xiàn)的圓周運動直線運動，來回擺動的轉換，可以實現(xiàn)又圓周運動和扭矩和線性驅動力的轉換。信息機中的驅動機構，主要的要求是運動的變換功能只克服，慣性力和各種摩擦阻力和小規(guī)模的負荷只。司空見慣的傳動：螺桿螺母、齒輪、齒輪齒條、連鎖連鎖，帶驅動，滾床，杠桿機構，鏈接機構，凸輪機構，摩擦輪、方向節(jié)、車軸，蝸輪蝸桿或間歇機構等。 近年來，不通過機械機構而直接的電動機驅動負荷的“D·D”廣泛應用技術應用，這個技術低速高扭矩伺服電機考慮負荷的非線性和禍綜合性等因素的影響，執(zhí)行電機。但是，從整體，機電一體化系統(tǒng)機械傳動機構的基本要求有以下幾個方面。 精密性：①機電一體化產品，按照其性能的適當?shù)木芏鹊奶岢鲆螅? 機械傳動機構的要求越來越高精密度。 ②高速化：產品的工作效率高，直接與機械傳動零部件的運動的速度相關，所以機 機械傳動機構的精度要求高速運動能適應。 ③小型化，輕量化機電一體化精細化、高速化的發(fā)展必須追尋那個傳動機 構小型化，輕量化的靈敏度提高運動，縮小沖擊，能源消費減少。 機械電子機器驅動的基本要求：精密化、高速化，小型化，輕量化，因此設計自動焊接機各部分傳動時，滿足使用要求的前提下，盡量上述的基本符合要求。 焊接車輛的簡稱，實現(xiàn)其焊接車沿著走機構焊頭管周運動的驅動力機關，焊接點焊接速度焊接車的行車速度。因此，焊接車步行十分平穩(wěn)且機關完成后，焊接過程后，要求從車行程快速焊接。 3.1 電機的選擇 焊接車設計要求和軌道裝拆比較方便，這樣，焊接的車的質量要求自然是輕的，如果不考慮，焊接工較為輕松的車搬運焊接，本身的質量不超過l 0公斤左右，加上考慮線盤的品質（1.0的線一盤質量5kg）所以，焊接車總質量約15公斤左右。各行走電機減速齒輪 圖3-1 行走機構示意圖 前面說的己焊接車的行車走在其軌道上的牙齒咬合中，為了實現(xiàn)圈，全體的行車裝置的最后的輸出元件齒輪。選定齒輪的模塊m = 1.5毫米（利用齒輪驅動的強度理論，這個模塊絕對滿足使用要求），滿足根切的前提下任意的選定齒輪齒數(shù)，這里選Z = 20，齒輪分度圓直徑： mz = = 30毫米德 如果最大的焊接速度是30米的S的話，走的齒輪的轉速為n /πd = v = 60 19.1 r / min。v——焊接耐次的速度（毫米/ 如果焊接時，整個焊接車的質量完全走齒輪傳動，無需摩擦阻力和電克服 纜繩的重力，齒輪的輸出扭矩走： k———安全系數(shù) 取k=2 d0———行走輪分度圓直徑(mm) G一一一焊車質量(kg) g—重力加速度，9.8m/s2 因此上行走齒輪的輸出力矩為4.41N·m，轉速為19.lr/min，行走齒輪與減速器的輸出軸相聯(lián)，則減速器的輸出轉速為19.lr/min，輸出力矩為4.4lN·m。 電機的輸出軸與減速器相聯(lián)。一般的交、直流電機的轉速較高，中間需要配有較大降速比的減速器。交流步進電機一般體積較小，價格低，工作可靠，可做成全密封式，之所以在工業(yè)領域得以大量應用，還在于交流變頻技術取得了長足的進步。 直流電機控制簡單，低速性能好，但結構復雜，體積較大，存在碳刷需要經常的維護。基于交流伺服電機的優(yōu)點，在設計時選用了松下生產的交流伺服電機，通過查產品樣本，符合要求的交流伺服電機功率為50W，額定轉速為3000r/min，額定輸出力矩為0.16N·m。 3.2 減速器的結構及傳動比 由上述計算知，減速器的輸出轉速為19.lr/min，而電機轉速為3000r/min。若選擇減速器的傳動比為i=100:1，那么減速器的輸入轉速為1900r/min，所以對電機需進行變頻調速控制，使其工作轉速在1000r/min一2000r/min之間。減速器的傳動比為100:1，又要求其體積較小，可選擇美國貝塞德公司生產的行星輪減速器。電機的輸出力矩為0.16Nm，那么減速器的輸出力矩為: η——減速器傳動效率，選90% i——傳動比 M——電機的輸出力矩，M電機=0.16N·m M=0.9×0.16×100=14.4N·m，遠遠大于4.41N·m。 3.3 送絲機構的機械傳動 3.3.1 送絲電機的選擇 這里選擇送絲機構安裝在焊車上，隨焊車一同相對于管口運動，送絲機構的平穩(wěn)性直接影響焊接電弧的穩(wěn)定。送絲轉壓緊轉減速番送絲電機捍絲出口岸絲人口 圖3一2送絲機構示意圖 焊接電流電壓的大小和線徑問題，目前市場上一般的實心焊絲直徑0.8毫米，1.0、1.2mm。線徑較大，必要的焊接電壓高，焊接電流比較大，水滴狀過渡，焊接滴太大了，熔深大，不易控制。焊絲直徑時間，低電壓、電流，轉移矩路，電弧不斷電弧，電弧，消去弧的循環(huán)中，焊縫熔池同時也有熔化、擴張，凝固的交替反復中，因此，流熔池困難，而且燈絲的自己節(jié)的作用弧和弧焊接作業(yè)的重復燃燒，把握全位置焊接。但是如果鋼絲細致，能量低的線，可能會出現(xiàn)局部未溶融現(xiàn)象。因此，使用1 . omm直徑的電線合適。 φ1.0的鋼絲選用，如果焊接電流220一230 A的場合，進給速度約8米/ min線。如果選線輪直徑d = 30毫米（直徑小貿易磨損），線速度V2信號噪聲口min，那么送線輪的旋轉速 焊絲在行進過程中，會受到來自于送絲管、導電嘴、送絲盤的摩擦阻力，一般情況下整個阻力之和約為ΣF =12N，考慮到還有其它不可遇見的因素，那么阻力矩 M—阻力矩K K—安全系數(shù)，K=2 ΣF—阻力和 d一送絲輪直徑 這樣可以計算出，送絲輪的轉速為84.88r/min，轉矩為0.36N·m，從控制的角度出發(fā)，同樣選擇松下50W，額定轉速為3000r/mln，額定轉矩0.16N·m的電機。 3..3.2 減速器 減速器輸出端子線輪環(huán)環(huán)相扣，輸入終端和電動機聯(lián)想的話，那定轉矩區(qū)電機通過工作，頻率控制技術，電機的旋轉速度應達到1000歲/ min。為此首次定減速器的傳動比12.5：l i =這樣的傳動比減速機也滿足使用要求又小型尺寸只有，自己設計，定型產品的選項。選擇二級齒輪傳動，齒輪的模塊選擇o . 5毫米（滿足強度要求）設計的減速器速比12.5 - 1。全體絲機構來說，要求焊接時為了避免干涉整個系統(tǒng)必須焊接電源絕緣，以此為機械結構設計時，要重視。 3.4 焊槍姿態(tài)調整機構的機械傳動 焊接過程中，不斷地調整焊頭對焊縫的上下左右的位置。另外，焊縫的比較寬的焊頭，需要頻繁往返振幅，保證堆焊寬度。焊接結束的，旋轉焊槍角度清除放飛焊頭氣蓋內的焊接渣。因此，設計焊槍姿勢調整機構。 3.4.1 電機的選擇 焊頭需要頻繁往返擺動，而且搖動的頻率直接影響焊縫成形，外觀要求驅動機構優(yōu)秀的高速反應性的快速啟動，既能迅速停止要求驅動機構是非常好的固定裝置性能，即在外力作用，所以工作時的移動。那時的滾動的驅動電機選擇步進電機。步進電機的慣性力矩數(shù)值更高、步進高頻率，不通電時，自由的目標。通電運行自鎖定位功能，每轉內響應誤差不會累積下旋轉。在動態(tài)特性不求高時，直接開環(huán)運行，位置精度滿足要求，特別是五相，步進電機、步距角小，起動特性好，比較適合頻繁反轉。設計時可以選擇日本Mycom公司生產的步進電機，那個靜力矩o點八三N?m，慣性力矩0.28公斤·厘米。焊頭的成色，輕，一般是在約o . 5公斤，從后面的驅動機構和驅動ウオームド= 14毫米來說，怎樣的原因，考慮其靜力矩足以滿足使用要求（左右旋轉電機控制對另外焊頭焊縫的左右位置）。 焊頭的上下調整機構控制焊頭口焊縫的半徑方向的距離，即控制焊絲干長。焊槍的過程中，上下調整量大也沒有頻繁，同樣的要求調整機構更好的高速啟動和停止性能。這樣的場合，上下調整電機也選擇步進電機，那個靜力矩為0.42 N?m，慣性力矩o . 11公斤·c㎡、。 焊槍角度調整的過程中，不需要，只要先預先設定好。不需要驅動力，從結構上滿足要求而已。 4. 結 論 船舶運輸是一種經濟、安全的運輸方式，能使用的運輸水，石油，天然氣，石油等，輸量，距離長，安全性高，低成本的優(yōu)勢，各舊快速發(fā)展。我國是“石油天然氣的建設，形成運輸網”的發(fā)展戰(zhàn)略，“十一五計劃”的發(fā)展。今后10年，我國建設l 4條油氣運輸形成，兩縱兩橫，四，五氣樞紐，庫”，總長超過萬公里的油性管輸模式。建設地域跨度大，沿線的工程的嚴酷的環(huán)境，加上運輸慢慢高壓（7.5 MPa），（大口徑φ1420 ram）方向發(fā)展，這對環(huán)堆焊提出了更高的要求，環(huán)堆焊制約整個工程質量和建設期間的關鍵因素。野外焊接環(huán)境惡劣、焊工勞動強度，技術，難度很高，所以工程迫切需要實現(xiàn)的自動焊接，提高生產性，焊接質量保證降低，勞動強度和施工成本，而且自動焊接也大幅度降低操作技術難度解決困難，焊接工的培養(yǎng)，嚴重的問題等流 本文設計了船舶導游垂直兩面角焊接機，機械全部采用模塊化設計，焊接和轎車軌道。焊接轎車走驅動機構和進給機構組成的線。軌道2小時半環(huán)的構成，通過周圍的固定支點固定焊管被，不同管直徑和形狀的不同，其衣服拆方便。焊接轎車和軌道采用鏈條驅動和摩擦輪驅動的組合驅動形式，大大焊接轎車在軌道上的安定性和正確性。二次元軟件利用CAD設計圖，那部品組裝圖。 本文設計的船舶導游垂直兩面角焊接機控制系統(tǒng)采用的是單片機控制，方便簡單，易于程序控制。 所開發(fā)的軌道式焊機，那個機械結構設計合理，制造成本低，安全可靠經濟。外周焊接時，行走平穩(wěn)無沖擊，焊接質量的穩(wěn)定性和可靠性的高。 參考文獻 1機械設計手冊編委會．機械設計手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2004． 2 成大先．機械設計手冊（機械傳動）．北京：化學工業(yè)出版社，2004． 3 焦向東等.球罐外圓焊接機智能控制系統(tǒng).焊接學報，2000,21(4):1~4． 4 朱進滿．焊接機的應用[J]．現(xiàn)代制造，2005，12：42~47． 5 W.-S Yoo，J.-D. Kim，S.-J. Na．A Study on A Mobile Platform-manipulator Welding System for Horizontal Fillet Joints[J]．Mechatronics，2001，11：853~868． 致 謝 值此本文提交之際，首先要向我的指導老師老師表示由衷的感謝。本文的全部設計工作都是在高老師的悉心指導和諄諄教誨下完成的。高老師學識淵博、治學求實嚴謹、待人處事平和溫雅，在整個課題研究和論文撰寫的過程中給予了我極大的關懷幫助，支持和督導我的論文工作的完成。高老師自信豁達的人生態(tài)度也使我受益匪淺，并將激勵我在今后的工作、學習和生活中，時刻保持勤奮刻苦的工作態(tài)度和積極向上的生活信念。 感謝答辯組委員會各位老師對我的指導和幫助，正因為老師們及時地糾正了我在設計過程中的一些錯誤，才使得我的論文工作能夠按時順利地完成。 感謝所有關心、支持、幫助和鼓勵過我的老師、同學、親戚和朋友們。 最后，感謝我的母校為我提供了一個勤于鉆研、規(guī)格嚴格的學習氛圍和團結友好的生活環(huán)境，這使我終生難忘。 27