CN108907608B - 一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装及其装配方法 - Google Patents

一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装及其装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装及其装配方法，该工装包括工作平台、用于装载圆柱壳的平板车、框架、吊轴、用于夹持定位圆柱壳的定位机构、用于转运圆柱壳的引导机构及用于装配环形肋骨的肋骨工装，平板车可移动的布置于工作平台的表面，吊轴贯穿安装于框架上，在吊轴朝向工作平台并伸出框架的一端外周自上而下安装多个肋骨工装，定位机构及引导机构通过开设于工作平台的孔槽结构安装在工作平台的底部，引导机构通过解脱装置、连接件与平板车连接。本发明的工装结构简单、使用方便，在装配完成后，冷却后的圆柱壳与肋骨之间不留间隙或只留较小的间隙，解决了因装配间隙大而产生的焊接变形和参与应力问题。

Description

一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装及其装配方法
技术领域
本发明涉及内环肋圆柱壳耐压结构领域，尤其涉及一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装及其装配方法。
背景技术
环肋圆柱壳结构作为一种较理想的耐压结构形式，被广泛用于潜艇、潜水器等水下结构物中。环肋圆柱壳的肋骨形式分外肋骨和内肋骨两种，受海水外压作用，外肋骨与圆柱壳之间的焊缝受拉，焊缝存在撕裂的风险，而内肋骨受压，不存在焊缝撕裂的问题，因此内肋骨对耐压结构的安全性更加有利，尤其在深海高压环境下。
现有内环肋圆柱壳结构传统的加工流程如下：1)圆柱壳加工；2)肋骨加工；3)圆柱壳与肋骨整体装配焊接。由于圆柱壳存在不圆度的问题，因此圆柱壳和肋骨在进行装配时需要留出足够的装配间隙。对于钛合金等特殊的金属材料，由于材料的弹性模量低(约为钢材的一半)，结构成型回弹大，因此圆柱壳的不圆度问题尤为突出，需要留出较大的装配间隙，导致在焊接后出现较大的焊接变形和残余应力，对结构安全性造成很不利的影响。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装及其装配方法，利用本发明有效解决了因装配间隙大而产生的焊接变形和残余应力问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，包括工作平台、用于装载圆柱壳的平板车、框架、吊轴、用于夹持定位圆柱壳的定位机构、用于转运圆柱壳的引导机构及用于装配环形肋骨的肋骨工装，平板车可移动的布置于所述工作平台的表面，在所述平板车上开有用于配合连接件的孔，吊轴贯穿安装于所述框架上，在吊轴朝向工作平台并伸出框架的一端外周自上而下安装多个肋骨工装，所述定位机构及引导机构通过开设于工作平台的孔槽结构安装在所述工作平台的底部，所述引导机构通过解脱装置、连接件与所述平板车连接。
其进一步技术方案在于：
所述工作平台为呈水平布置的圆形平台，沿所述工作平台上径向均布多个第一孔槽，各第一孔槽在靠近所述工作平台的中心处为向内凹陷的槽，所述第一孔槽在靠近工作平台的外圆周处为孔；还包括开设于工作平台表面的第二孔槽，所述第二孔槽靠近工作平台的中心处为孔，所述第二孔槽在靠近工作平台的外圆周处为向内凹陷的槽；
所述第二孔槽与多个第一孔槽中的任意一个呈180°布置；
所述框架为门形工字梁，在所述框架的顶部中心处开设用于安装吊轴的圆孔，所述圆孔与工作平台同轴心，所述框架的两端分别固定于工作平台的表面；
所述吊轴为圆柱形轴，所述圆柱形轴与所述工作平台同轴心；
所述定位机构的具体结构如下：
包括第一油缸，所述第一油缸的活塞杆端部连接带有凸台的第一齿条，所述第一齿条与第一齿轮互为啮合，于所述第一齿条的凸台上嵌套第一滑块，于所述第一齿轮上键连接圆柱轴，第一滑块延伸至第一齿轮的一端与所述圆柱轴铰接，所述圆柱轴连接于摇杆的底部中心处，所述摇杆带有多个呈径向分布的杆体，各杆体均与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端通过齿轮轴铰接第二齿轮，所述第二齿轮分别与开设有倒T形槽的第二齿条、第三齿条啮合，所述第二齿条、第三齿条均安装于第一孔槽内，所述第二齿条的端部安装定位杆，第二滑块的两端分别嵌入第二齿条、第三齿条的倒T形槽内，所述第二滑块的中心也通过齿轮轴铰接第二齿轮；
所述引导机构的具体结构如下：
包括第二油缸，所述第二油缸的活塞杆端部与销轴的一端连接，所述销轴的另一端与第三齿轮铰接，所述第三齿轮分别与开设有倒T形槽的第四齿条、第五齿条啮合，所述第四齿条、第五齿条均安装于第二孔槽内；还包括第三滑块，所述第三滑块的两端均与第四齿条、第五齿条的倒T形槽嵌接，所述第三滑块的中心与第三齿轮的齿轮轴承铰接；
所述解脱装置包括用于配合连接件的矩形管，所述矩形管的一端与限位件连接，在所述矩形管与限位件之间布置可沿限位件来回滑移的C形挡块，圆杆的一端穿过限位件并与所述C形挡块连接，在所述圆杆上还配合用于C形挡块复位的压缩弹簧；
所述肋骨工装包括用于配合吊轴的轴套，在所述轴套的外周沿径向均布多个第二圆管，各第二圆管的内部均同轴心插接第一圆管，所述第一圆管与第二圆管通过紧固件连接紧固，在所述第一圆管未与第二圆管插接的一端还连接支撑件，所述支撑件上安装用于对肋骨尺寸微调的第一螺栓；
利用一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装进行装配的方法，以下步骤：
第一步：定位机构、引导机构及平板车调整至初始状态：
第二步：将环形肋骨装配至肋骨工装；
第三步：加热后的圆柱壳置于平板车上；
第四步：通过引导机构快速将带有圆柱壳的平板车引导至工作平台的中心处，通过解脱机构使平板车与引导机构之间解除连接；
第五步：控制定位机构将圆柱壳夹持；
第六步：由吊具通过吊轴将带有环形肋骨的肋骨工装装吊放至圆柱壳内，待圆柱壳冷却后，设置环形肋骨与圆柱壳之间的焊接工装，然后将肋骨工装拆除。
本发明的有益效果如下：
本发明的工装结构简单、使用方便，在装配完成后，冷却后的圆柱壳与肋骨之间不留间隙或只留较小的间隙，解决了因装配间隙大而产生的焊接变形和参与应力问题。
本发明中装配工装的自动化程度高，能够快速引导和定位，确保圆柱壳冷却收缩前完成环形肋骨与圆柱壳之间的装配，肋骨工装的布置可以满足不同尺寸的内环肋圆柱壳。
本发明中定位机构、引导机构具备行程放大功能，对油缸的行程可以放大至2倍以上。
附图说明
图1为本发明中装配工装的结构示意图。
图2为本发明中工作平台的俯视立体结构示意图。
图3为本发明中工作平台的仰视立体结构示意。
图4为本发明中定位机构的立体结构示意图。
图5为图4在Ⅰ处的放大示意图。
图6为图4在Ⅱ处的放大示意图。
图7为本发明中引导机构的立体示意图。
图8为图7在Ⅲ处的放大示意图。
图9为本发明中解脱装置解脱前的立体结构示意图。
图10为本发明中解脱装置解脱后的立体结构示意图。
图11为本发明中肋骨工装的立体结构示意图。
图12为本发明的装配过程示意图。
其中：1、工作平台；2、平板车；3、框架；4、吊轴；5、第一油缸；6、连杆；7、定位杆；8、第二齿条；9、第三齿条；10、摇杆；11、第一齿轮；12、第一齿条；13、第一滑块；14、第二齿轮；15、第二滑块；16、第二油缸；17、第四齿条；18、第五齿条；19、第三齿轮；20、第三滑块；21、销轴；22、连接件；23、矩形管；24、C型挡块；25、限位件；26、压缩弹簧；27、圆杆；28、支撑件；29、第一圆管；30、第二圆管；31、轴套；32、第一螺栓；33、紧固件；34、第二螺栓；35、第一孔槽；351、孔；352、槽；36、第二孔槽；37、定位机构；38、肋骨工装；39、倒T形槽；40、圆柱轴。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装包括工作平台1、用于装载圆柱壳的平板车2、框架3、吊轴4、用于夹持定位圆柱壳的定位机构37、用于转运圆柱壳的引导机构及用于装配环形肋骨的肋骨工装，平板车2可移动的布置于工作平台1的表面，在平板车2上开有用于配合连接件22的孔，该孔为矩形孔。吊轴4贯穿安装于框架3上，在吊轴4朝向工作平台1并伸出框架3的一端外周自上而下安装多个肋骨工装，定位机构37及引导机构通过开设于工作平台1的孔槽结构安装在工作平台1的底部，引导机构通过解脱装置、连接件22与平板车2连接。
如图2、图3所示，工作平台1为呈水平布置的圆形平台，沿工作平台1上径向均布多个第一孔槽35，本实施例中第一孔槽35为3个，各第一孔槽35的开设方向均指向工作平台1的中心处，各第一孔槽35在靠近工作平台1的中心处为向内凹陷的槽352，第一孔槽35在靠近工作平台1的外圆周处为孔351；还包括开设于工作平台1表面的第二孔槽36，第二孔槽36穿过上述工作平台1的中心，第二孔槽36靠近工作平台1的中心处为孔351，第二孔槽36在靠近工作平台1的外圆周处为向内凹陷的槽352。上述第二孔槽36与多个第一孔槽35中的任意一个呈180°布置。
如图1所示，框架3为门形工字梁，在框架3的顶部中心处开设用于安装吊轴4的圆孔，圆孔与工作平台1同轴心，框架3的两端分别固定于工作平台1的表面。如图1所示，上述吊轴4为圆柱形轴，圆柱形轴与工作平台1同轴心。
如图4、图5及图6所示，上述定位机构37的具体结构如下：
包括第一油缸5，第一油缸5的端部固定，第一油缸5的活塞杆端部连接带有凸台的第一齿条12，第一齿条12与第一齿轮11互为啮合，于第一齿条12的凸台上嵌套第一滑块13，于第一齿轮11上键连接圆柱轴40，第一滑块13延伸至第一齿轮11的一端与圆柱轴40铰接，圆柱轴40的底部受约束使其只可以随第一齿轮11作转动动作；圆柱轴40连接于摇杆10的底部中心处，摇杆10带有多个呈径向分布的杆体，本实施例中杆体为三个，各杆体均与连杆6的一端铰接，连杆6的另一端通过齿轮轴铰接第二齿轮14，第二齿轮14分别与开设有倒T形槽39的第二齿条8、第三齿条9啮合，第二齿条8、第三齿条9均安装于第一孔槽35内，其中第二齿条8可沿工作平台1作径向滑动，第三齿条9固定不动。第二齿条8的端部安装定位杆7，第二滑块15的两端分别嵌入第二齿条8、第三齿条9的倒T形槽39内，第二滑块15的中心也通过齿轮轴铰接第二齿轮14。
如图7、图8所示，引导机构的具体结构如下：
包括第二油缸16，第二油缸16的端部固定，第二油缸16的活塞杆端部与销轴21的一端连接，销轴21的另一端与第三齿轮19铰接，第三齿轮19分别与开设有倒T形槽39的第四齿条17、第五齿条18啮合，第四齿条17、第五齿条18均安装于第二孔槽36内，第四齿条17固定不动，第五齿条18可沿工作平台1作径向滑动。还包括第三滑块20，第三滑块20的两端均与第四齿条17、第五齿条18的倒T形槽39嵌接，第三滑块20的中心与第三齿轮19的齿轮轴承铰接。
如图9、图10所示，解脱装置包括用于配合连接件22的矩形管23，矩形管23的一端与限位件25连接，在矩形管23与限位件25之间布置可沿限位件25来回滑移的C型挡块24，圆杆27的一端穿过限位件25并与C型挡块24连接，在圆杆27上还配合用于C型挡块24复位的压缩弹簧26。
如图1所示，肋骨工装包括用于配合吊轴4的轴套31，轴套31套在吊轴4上并于吊轴4同心，其可沿吊轴4的外周滑动，通过第二螺栓34紧固；在轴套31的外周沿径向均布多个第二圆管30，各第二圆管30的内部均同轴心插接第一圆管29，第一圆管29与第二圆管30通过紧固件33连接紧固，第一圆管29可沿第二圆管30内部作轴向移动来调节长短，在第一圆管29未与第二圆管30插接的一端还连接支撑件28，支撑件28呈L形，支撑件28上安装用于对肋骨尺寸微调的第一螺栓32。如图12所示，内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装进行装配的工艺包括如下步骤：
第一步：定位机构37、引导机构及平板车调整至初始状态：
定位机构37：由第一油缸5的活塞杆缩短，通过第一齿轮11和第一齿条12传动驱动摇杆10作顺时针转动，带动各根连杆6同步并依次驱动第二齿轮14、第二齿条8和定位杆7朝背离工作平台1中心的方向运动，直至距离工作平台1中心的最远端处停止；
平板车2及引导机构：控制第二油缸16的活塞杆缩短，通过销轴21依次驱动第三齿轮19、第五齿条18及解脱装置朝背离工作平台1中心的方向运动，直至距离工作平台1中心的最远端处停止；使平板车2的孔与解脱装置的矩形管23对齐，将连接件22的一端插入工作平台1的孔，连接件22的另一端与矩形管23对接，使引导机构与平板车2保持连接；
第二步：将环形肋骨装配至肋骨工装；将环形肋骨放置于肋骨工装的支撑件28上，松开紧固件33，通过第一圆管29调整环形肋骨与肋骨工装间的配合尺寸，通过第一螺栓32微调，保证环形肋骨与吊轴4、工作平台1同轴心，然后重复上述步骤，将多个环形肋骨装配到肋骨工装上，调整好肋骨之间的距离。
第三步：将加热后的圆柱壳置于平板车2，该过程中圆柱壳不用与平板车2保持同轴心。
第四步：引导机构工作，第二油缸16的的活塞杆伸长，通过销轴21依次驱动第三齿轮19、第五齿条18、解脱装置、连接件22、平板车2(平板车2通过孔与连接件22配合)及平板车2上的圆柱壳朝工作平台1的中心方向运动，当解脱装置中C型挡块24接触到工作平台的第二孔槽46的端部时，受挤压作用，C型挡块24后退至限位件25的一端，使得连接件22失去支撑，连接件22掉落并脱离平板车2的孔，使得平板车2与引导机构解除连接。
第五步：控制定位机构37将圆柱壳夹持：通过定位杆7夹持圆柱壳，利用三点定位原理保证圆柱壳与工作平台1同轴心，保持固定。具体为第一油缸5启动使活塞杆伸长，通过第一齿条12和第一齿轮11传动，驱动摇杆10作逆时针运动，通过各连杆6的同步运动，依次驱动第二齿轮14第二齿条8、定位杆7朝工作平台1的中心方向运动，直至定位杆7均与圆柱壳的外周夹持。
第六步：环形肋骨和圆柱壳、工作平台1同轴心，通过吊轴4顶部的吊具将吊轴4、肋骨工装和环形肋骨整体放至圆柱壳内，待圆柱壳冷却好，设置好肋骨与圆柱壳之间的焊接工装，然后就可以将本发明拆除，从而完成内环肋圆柱壳的全部装配。
本发明的工装结构简单、使用方便，在装配完成后，冷却后的圆柱壳与肋骨之间不留间隙或只留较小的间隙，解决了因装配间隙大而产生的焊接变形和参与应力问题。
本发明中装配工装的自动化程度高，能够快速引导和定位，确保圆柱壳冷却收缩前完成环形肋骨与圆柱壳之间的装配，肋骨工装的布置可以满足不同尺寸的内环肋圆柱壳。
本发明中定位机构、引导机构具备行程放大功能，对油缸的行程可以放大至2倍以上。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：包括工作平台(1)、用于装载圆柱壳的平板车(2)、框架(3)、吊轴(4)、用于夹持定位圆柱壳的定位机构、用于转运圆柱壳的引导机构及用于装配环形肋骨的肋骨工装，平板车(2)可移动的布置于所述工作平台(1)的表面，在所述平板车(2)上开有用于配合连接件(22)的孔，吊轴(4)贯穿安装于所述框架(3)上，在吊轴(4)朝向工作平台(1)并伸出框架(3)的一端外周自上而下安装多个肋骨工装，所述定位机构及引导机构通过开设于工作平台(1)的孔槽结构安装在所述工作平台(1)的底部，所述引导机构通过解脱装置、连接件(22)与所述平板车(2)连接。
2.如权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述工作平台(1)为呈水平布置的圆形平台，沿所述工作平台(1)上径向均布多个第一孔槽(35)，各第一孔槽(35)在靠近所述工作平台(1)的中心处为向内凹陷的槽(352)，所述第一孔槽(35)在靠近工作平台(1)的外圆周处为孔(351)；还包括开设于工作平台(1)表面的第二孔槽(36)，所述第二孔槽(36)靠近工作平台(1)的中心处为孔(351)，所述第二孔槽(36)在靠近工作平台(1)的外圆周处为向内凹陷的槽(352)。
3.如权利要求2所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述第二孔槽(36)与多个第一孔槽(35)中的任意一个呈180°布置。
4.如权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述框架(3)为门形工字梁，在所述框架(3)的顶部中心处开设用于安装吊轴(4)的圆孔，所述圆孔与工作平台(1)同轴心，所述框架(3)的两端分别固定于工作平台(1)的表面。
5.如权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述吊轴(4)为圆柱形轴，所述圆柱形轴与所述工作平台(1)同轴心。
6.如权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述定位机构的具体结构如下：
包括第一油缸(5)，所述第一油缸(5)的活塞杆端部连接带有凸台的第一齿条(12)，所述第一齿条(12)与第一齿轮(11)互为啮合，于所述第一齿条(12)的凸台上嵌套第一滑块(13)，于所述第一齿轮(11)上键连接圆柱轴(40)，第一滑块(13)延伸至第一齿轮(11)的一端与所述圆柱轴(40)铰接，所述圆柱轴(40)连接于摇杆(10)的底部中心处，所述摇杆(10)带有多个呈径向分布的杆体，各杆体均与连杆(6)的一端铰接，所述连杆(6)的另一端通过齿轮轴铰接第二齿轮(14)，所述第二齿轮(14)分别与开设有倒T形槽(39)的第二齿条(8)、第三齿条(9)啮合，所述第二齿条(8)、第三齿条(9)均安装于第一孔槽(35)内，所述第二齿条(8)的端部安装定位杆(7)，第二滑块(15)的两端分别嵌入第二齿条(8)、第三齿条(9)的倒T形槽(39)内，所述第二滑块(15)的中心也通过齿轮轴铰接第二齿轮(14)。
7.如权利要求6所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述引导机构的具体结构如下：
包括第二油缸(16)，所述第二油缸(16)的活塞杆端部与销轴(21)的一端连接，所述销轴(21)的另一端与第三齿轮(19)铰接，所述第三齿轮(19)分别与开设有倒T形槽(39)的第四齿条(17)、第五齿条(18)啮合，所述第四齿条(17)、第五齿条(18)均安装于第二孔槽(36)内；还包括第三滑块(20)，所述第三滑块(20)的两端均与第四齿条(17)、第五齿条(18)的倒T形槽(39)嵌接，所述第三滑块(20)的中心与第三齿轮(19)的齿轮轴承铰接。
8.如权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述解脱装置包括用于配合连接件(22)的矩形管(23)，所述矩形管(23)的一端与限位件(25)连接，在所述矩形管(23)与限位件(25)之间布置可沿限位件(25)来回滑移的C形挡块(24)，圆杆(27)的一端穿过限位件(25)并与所述C形挡块(24)连接，在所述圆杆(27)上还配合用于C形挡块(24)复位的压缩弹簧(26)。
9.如权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装，其特征在于：所述肋骨工装包括用于配合吊轴(4)的轴套(31)，在所述轴套(31)的外周沿径向均布多个第二圆管(30)，各第二圆管(30)的内部均同轴心插接第一圆管(29)，所述第一圆管(29)与第二圆管(30)通过紧固件(33)连接紧固，在所述第一圆管(29)未与第二圆管(30)插接的一端还连接支撑件(28)，所述支撑件(28)上安装用于对肋骨尺寸微调的第一螺栓(32)。
10.利用权利要求1所述的一种内环肋圆柱壳耐压结构的装配工装进行装配的方法，其特征在于以下步骤：
第一步：定位机构、引导机构及平板车调整至初始状态：
第二步：将环形肋骨装配至肋骨工装；
第三步：加热后的圆柱壳置于平板车上；
第四步：通过引导机构快速将带有圆柱壳的平板车引导至工作平台的中心处，通过解脱机构使平板车与引导机构之间解除连接；
第五步：控制定位机构将圆柱壳夹持；
第六步：由吊具通过吊轴将带有环形肋骨的肋骨工装装吊放至圆柱壳内，待圆柱壳冷却后，设置环形肋骨与圆柱壳之间的焊接工装，然后将肋骨工装拆除。
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