CN104858735A - 一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置及方法。自动打磨装置包括支架和安装有四自由度自动装置的打磨机，可以实现对定位孔在X、Y、Z轴平移自由度和绕Z轴旋转自由度方向上的自动、连续、循环打磨，在进一步提高打磨质量的同时，保证施工的可靠性，实现打磨自动化，提高生产效率，从而为桩腿结构建造、维护提供了全新的施工技术和方法。

Description

一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置及方法

技术领域

本发明涉及海洋工程装备的制造技术领域，尤其涉及一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置及方法。

技术背景

近年来，随着对能源的需求不断增加，可再生能源的开发不断受到重视。风能总量大，全球可利用的风能约为水能的10倍，因此风能无疑是世界上公认的最接近商业化的可再生能源技术之一。由于风电场土地资源日益紧张和海上风能资源蕴藏丰富，海上风能发电必然是未来风电的发展趋势，风电作业船是海上风电场建设的核心技术，其工作原理是：船体通过提升系统插销和桩腿定位孔的交替配合，实现插拔桩，桩腿与海床地基的相互作用，将船体撑出海面，为海洋作业和风电机组安装提供一个平稳的工作平台。于是桩腿结构建造十分重要，为了保证插销和定位孔的配合和定位精度，对定位孔的质量提出了更高的要求，而且伴随着新材料的采用，桩腿材料选用超高强度钢，这种钢含碳量极高，等离子切孔后会产生多种渗氮层和氧化物，打磨过程变得格外困难，繁琐。

目前，由于没有专用的内圆打磨机，内圆一般只能采用人工进行打磨，自动化程度低、存在着工效差，打磨质量不稳定等问题，严重影响了孔的制造精度，无法满足装配和定位的精度。而且定位孔是开设在桩腿筒体的曲面上，随着孔径和筒壁厚的增加，孔的圆度误差和板厚方向内外侧的垂直度误差更难控制。

发明内容

为克服现有技术中存在的巨型桩腿定位孔在建造过程中打磨质量问题，本发明提供一种巨型圆形桩腿定位孔高精度自动打磨装置及方法，可以在进一步提高打磨质量的同时，保证施工的可靠性，实现打磨自动化，提高生产效率，从而为桩腿结构建造、维护提供了全新的施工技术和方法。

本发明提供的一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置，

包括支架和安装有四自由度自动装置的打磨机，其中，

所述支架具有适应圆形曲面的支架脚，

所述四自由度自动装置包括X、Y、Z轴平移自由度装置和绕Z轴旋转自由度装置，

所述X、Y轴平移自由度装置均包括步进电机、轴承、丝杠和滑块，所述轴承设置于轴承座上，所述X轴平移自由度装置的轴承座安装于所述Y轴平移自由度装置的滑块上，

所述Z轴平移自由度装置包括滑杆、滑动副和定位螺钉，

所述绕Z旋转自由度装置包括步进电机、旋杆、紧固件、紧固螺栓和旋转臂，所述紧固件与所述旋杆固定连接，所述旋转臂与所述紧固件固定连接，所述旋杆沿杆轴线作圆周运动从而带动所述旋转臂做绕Z轴旋转的圆周运动，

所述打磨机还包括智能装置和打磨轮，所述智能装置通过智能计算确定打磨机的旋转中心，所述打磨轮设置于所述旋转臂的末端且通过螺栓与所述旋转臂相连接。

本发明还提供了上述自动打磨装置的优选技术方案。

作为优选，所述旋转臂为多个长度不同的旋转臂，需打磨的不同直径的对应上述多个长度不同的旋转臂。

作为优选，所述旋转臂依靠紧固螺栓的松开与加紧来调整旋转半径，从而适应不同直径定位孔打磨的需要。

本发明进一步提供了上述自动打磨装置的优选技术方案。

作为优选，所述打磨机还包括俯仰臂，所述俯仰臂设置于所述旋转臂与所述打磨轮之间，所述旋转臂与所述俯仰臂通过螺栓相连接。

本发明还提供了一种采用上述圆形桩腿定位孔自动打磨装置的打磨方法，包括，

a打磨前准备步骤：

将所述的自动打磨装置设置于与桩腿上，调整支架脚适应桩腿的圆形曲面，所述打磨机不安装旋转臂和打磨轮，将所述紧固件深入到定位孔内，且保持所述紧固件和定位孔壁持平。

b圆心确定步骤：

采用所述四自由度自动装置控制所述紧固件在所述定位孔内移动，所述紧固件碰触定位孔内任一点A，然后从所述点A出发沿任一直线移动至碰触定位孔内另一点B，由所述四自由度自动装置的智能装置确定直线AB的中点，所述紧固件在所述四自由度自动装置的驱动下移动至所述直线AB的中点；

在所述直线AB的垂直平分线方向上，采用与确定点A和点B以及直线AB的中点同样的方法确定点C和点D以及直线CD的中点，所述直线CD的中点即为定位孔的中心；

所述点A、点B、点C和点D位于所述定位孔的同一横截面上。

c打磨步骤：

将所述旋转臂安装在所述打磨机的所述紧固件上，调节所述旋转臂的长度至需要打磨的定位孔半径长度，将所述打磨轮安装在所述旋转臂上，所述打磨轮可以沿着定位孔内侧自动打磨。

本发明还提供了上述自动打磨方法的优选技术方案。

作为优选，所述旋转臂可以替换为上述的长度不同的旋转臂。

作为优选，所述打磨步骤中，在所述旋转臂上安装俯仰臂，并在所述俯仰臂上安装所述打磨轮，所述俯仰臂与所述旋转臂形成的俯仰角通过所述螺栓来调整。

本发明提供的巨型圆形桩腿定位孔高精度自动打磨装置及方法具有以下优点：

(1)采用定中心打磨方式，一方面避免了人工打磨不稳定对定位孔圆度误差的影响，另一方面提供了一种空间孔中心定位的方法，保证了打磨质量。

(2)通过一种碰壁方法，利用自动装置的智能计算功能，确定打磨机的旋转中心，避免了打磨机偏心引起的定位孔圆度误差，保证了配合精度和定位精度。

(3)采用自动化装置辅助打磨机，有利于实现自动化，提高了生产效率，缩短了施工周期。

(4)采用俯仰壁调整俯仰角，实现定位孔径不同的打磨精度的调整，即沿板厚方向内外侧，不同精度的控制。

附图说明

图1是自动打磨装置安装在桩腿上的结构示意图，

其中，

1-桩腿，2-支架，3-轴承，4-轴承座，5-丝杠，6-滑块，7-步进电机，8-滑动副，9-定位螺钉，10-滑杆，11-电机架，12-旋杆，13-紧固件，14-紧固螺栓，15-旋转臂，16-螺栓，17-俯仰臂，18-打磨轮，19-定位孔。

图2是自动打磨方法中圆心确定步骤的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明

实施例1

本发明提供的一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置，如图1所示，包括：支架2和安装有四自由度自动装置的打磨机，

其中，

支架2具有适应圆形曲面的支架脚，

所述四自由度自动装置包括X、Y、Z轴平移自由度装置和绕Z轴旋转自由度装置，所述X、Y、Z轴平移自由度装置和绕Z轴旋转自由度装置分别包括一个步进电机。

所述X、Y轴平移自由度装置均包括步进电机7、轴承3、丝杠5和滑块6，轴承3设置于轴承座4上，X轴平移自由度装置的轴承座4安装于Y轴平移自由度装置的滑块3上，形成平面坐标系，实现打磨轮17在X-Y平面内的智能行走控制。

所述Z轴平移自由度装置包括滑杆10、滑动副8和定位螺钉9，滑动副8可沿着滑杆10在Z轴方向上下滑动，利用定位螺钉9可以将滑动副8保持固定在某一位置，实现打磨轮17在Z轴方向上的移动，便于自动打磨装置控制在定位孔壁厚方向上的打磨位置。

所述绕Z轴旋转自由度装置包括步进电机7、旋杆12、紧固件13、紧固螺栓14和旋转臂15，紧固件13与旋杆12固定连接，旋转臂15与紧固件13固定连接。固定在电机架11上的步进电机7驱动旋杆12沿杆轴线作圆周运动，由于紧固件14焊接在旋杆12上，因此，夹紧在紧固件13上的旋转臂15可绕旋杆12轴线做圆周运动，从而实现整个定位孔19的圆周打磨。

所述打磨机还包括智能装置和打磨轮18，所述智能装置通过智能计算功能确定打磨机的旋转中心，打磨轮18设置于旋转臂15的末端且通过螺栓16与旋转臂15相连接。

实施例2

根据实施例1提供的一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置，如图1所示，

旋转臂15通过紧固螺栓14的松开与夹紧来调整旋转半径，适应不同定位孔的半径。

自动打磨装置还配套有多个长度不等的旋转臂15。

当通过松开与夹紧紧固螺栓14来调整旋转臂的长度都不能适应需要打磨的定位孔半径需要时，可以将旋转臂15替换为其他合适长度的旋转臂15。

实施例3

根据实施例1和2提供的一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置，如图1所示，

所述打磨机还包括俯仰臂17，俯仰臂17设置于旋转臂15末端，旋转臂15与俯仰臂17通过螺栓16相连接。螺栓16用于调整俯仰角(俯仰臂17与旋转臂15形成的夹角)，从而实现定位孔19不同打磨精度的调整，即沿定位孔壁厚方向内外侧，不同精度的控制。

打磨轮18设置于俯仰臂17末端，打磨轮可以沿着定位孔内侧，自动、连续、循环打磨，从而实现定位孔的自动打磨。

实施例4

一种采用实施例1-3提供的圆形桩腿定位孔自动打磨装置的打磨方法，如图1和图2所示，包括如下步骤：

(1)打磨前准备步骤：

将实施例1-3提供的自动打磨装置设置于与桩腿上，首先，调整支架脚适应桩腿的圆形曲面，所述打磨机先不安装旋转臂15和打磨轮18，将紧固件深入到定位孔内19，且保持紧固件13和定位孔19孔壁持平；

(2)圆心确定步骤：

采用四自由度自动装置控制紧固件13在定位孔19内移动，如图2所示，紧固件13碰触定位孔19内任一点A，然后从所述点A出发沿任一直线移动至碰触定位孔19内另一点B，由所述四自由度自动装置的智能装置确定直线AB的中点，紧固件在所述四自由度自动装置的驱动下移动至所述直线AB的中点；

在所述直线AB的垂直平分线方向上，采用与确定点A和点B以及直线AB的中点同样的方法确定点C和点D以及直线CD的中点，所述直线CD的中点即为定位孔的中心；

所述智能装置确定了打磨机的旋转中心，避免了打磨机在打磨的过程中偏离打磨机的旋转中心造成的打磨机偏心，打磨机偏心易引起定位孔圆度误差，从而保证了打磨的定位精度和配合精度。

所述点A、点B、点C和点D位于所述定位孔的同一横截面上；

(3)打磨步骤：

将旋转臂15安装在所述打磨机的紧固件13上，然后，调节所述旋转臂15的长度至需要打磨的定位孔19半径长度，再将打磨轮18安装在所述旋转臂15上，所述打磨轮15可以沿着定位孔19内侧自动、连续、循环打磨，实现定位孔的自动打磨。

实施例5

根据实施例4提供的打磨方法，如图1和图2所示，

步骤(3)中，在旋转臂15上安装俯仰臂17，并在俯仰臂17上安装打磨轮18，由螺栓16来调整俯仰臂17与旋转臂15形成的俯仰角，实现定位孔不同打磨精度的调整，即沿板厚方向内外侧不同精度的控制。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种圆形桩腿定位孔自动打磨装置，

包括支架和安装有四自由度自动装置的打磨机，其中，

所述支架具有适应圆形曲面的支架脚，

所述四自由度自动装置包括X、Y、Z轴平移自由度装置和绕Z轴旋转自由度装置，

所述X、Y轴平移自由度装置均包括步进电机、轴承、丝杠和滑块，所述轴承设置于轴承座上，所述X轴平移自由度装置的轴承座安装于所述Y轴平移自由度装置的滑块上，

所述Z轴平移自由度装置包括滑杆、滑动副和定位螺钉，

所述绕Z轴旋转自由度装置包括步进电机、旋杆、紧固件、紧固螺栓和旋转臂，所述紧固件与所述旋杆固定连接，所述旋转臂与所述紧固件固定连接，所述旋杆沿杆轴线作圆周运动从而带动所述旋转臂做绕Z轴旋转的圆周运动，

所述打磨机还包括智能装置和打磨轮，所述智能装置通过智能计算确定打磨机的旋转中心，所述打磨轮设置于所述旋转臂的末端且通过螺栓与所述旋转臂相连接。

2.根据权利要求1所述的自动打磨装置，其特征在于：所述旋转臂为多个长度不同的旋转臂，需打磨的不同直径的定位孔对应上述多个长度不同的旋转臂。

3.根据权利要求1所述的自动打磨装置，其特征在于：所述旋转臂依靠紧固螺栓的松开与加紧来调整旋转半径，从而适应不同直径定位孔打磨的需要。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自动打磨装置，其特征在于：所述打磨机还包括俯仰臂，所述俯仰臂设置于所述旋转臂与所述打磨轮之间，所述旋转臂与所述俯仰臂通过螺栓相连接。

5.一种采用权利要求1-4所述的圆形桩腿定位孔自动打磨装置的打磨方法，包括，

a打磨前准备步骤：

将所述自动打磨装置设置于与桩腿上，调整支架脚适应桩腿的圆形曲面，所述打磨机不安装旋转臂和打磨轮，将所述紧固件深入到定位孔内，且保持所述紧固件和定位孔壁持平；

b圆心确定步骤：

采用所述四自由度自动装置控制所述紧固件在所述定位孔内移动，所述紧固件碰触定位孔内任一点A，然后从所述点A出发沿任一直线移动至碰触定位孔内另一点B，由所述四自由度自动装置的智能装置确定直线AB的中点，所述紧固件在所述四自由度自动装置的驱动下移动至所述直线AB的中点；

在所述直线AB的垂直平分线方向上，采用与确定所述点A和所述点B以及所述直线AB的中点同样的方法确定点C和点D以及直线CD的中点，所述直线CD的中点即为定位孔的中心；

所述点A、点B、点C和点D位于所述定位孔的同一横截面上；

c打磨步骤：

将所述旋转臂安装在所述打磨机的所述紧固件上，调节所述旋转臂的长度至需要打磨的定位孔半径长度，将所述打磨轮安装在所述旋转臂上，所述打磨轮可以沿着定位孔内侧自动打磨。

6.根据权利要求4或5所述的打磨方法，其特征在于，所述打磨步骤c中，在所述旋转臂上安装俯仰臂，并在所述俯仰臂上安装所述打磨轮，所述俯仰臂与所述旋转臂形成的俯仰角通过所述螺栓来调整。