CN107414367B - 一种石油管道环缝自动焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊接装置，尤其是一种石油管道环缝自动焊接装置。包括管道装夹系统、动力及控制系统、焊枪装夹系统、焊枪，所述管道装夹系统安装在石油管道上，所述动力及控制系统安装在管道装夹系统上，所述焊枪装夹系统安装在动力及控制系统上，所述焊枪安装在焊枪装夹系统上。本发明直接安装在需要焊接的石油管道上，通过齿轮传动来带动焊枪动作从而完成环缝焊接过程，具有结构简单紧凑、体积小成本低，自动化程度高的优点；接触式行程开关可以实现焊接到半圈时自动停止，将焊接过程分为两次通过两个半圈完成，从而提高焊接质量；焊枪装夹系统采用螺旋传动实现焊枪位置的调节，能够精确调节焊枪与石油管道的距离，进一步提高环缝焊接质量。

Description

一种石油管道环缝自动焊接装置
技术领域
本发明涉及一种焊接装置，尤其是一种石油管道环缝自动焊接装置。
背景技术
目前，在石油管道在生产过程中，直管与直管之间、直管与弯管之间都会通过接头焊接固定，而普通的焊接装置只能由焊枪根据行走机构实现水平面或者竖直平面方向上的焊接，就管件而言，其需要焊枪环绕工件转动一圈用以完成焊接，因此常规的焊接装置无法有效的完成这一管件的焊接。虽然现有技术中的大型高精度焊接装置，可以通过多轴联动的数值化控制完成360°环圈焊接，但是其设备成本和加工成本高，不利于批量生产，同时由于过高的设备成本，也不利于在中小型企业中推广使用。传统手工焊接受限于空间位置，且焊接时温度较高，进行焊接作业时容易出现安全隐患；同时，手工焊接的焊接质量主要取决于工人的操作水平，难以得到可靠保证，因此也不利于批量生产以及在中小型企业中推广使用。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种石油管道环缝自动焊接装置，该装置直接安装在需要焊接的石油管道上，通过齿轮传动来带动焊枪动作从而完成焊接过程，具有结构简单紧凑，操作方便，体积小成本低的优点。其采用的技术方案如下：
一种石油管道环缝自动焊接装置，包括管道装夹系统、动力及控制系统、焊枪装夹系统、焊枪，所述管道装夹系统安装在石油管道上，所述动力及控制系统安装在管道装夹系统上，所述焊枪装夹系统安装在动力及控制系统上，所述焊枪安装在焊枪装夹系统上；所述管道装夹系统包括管道扶正导轨、管道上内环、管道下内环、管道下卡圈、导轨螺钉、内环螺栓、卡圈螺栓、接触式行程开关，所述管道扶正导轨与管道上内环焊接在一起，所述管道上内环与管道下内环通过内环螺栓相连接，所述管道扶正导轨与管道下卡圈通过卡圈螺栓相连接，所述导轨螺钉安装在管道装夹系统上，所述接触式行程开关安装在管道下内环上；所述动力及控制系统包括下箱体、上箱体、齿轮、有齿外圈、无齿外圈、电机、控制模块、减速器、联轴器、传动轴、轴承、轴承端盖、外圈螺栓、平键、齿轮挡圈、挡圈螺钉、箱体螺栓、定位销、箱体螺钉，所述上箱体通过箱体螺栓、定位销安装在下箱体上，所述下箱体通过箱体螺钉安装在管道扶正导轨上，所述电机通过电机支座安装在下箱体内部，所述控制模块安装在电机上端，包括电机控制模块、行程开关控制模块、焊枪控制模块，具有信息的接收、发送以及信息处理能力，可以控制电机与焊枪电源的通断，接收接触式行程开关是否触发的状态信息，并将状态信息发送给电机控制模块与行程开关控制模块来执行断电操作，所述减速器安装在电机的动力输出端，所述联轴器一端与减速器输出轴连接，另一端与传动轴连接，所述轴承、轴承端盖均安装在传动轴上，轴承与轴承端盖各设有两个且轴承端盖贴合在轴承外侧，所述传动轴的右侧轴头上设有一个安装平键的平键槽和一个安装挡圈螺钉的轴端螺纹孔，所述齿轮通过平键安装在传动轴的右侧轴头上，且通过齿轮挡圈、挡圈螺钉进行轴向定位，通过平键进行周向定位，所述有齿外圈与齿轮相互啮合，所述有齿外圈与无齿外圈通过外圈螺栓连接在一起；所述焊枪装夹系统包括高度调节箱、高度调节与夹紧机构、固定板、高度调节旋钮、焊枪锁紧螺钉、固定板连接螺栓，所述高度调节旋钮以可转动的方式安装在高度调节箱上，所述高度调节与夹紧机构安装在高度调节箱内且可沿高度调节旋钮上下运动，所述焊枪锁紧螺钉安装在高度调节与夹紧机构上，所述固定板与高度调节旋钮焊接在一起，所述固定板通过固定板连接螺栓与有齿外圈、无齿外圈连接在一起，所述焊枪通过焊枪锁紧螺钉安装在高度调节与夹紧机构上。
优选的，所述管道扶正导轨包括承载板、弧形板、导轨螺钉孔、管道上卡圈，所述承载板上端面为平面，其上对称设置有四个用于安装下箱体的螺纹孔，主要起承载与固定动力及控制系统的作用，所述弧形板与管道上卡圈的内径相同，且内径与石油管道的外径相同，所述承载板、弧形板、管道上卡圈为一体成型，一体成型具有强度高、承载能力强的优点，所述弧形板上对称设置有两个用于安装导轨螺钉的导轨螺钉孔，所述导轨螺钉孔起到管道装夹系统进一步夹紧石油管道的作用，管道装夹系统装夹在石油管道上后，通过拧紧导轨螺钉，可以使得对称设置的两个导轨螺钉抵在石油管道的外圆柱面上，从而提高管道装夹系统的夹紧力，使得石油管道装夹更加稳固可靠，可以避免因电机转动、振动、重力等因素造成管道装夹系统与石油管道之间发生相对转动。
优选的，所述管道上内环包括定位块、上内环本体、上内环凹槽轨道、上内环连接块，所述上内环本体的外圆柱面中间位置设置有上内环凹槽轨道，所述上内环本体的外圆柱面上端位置设置有定位块，所述上内环本体与管道扶正导轨相连的端面下端位置设置有上内环连接块，所述上内环本体的内径与弧形板以及管道上卡圈的内径相同，所述定位块用于焊枪初始位置的确定，同时也可以防止焊枪在没装上动力及控制系统时自由转动，所述上内环凹槽轨道的凹槽宽度与有齿外圈以及无齿外圈的厚度相同，用于有齿外圈和无齿外圈的轴向定位和相对转动，所述上内环连接块上设置有一个螺纹孔，通过内环螺栓实现与管道下内环的连接。
优选的，所述管道下内环包括限位块、下内环本体、下内环凹槽轨道、下内环连接块，所述下内环本体的外圆柱面中间位置设置有下内环凹槽轨道，所述下内环本体的外圆柱面上端位置设置有限位块，所述下内环本体上远离限位块的端面下端位置设置有下内环连接块，所述下内环本体的内径与上内环本体的内径相同，所述限位块形状和尺寸与定位块均相同，且与定位块对称布置，所述限位块上设置有一个接触式行程开关，当焊枪焊到半圈时会触动接触式行程开关，在控制模块的作用下对焊枪断电并切断动力及控制系统电源，此时限位块起到制动作用，让焊枪停止运动，所述下内环凹槽轨道的凹槽宽度与上内环凹槽轨道的凹槽宽度相同，二者一起用于有齿外圈和无齿外圈的轴向定位和相对转动，所述下内环连接块通过内环螺栓与上内环连接块连接，实现管道上内环与管道下内环的连接。
优选的，所述下箱体包括箱体螺栓孔、定位销孔、箱体螺钉孔、电机支座安装孔、轴承座、下箱体本体，所述下箱体本体的上端面上对称设置有四个箱体螺栓孔，用于安装固定上箱体，所述下箱体本体的上端面上对称设置有两个定位销孔用于安装定位销，且定位销采用安装方便、自锁性好、方便拆卸的圆锥销，进一步安装固定上箱体，所述下箱体本体下端面上对称设置有四个箱体螺钉孔，用于将下箱体本体固定连接在承载板上，所述下箱体本体下端面上对称设置有两个电机支座安装孔，用于将电机固定连接在下箱体本体上，所述下箱体本体上远离电机支座安装孔的一端对称设置有两个轴承座，用于定位与安装轴承与轴承端盖。
优选的，所述有齿外圈包括有齿外圈本体、有齿外圈螺纹孔、有齿外圈连接块、有齿外圈卡槽，所述有齿外圈本体为两端各设有一个有齿外圈卡槽的圆心角为200°的圆环，所述有齿外圈本体的两端各设有一个有齿外圈连接块，所述有齿外圈本体的一端设置有两个有齿外圈螺纹孔；所述无齿外圈包括无齿外圈本体、无齿外圈螺纹孔、无齿外圈连接块、无齿外圈卡头，所述无齿外圈本体为两端各设有一个无齿外圈卡头的圆心角为160°的圆环，所述无齿外圈本体的两端各设有一个无齿外圈连接块，所述无齿外圈本体的一端设置有一个无齿外圈螺纹孔；所述靠近有齿外圈螺纹孔一端的有齿外圈卡槽与靠近无齿外圈螺纹孔一端的无齿外圈卡头相互配合，所述有齿外圈连接块与无齿外圈连接块通过外圈螺栓固定连接在一起。
优选的，所述高度调节与夹紧机构包括焊枪锁紧板、焊枪升降板、弧形凹槽、六角螺母、螺纹孔，所述焊枪升降板的一端设置有一个六角螺母，另一端设置有一个弧形凹槽，所述弧形凹槽的设置有助于提高焊枪夹持的可靠性，进而提高焊接质量，所述焊枪锁紧板焊接在焊枪升降板上设有弧形凹槽的一端的侧面上，所述螺纹孔设置在焊枪锁紧板水平部分的中间位置，所述焊枪升降板与六角螺母为一体成型，一体成型强度高，耐疲劳与磨损，使用寿命长。
优选的，所述固定板包括固定板第一螺纹孔、固定板第二螺纹孔，所述固定板的一端设置有两个固定板第一螺纹孔，分别与有齿外圈的两个有齿外圈螺纹孔对齐，所述固定板的另一端设置有一个固定板第二螺纹孔，并与无齿外圈的无齿外圈螺纹孔对齐，所述固定板连接螺栓依次穿过固定板的固定板第一螺纹孔、有齿外圈的有齿外圈螺纹孔将固定板与有齿外圈固定连接在一起，所述固定板连接螺栓依次穿过固定板的固定板第二螺纹孔、无齿外圈的无齿外圈螺纹孔将固定板与无齿外圈固定连接在一起。
优选的，所述高度调节旋钮包括上部连接段、中部旋合段、下部连接段，所述中部旋合段上端与上部连接段连接，下端与下部连接段连接，所述中部旋合段的圆柱面上加工有普通粗牙螺纹，且螺纹加工在整个中部旋合段，提高焊枪的高度调节范围，所述中部旋合段的直径小于上部连接段以及下部连接段的直径，所述上部连接段、中部旋合段、下部连接段为一体成型，一体成型强度高、使用寿命长。
本发明具有如下优点：
1、本发明直接安装在需要焊接的石油管道上，通过齿轮传动来带动焊枪动作从而完成环缝焊接过程，具有结构简单紧凑、体积小成本低，自动化程度高的优点。
2、管道装夹系统上设有定位块和限位块，定位块用于焊枪初始位置的确定，同时也可以防止焊枪在没装上动力及控制系统时自由转动；限位块形状和尺寸与定位块均相同，且与定位块对称布置，两者配合使用可以保证焊枪在焊接半圈后停止，正好完成半圈环缝的焊接。
3、限位块上设置有接触式行程开关，可以实现焊接到半圈时自动停止，将焊接过程分为两次通过两个半圈完成，一个半圈完成后可对焊枪位置进行调节，从而提高焊接质量。
4、有齿外圈与无齿外圈通过在管道上内环与管道下内环配合形成的环形凹槽内定位与旋转，巧妙实现了电机不动、焊枪围绕管道运动的焊接方式；同时，也使得装夹和拆卸过程更加简单便捷。
5、焊枪装夹系统采用螺旋传动实现焊枪位置的调节，能够精确调节焊枪与石油管道的距离，进一步提高环缝焊接质量。
6、有齿外圈的圆心角为200°，实现焊枪在180°范围内转动时齿轮与有齿外圈能够有效啮合，从而提高环缝的焊接质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的工作示意图；
图2：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的整体结构示意图；
图3：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的立体结构示意图；
图4：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的管道装夹系统的结构示意图；
图5：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的管道装夹系统另一角度的结构示意图；
图6：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的管道装夹系统的局部结构示意图；
图7：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的管道下内环的结构示意图；
图8：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的动力及控制系统的结构示意图；
图9：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的动力及控制系统的内部结构示意图；
图10：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的动力及控制系统的局部结构爆炸示意图；
图11：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的下箱体的结构示意图；
图12：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的有齿外圈的结构示意图；
图13：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的无齿外圈的结构示意图；
图14：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的焊枪装夹系统的结构示意图；
图15：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的焊枪装夹系统的局部结构示意图；
图16：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的高度调节与夹紧机构的结构示意图；
图17：本发明一种石油管道环缝自动焊接装置的焊枪的结构示意图；
符号说明：
1、管道装夹系统，101、管道扶正导轨，102、管道上内环，103、管道下内环，104、管道下卡圈，105、导轨螺钉，106、内环螺栓，107、卡圈螺栓，108、接触式行程开关，101-1、承载板，101-2、弧形板，101-3、导轨螺钉孔，101-4、管道上卡圈，102-1、定位块，102-2、上内环本体，102-3、上内环凹槽轨道，102-4、上内环连接块，103-1、限位块，103-2、下内环本体，103-3、下内环凹槽轨道，103-4、下内环连接块，2、动力及控制系统，201、下箱体，202、上箱体，203、齿轮，204、有齿外圈，205、无齿外圈，206、电机，207、控制模块，208、减速器，209、联轴器，210、传动轴，211、轴承，212、轴承端盖，213、外圈螺栓，214、平键，215、齿轮挡圈，216、挡圈螺钉，217、箱体螺栓，218、定位销，219、箱体螺钉，201-1、箱体螺栓孔，201-2、定位销孔，201-3、箱体螺钉孔，201-4、电机支座安装孔，201-5、轴承座，201-6、下箱体本体，204-1、有齿外圈本体，204-2、有齿外圈螺纹孔，204-3、有齿外圈连接块，204-4、有齿外圈卡槽，205-1、无齿外圈本体，205-2、无齿外圈螺纹孔，205-3、无齿外圈连接块，205-4、无齿外圈卡头，206-1、电机支座，208-1、减速器输出轴，210-1、轴端螺纹孔，3、焊枪装夹系统，301、高度调节箱，302、高度调节与夹紧机构，303、固定板，304、高度调节旋钮，305、焊枪锁紧螺钉，306、固定板连接螺栓，302-1、焊枪锁紧板，302-2、焊枪升降板，302-3、弧形凹槽，302-4、六角螺母，302-5、螺纹孔，303-1、固定板第一螺纹孔，303-2、固定板第二螺纹孔，304-1、上部连接段，304-2、中部旋合段，304-3、下部连接段，4、焊枪，5、石油管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1-17所示，一种石油管道环缝自动焊接装置，包括管道装夹系统1、动力及控制系统2、焊枪装夹系统3、焊枪4，所述管道装夹系统1安装在石油管道5上，所述动力及控制系统2安装在管道装夹系统1上，所述焊枪装夹系统3安装在动力及控制系统2上，所述焊枪4安装在焊枪装夹系统3上；所述管道装夹系统1包括管道扶正导轨101、管道上内环102、管道下内环103、管道下卡圈104、导轨螺钉105、内环螺栓106、卡圈螺栓107、接触式行程开关108，所述管道扶正导轨101与管道上内环102焊接在一起，所述管道上内环102与管道下内环103通过内环螺栓106相连接，所述管道扶正导轨101与管道下卡圈104通过卡圈螺栓107相连接，所述导轨螺钉105安装在管道装夹系统1上，所述接触式行程开关108安装在管道下内环103上；所述动力及控制系统2包括下箱体201、上箱体202、齿轮203、有齿外圈204、无齿外圈205、电机206、控制模块207、减速器208、联轴器209、传动轴210、轴承211、轴承端盖212、外圈螺栓213、平键214、齿轮挡圈215、挡圈螺钉216、箱体螺栓217、定位销218、箱体螺钉219，所述上箱体202通过箱体螺栓217、定位销218安装在下箱体201上，所述下箱体201通过箱体螺钉219安装在管道扶正导轨101上，所述电机206通过电机支座206-1安装在下箱体201内部，所述控制模块207安装在电机206上端，包括电机控制模块、行程开关控制模块、焊枪控制模块，具有信息的接收、发送以及信息处理能力，可以控制电机206与焊枪4电源的通断，接收接触式行程开关108是否触发的状态信息，并将状态信息发送给电机控制模块与行程开关控制模块来执行断电操作，所述减速器208安装在电机206的动力输出端，所述联轴器209一端与减速器输出轴208-1连接，另一端与传动轴210连接，所述轴承211、轴承端盖212均安装在传动轴210上，轴承211与轴承端盖212各设有两个且轴承端盖212贴合在轴承211外侧，所述传动轴210的右侧轴头上设有一个安装平键214的平键槽和一个安装挡圈螺钉216的轴端螺纹孔210-1，所述齿轮203通过平键214安装在传动轴210的右侧轴头上，且通过齿轮挡圈215、挡圈螺钉216进行轴向定位，通过平键214进行周向定位，所述有齿外圈204与齿轮203相互啮合，所述有齿外圈204与无齿外圈205通过外圈螺栓213连接在一起；所述焊枪装夹系统3包括高度调节箱301、高度调节与夹紧机构302、固定板303、高度调节旋钮304、焊枪锁紧螺钉305、固定板连接螺栓306，所述高度调节旋钮304以可转动的方式安装在高度调节箱301上，所述高度调节与夹紧机构302安装在高度调节箱301内且可沿高度调节旋钮304上下运动，所述焊枪锁紧螺钉305安装在高度调节与夹紧机构302上，所述固定板303与高度调节旋钮304焊接在一起，所述固定板303通过固定板连接螺栓306与有齿外圈204、无齿外圈205连接在一起，所述焊枪4通过焊枪锁紧螺钉305安装在高度调节与夹紧机构302上。
优选的，所述管道扶正导轨101包括承载板101-1、弧形板101-2、导轨螺钉孔101-3、管道上卡圈101-4，所述承载板101-1上端面为平面，其上对称设置有四个用于安装下箱体201的螺纹孔，主要起承载与固定动力及控制系统2的作用，所述弧形板101-2与管道上卡圈101-4的内径相同，且内径与石油管道5的外径相同，所述承载板101-1、弧形板101-2、管道上卡圈101-4为一体成型，一体成型具有强度高、承载能力强的优点，所述弧形板101-2上对称设置有两个用于安装导轨螺钉105的导轨螺钉孔101-3，所述导轨螺钉孔101-3起到管道装夹系统1进一步夹紧石油管道5的作用，管道装夹系统1装夹在石油管道5上后，通过拧紧导轨螺钉105，可以使得对称设置的两个导轨螺钉105抵在石油管道5的外圆柱面上，从而提高管道装夹系统1的夹紧力，使得石油管道5装夹更加稳固可靠，可以避免因电机206转动、振动、重力等因素造成管道装夹系统1与石油管道5之间发生相对转动。
优选的，所述管道上内环102包括定位块102-1、上内环本体102-2、上内环凹槽轨道102-3、上内环连接块102-4，所述上内环本体102-2的外圆柱面中间位置设置有上内环凹槽轨道102-3，所述上内环本体102-2的外圆柱面上端位置设置有定位块102-1，所述上内环本体102-2与管道扶正导轨101相连的端面下端位置设置有上内环连接块102-4，所述上内环本体102-2的内径与弧形板101-2以及管道上卡圈101-4的内径相同，所述定位块102-1用于焊枪4初始位置的确定，同时也可以防止焊枪4在没装上动力及控制系统2时自由转动，所述上内环凹槽轨道102-3的凹槽宽度与有齿外圈204以及无齿外圈205的厚度相同，用于有齿外圈204和无齿外圈205的轴向定位和相对转动，所述上内环连接块102-4上设置有一个螺纹孔，通过内环螺栓106实现与管道下内环103的连接。
优选的，所述管道下内环103包括限位块103-1、下内环本体103-2、下内环凹槽轨道103-3、下内环连接块103-4，所述下内环本体103-2的外圆柱面中间位置设置有下内环凹槽轨道103-3，所述下内环本体102-2的外圆柱面上端位置设置有限位块103-1，所述下内环本体103-2上远离限位块103-1的端面下端位置设置有下内环连接块103-4，所述下内环本体103-2的内径与上内环本体102-2的内径相同，所述限位块103-1形状和尺寸与定位块102-1均相同，且与定位块102-1对称布置，所述限位块103-1上设置有一个接触式行程开关108，当焊枪4焊到半圈时会触动接触式行程开关108，在控制模块207的作用下对焊枪4断电并切断动力及控制系统2电源，此时限位块103-1起到制动作用，让焊枪4停止运动，所述下内环凹槽轨道103-3的凹槽宽度与上内环凹槽轨道102-3的凹槽宽度相同，二者一起用于有齿外圈204和无齿外圈205的轴向定位和相对转动，所述下内环连接块103-4通过内环螺栓106与上内环连接块102-4连接，实现管道上内环102与管道下内环103的连接。
优选的，所述下箱体201包括箱体螺栓孔201-1、定位销孔201-2、箱体螺钉孔201-3、电机支座安装孔201-4、轴承座201-5、下箱体本体201-6，所述下箱体本体201-6的上端面上对称设置有四个箱体螺栓孔201-1，用于安装固定上箱体202，所述下箱体本体201-6的上端面上对称设置有两个定位销孔201-2用于安装定位销218，且定位销采用安装方便、自锁性好、方便拆卸的圆锥销，进一步安装固定上箱体202，所述下箱体本体201-6下端面上对称设置有四个箱体螺钉孔201-3，用于将下箱体本体201-6固定连接在承载板101-1上，所述下箱体本体201-6下端面上对称设置有两个电机支座安装孔201-4，用于将电机206固定连接在下箱体本体201-6上，所述下箱体本体201-6上远离电机支座安装孔201-4的一端对称设置有两个轴承座201-5，用于定位与安装轴承211与轴承端盖212。
优选的，所述有齿外圈204包括有齿外圈本体204-1、有齿外圈螺纹孔204-2、有齿外圈连接块204-3、有齿外圈卡槽204-4，所述有齿外圈本体204-1为两端各设有一个有齿外圈卡槽204-4的圆心角为200°的圆环，所述有齿外圈本体204-1的两端各设有一个有齿外圈连接块204-3，所述有齿外圈本体204-1的一端设置有两个有齿外圈螺纹孔204-2；所述无齿外圈205包括无齿外圈本体205-1、无齿外圈螺纹孔205-2、无齿外圈连接块205-3、无齿外圈卡头205-4，所述无齿外圈本体205-1为两端各设有一个无齿外圈卡头205-4的圆心角为160°的圆环，所述无齿外圈本体205-1的两端各设有一个无齿外圈连接块205-3，所述无齿外圈本体205-1的一端设置有一个无齿外圈螺纹孔205-2；所述靠近有齿外圈螺纹孔204-2一端的有齿外圈卡槽204-4与靠近无齿外圈螺纹孔205-2一端的无齿外圈卡头205-4相互配合，所述有齿外圈连接块204-3与无齿外圈连接块205-3通过外圈螺栓213固定连接在一起。
优选的，所述高度调节与夹紧机构302包括焊枪锁紧板302-1、焊枪升降板302-2、弧形凹槽302-3、六角螺母302-4、螺纹孔302-5，所述焊枪升降板302-2的一端设置有一个六角螺母302-4，另一端设置有一个弧形凹槽302-3，所述弧形凹槽302-3的设置有助于提高焊枪4夹持的可靠性，进而提高焊接质量，所述焊枪锁紧板302-1焊接在焊枪升降板302-2上设有弧形凹槽302-3的一端的侧面上，所述螺纹孔302-5设置在焊枪锁紧板302-1水平部分的中间位置，所述焊枪升降板302-2与六角螺母302-4为一体成型，一体成型强度高，耐疲劳与磨损，使用寿命长。
优选的，所述固定板303包括固定板第一螺纹孔303-1、固定板第二螺纹孔303-2，所述固定板303的一端设置有两个固定板第一螺纹孔303-1，分别与有齿外圈204的两个有齿外圈螺纹孔204-2对齐，所述固定板303的另一端设置有一个固定板第二螺纹孔303-2，并与无齿外圈205的无齿外圈螺纹孔205-2对齐，所述固定板连接螺栓306依次穿过固定板303的固定板第一螺纹孔303-1、有齿外圈204的有齿外圈螺纹孔204-2将固定板303与有齿外圈204固定连接在一起，所述固定板连接螺栓306依次穿过固定板303的固定板第二螺纹孔303-2、无齿外圈205的无齿外圈螺纹孔205-2将固定板303与无齿外圈205固定连接在一起。
所述高度调节旋钮304包括上部连接段304-1、中部旋合段304-2、下部连接段304-3，所述中部旋合段304-2上端与上部连接段304-1连接，下端与下部连接段304-3连接，所述中部旋合段304-2的圆柱面上加工有普通粗牙螺纹，且螺纹加工在整个中部旋合段，提高焊枪4的高度调节范围，所述中部旋合段304-2的直径小于上部连接段304-1以及下部连接段304-3的直径，所述上部连接段304-1、中部旋合段304-2、下部连接段304-3为一体成型，一体成型强度高、使用寿命长。
本发明使用时，首先将要进行焊接的石油管道5固定住，然后将管道装夹系统1安装在石油管道5上，再将动力及控制系统2安装在管道装夹系统1上，再将焊枪装夹系统3安装在动力及控制系统2上，最后将焊枪4安装在焊枪装夹系统3上，通过调节导轨螺钉105进一步锁紧石油管道5，通过调节焊枪锁紧螺钉305进一步锁紧焊枪4，通过旋转高度调节旋钮304进一步调节焊枪4的高度，调节完毕后对电机206与焊枪4供电，电机206开始旋转，通过减速器208、联轴器209将动力传递给传动轴210，传动轴210带动齿轮203转动，再通过啮合传动带动与齿轮203啮合的有齿外圈204转动，由于有齿外圈204与无齿外圈205通过外圈螺栓213连接在一起，因此无齿外圈205随有齿外圈204一起在管道上内环102与管道下内环103配合形成的环形凹槽内转动，由于焊枪装夹系统3通过固定板连接螺栓306固定连接在有齿外圈204与无齿外圈205上，因此焊枪装夹系统3随有齿外圈204与无齿外圈205一起转动，通过焊枪锁紧螺钉305安装在焊枪装夹系统3上的焊枪4便随焊枪装夹系统3一起转动，当焊枪4转动半圈时，焊枪装夹系统3的固定板303会与接触式行程开关108相接触，从而触发接触式行程开关108，接触式行程开关108的触发状态信息通过行程开关控制模块发送给电机控制模块与焊枪控制模块，进而分别控制电机206与焊枪4的断电操作。此时观察前半圈环缝的焊接质量，如果质量满足要求，将石油管道5旋转半圈后通电完成后半圈环缝的焊接过程；如果质量不满足要求，先调节焊枪4高度再将石油管道5旋转半圈后通电完成后半圈环缝的焊接过程。后半圈焊接完成时，焊枪装夹系统3的固定板303会再次与接触式行程开关108相接触，从而触发接触式行程开关108，接触式行程开关108的触发状态信息通过行程开关控制模块发送给电机控制模块与焊枪控制模块，进而分别控制电机206与焊枪4的断电操作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：包括管道装夹系统、动力及控制系统、焊枪装夹系统、焊枪，所述管道装夹系统安装在石油管道上，所述动力及控制系统安装在管道装夹系统上，所述焊枪装夹系统安装在动力及控制系统上，所述焊枪安装在焊枪装夹系统上；所述管道装夹系统包括管道扶正导轨、管道上内环、管道下内环、管道下卡圈、导轨螺钉、内环螺栓、卡圈螺栓、接触式行程开关，所述管道扶正导轨与管道上内环焊接在一起，所述管道上内环与管道下内环通过内环螺栓相连接，所述管道扶正导轨与管道下卡圈通过卡圈螺栓相连接，所述导轨螺钉安装在管道装夹系统上，所述接触式行程开关安装在管道下内环上；所述动力及控制系统包括下箱体、上箱体、齿轮、有齿外圈、无齿外圈、电机、控制模块、减速器、联轴器、传动轴、轴承、轴承端盖、外圈螺栓、平键、齿轮挡圈、挡圈螺钉、箱体螺栓、定位销、箱体螺钉，所述上箱体通过箱体螺栓、定位销安装在下箱体上，所述下箱体通过箱体螺钉安装在管道扶正导轨上，所述电机通过电机支座安装在下箱体内部，所述控制模块安装在电机上端，包括电机控制模块、行程开关控制模块、焊枪控制模块，可以控制电机与焊枪电源的通断，接收接触式行程开关是否触发的状态信息，并将状态信息发送给电机控制模块与行程开关控制模块来执行断电操作，所述减速器安装在电机的动力输出端，所述联轴器一端与减速器输出轴连接，另一端与传动轴连接，所述轴承、轴承端盖均安装在传动轴上，轴承与轴承端盖各设有两个且轴承端盖贴合在轴承外侧，所述传动轴的右侧轴头上设有一个安装平键的平键槽和一个安装挡圈螺钉的轴端螺纹孔，所述齿轮通过平键安装在传动轴的右侧轴头上，且通过齿轮挡圈、挡圈螺钉进行轴向定位，通过平键进行周向定位，所述有齿外圈与齿轮相互啮合，所述有齿外圈与无齿外圈通过外圈螺栓连接在一起；所述焊枪装夹系统包括高度调节箱、高度调节与夹紧机构、固定板、高度调节旋钮、焊枪锁紧螺钉、固定板连接螺栓，所述高度调节旋钮以可转动的方式安装在高度调节箱上，所述高度调节与夹紧机构安装在高度调节箱内且可沿高度调节旋钮上下运动，所述焊枪锁紧螺钉安装在高度调节与夹紧机构上，所述固定板与高度调节旋钮焊接在一起，所述固定板通过固定板连接螺栓与有齿外圈、无齿外圈连接在一起，所述焊枪通过焊枪锁紧螺钉安装在高度调节与夹紧机构上。
2.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述管道扶正导轨包括承载板、弧形板、导轨螺钉孔、管道上卡圈，所述承载板上端面为平面，其上对称设置有四个用于安装下箱体的螺纹孔，所述弧形板与管道上卡圈的内径相同，且内径与石油管道的外径相同，所述承载板、弧形板、管道上卡圈为一体成型，所述弧形板上对称设置有两个用于安装导轨螺钉的导轨螺钉孔，所述管道装夹系统装夹在石油管道上后，通过拧紧导轨螺钉，可以使得对称设置的两个导轨螺钉抵在石油管道的外圆柱面上。
3.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述管道上内环包括定位块、上内环本体、上内环凹槽轨道、上内环连接块，所述上内环本体的外圆柱面中间位置设置有上内环凹槽轨道，所述上内环本体的外圆柱面上端位置设置有定位块，所述上内环本体与管道扶正导轨相连的端面下端位置设置有上内环连接块，所述上内环本体的内径与弧形板以及管道上卡圈的内径相同，所述定位块用于焊枪初始位置的确定，同时也可以防止焊枪在没装上动力及控制系统时自由转动，所述上内环凹槽轨道的凹槽宽度与有齿外圈以及无齿外圈的厚度相同，用于有齿外圈和无齿外圈的轴向定位和相对转动，所述上内环连接块上设置有一个螺纹孔，通过内环螺栓实现与管道下内环的连接。
4.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述管道下内环包括限位块、下内环本体、下内环凹槽轨道、下内环连接块，所述下内环本体的外圆柱面中间位置设置有下内环凹槽轨道，所述下内环本体的外圆柱面上端位置设置有限位块，所述下内环本体上远离限位块的端面下端位置设置有下内环连接块，所述下内环本体的内径与上内环本体的内径相同，所述限位块形状和尺寸与定位块均相同，且与定位块对称布置，所述限位块上设置有一个接触式行程开关，当焊枪焊到半圈时会触动接触式行程开关，在控制模块的作用下对焊枪断电并切断动力及控制系统电源，所述下内环凹槽轨道的凹槽宽度与上内环凹槽轨道的凹槽宽度相同，二者一起用于有齿外圈和无齿外圈的轴向定位和相对转动，所述下内环连接块通过内环螺栓与上内环连接块连接，实现管道上内环与管道下内环的连接。
5.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述下箱体包括箱体螺栓孔、定位销孔、箱体螺钉孔、电机支座安装孔、轴承座、下箱体本体，所述下箱体本体的上端面上对称设置有四个箱体螺栓孔，用于安装固定上箱体，所述下箱体本体的上端面上对称设置有两个定位销孔用于安装定位销，且定位销采用圆锥销，所述下箱体本体下端面上对称设置有四个箱体螺钉孔，用于将下箱体本体固定连接在承载板上，所述下箱体本体下端面上对称设置有两个电机支座安装孔，用于将电机固定连接在下箱体本体上，所述下箱体本体上远离电机支座安装孔的一端对称设置有两个轴承座，用于定位与安装轴承与轴承端盖。
6.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述有齿外圈包括有齿外圈本体、有齿外圈螺纹孔、有齿外圈连接块、有齿外圈卡槽，所述有齿外圈本体为两端各设有一个有齿外圈卡槽的圆心角为200°的圆环，所述有齿外圈本体的两端各设有一个有齿外圈连接块，所述有齿外圈本体的一端设置有两个有齿外圈螺纹孔；所述无齿外圈包括无齿外圈本体、无齿外圈螺纹孔、无齿外圈连接块、无齿外圈卡头，所述无齿外圈本体为两端各设有一个无齿外圈卡头的圆心角为160°的圆环，所述无齿外圈本体的两端各设有一个无齿外圈连接块，所述无齿外圈本体的一端设置有一个无齿外圈螺纹孔；靠近有齿外圈螺纹孔一端的有齿外圈卡槽与靠近无齿外圈螺纹孔一端的无齿外圈卡头相互配合，所述有齿外圈连接块与无齿外圈连接块通过外圈螺栓固定连接在一起。
7.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述高度调节与夹紧机构包括焊枪锁紧板、焊枪升降板、弧形凹槽、六角螺母、螺纹孔，所述焊枪升降板的一端设置有一个六角螺母，另一端设置有一个弧形凹槽，所述焊枪锁紧板焊接在焊枪升降板上设有弧形凹槽的一端的侧面上，所述螺纹孔设置在焊枪锁紧板水平部分的中间位置，所述焊枪升降板与六角螺母为一体成型。
8.根据权利要求1所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述固定板包括固定板第一螺纹孔、固定板第二螺纹孔，所述固定板的一端设置有两个固定板第一螺纹孔，分别与有齿外圈的两个有齿外圈螺纹孔对齐，所述固定板的另一端设置有一个固定板第二螺纹孔，并与无齿外圈的无齿外圈螺纹孔对齐，所述固定板连接螺栓依次穿过固定板的固定板第一螺纹孔、有齿外圈的有齿外圈螺纹孔将固定板与有齿外圈固定连接在一起，所述固定板连接螺栓依次穿过固定板的固定板第二螺纹孔、无齿外圈的无齿外圈螺纹孔将固定板与无齿外圈固定连接在一起。
9.根据权利要求8所述的一种石油管道环缝自动焊接装置，其特征在于：所述高度调节旋钮包括上部连接段、中部旋合段、下部连接段，所述中部旋合段上端与上部连接段连接，下端与下部连接段连接，所述中部旋合段的圆柱面上加工有普通粗牙螺纹，且螺纹加工在整个中部旋合段，所述中部旋合段的直径小于上部连接段以及下部连接段的直径，所述上部连接段、中部旋合段、下部连接段为一体成型。
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