CN110722317A - 一种分块式钢管环的分块组对工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分块式钢管环的分块组对工装，包括环间筋板工装和整体工装；环间筋板工装包括第一装夹定位机构以及设置在第一装夹定位机构两侧的第二装夹定位机构，第一装夹定位机构包括用于固定横筋板两端的第一装夹定位座以及对应设置在横、竖筋板交接位置处的第一装夹定位柱，第二装夹定位机构包括对应设置在竖筋板与最外侧弧形栅板交接位置处的第二装夹定位柱，各装夹定位柱均包括可调的油缸以及位于油缸伸出轴上的夹爪，通过调整油缸形成内弧板的仿形弧面并配合夹爪实现对各筋板栅板的定位卡接；本发明还提供一种采用上述工装的组环方法，将环间筋板先单独安装好后再与其他部件整体组对。通过本发明提高了分块的产品质量且降低了施工难度。

Description

一种分块式钢管环的分块组对工装及方法

技术领域

本发明属于分块式钢管环生产安装技术领域，特别地，涉及一种分块式钢管环的分块组对工装，以及采用该工装对钢管环分块进行组对加工的方法。

背景技术

目前，对于地下工程用的大直径(10m以上)支撑隔离钢结构管环(下称钢管环)，业内普遍采用分块式制造方法，即将钢管环整体沿周向均分成若干分块单独制造，钢管环分块相对于整环结构具有重量轻、体积小、便于质量控制和存放运输的优点，通常将钢管环分块运输至施工现场后再拼接成整环。

现有的分块组环方法主要有两种：①各钢管环分块在施工现场预拼成整环，然后通过机加方式加工出安装孔位，利用高强度螺栓以及焊接将各钢管环分块装配连接成整环，但这种方法过多地依赖大型机加设备，不仅施工效率低，大大提高了制造成本，而且有些施工现场作业条件有限，无法适用大型机加设备。②各钢管环分块在其弧向两端配焊侧连接板，在其轴向两端配焊上、下连接板，在上述连接板上均设有安装孔位，将安装好连接板的钢管环分块运输至施工现场，利用高强度螺栓以及焊接将各钢管环分块装配连接成整环。

目前业内常用的是后一种组环方法，但该方法存在如下问题：现有的钢管环分块生产方法是按照内弧板-环间筋板-外弧板-各连接板的顺序依次安装，由于内弧板的表面基本光滑且无明显定位标识，只能先依靠人工定位环间筋板在内弧板上的安装位置，然后通过一块块筋板在内弧板上拼接出整体形状，在安装过程中不仅存在环间筋板和内弧板间的定位误差，而且无法保证各筋板间的相对位置与设计意图完全一致，进而导致在后续安装时上连接板、下连接板和侧连接板均有可能出现位置误差，这也就意味着在对钢管环分块进行整环装配施工时，相邻连接板上对应的安装孔位之间的尺寸无法得到保证。考虑到现场装配过程没有条件进行大规模返修整改作业，因此对钢管环分块的产品质量提出了很高要求。

为了避免上述情况，采用在现场将钢管环分块预拼成环同时配焊各连接板的方式，但这样就会大面积占用施工现场的场地，多次吊装移动钢管环分块以及焊接作业造成工作量过大，作业周期长，作业效率低。

因此，发明人希望设计出一种新的适用于钢管环分块的组对工装及组对方法，通过提高环间筋板的安装精度确保后续各连接板定位精准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高安装精度的分块式钢管环的分块组对工装及方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种分块式钢管环的分块组对工装，所述组对工装包括环间筋板工装和整体工装。

本发明所述的钢管环包括钢管环本体和连接板，所述钢管环本体沿周向均分为多个钢管环分块，所述钢管环分块包括内弧板、外弧板以及设置在内、外弧板之间的环间筋板，所述环间筋板为箱式框架结构且包括垂直交叉设置的横筋板和竖筋板以及用于加强环间筋板整体连接强度的栅板，所述连接板包括分别设置在外弧板轴向两端的上连接板和下连接板以及设置在钢管环分块弧向两端且连接内、外弧板的侧连接板。

所述栅板包括平行竖筋板设置的第一栅板以及平行横筋板设置的第二栅板，所述第二栅板包括沿环间筋板弧向设置的弧形栅板以及沿环间筋板径向设置的直栅板。

所述横筋板沿钢管环分块的弧向设置，所述竖筋板沿钢管环分块的轴向设置。相邻钢管环整环之间通过上、下连接板实现轴向连接，相邻钢管环分块之间通过侧连接板实现周向连接。

需注意的是，由于钢管环分块是钢管环本体的一部分，而钢管环本体是一个环形管道，因此凡本发明中涉及到的轴向、弧向与径向描述，均为钢管环本体的轴向、周向和径向。

所述环间筋板工装包括第一装夹定位机构，所述第一装夹定位机构包括多个第一装夹定位座和第一装夹定位柱，所述第一装夹定位座用于固定横筋板两端，所述第一装夹定位柱对应设置在横筋板和竖筋板的交接位置处，所述第一装夹定位柱包括竖直设置的第一基柱以及设置在第一基柱顶部的第一油缸，在所述第一油缸的伸出轴上设有第一夹爪，在所述第一夹爪上开有十字形槽，用于卡接横筋板和竖筋板，对应同一竖筋板设置的装夹定位柱，其基柱高度以及油缸伸出状态完全相同，而对应同一横筋板设置的装夹定位柱，其基柱高度沿横筋板的长度方向由小逐渐增大再逐渐减小，其油缸伸出方向与竖直方向间的夹角由大逐渐减小再反向逐渐增大；通过各装夹定位柱间的配合实现对钢管环分块内弧面的仿形，通过各夹爪配合实现对各横筋板及竖筋板的定位。

优选地，所述环间筋板工装还包括用于定位环间筋板上最外侧第二栅板的第二装夹定位机构，所述第二装夹定位机构对称设置于第一装夹定位机构的两侧且包括第二装夹定位座和第二装夹定位柱，多个所述第二装夹定位柱沿横筋板的长度方向设置且与竖筋板的位置对应，所述第二装夹定位柱包括竖直设置的第二基柱以及设置在第二基柱顶部的第二油缸，在所述第二油缸的伸出轴上设有第二夹爪，在所述第二夹爪上开有十字形槽，用于卡接竖筋板和弧形栅板，所述第二装夹定位座用于卡接弧形栅板和直栅板。

优选地，在部分第二基柱上设有定位平台，通过将弧形栅板的一端与所述定位平台上的定位标识重合实现对最外侧弧形栅板的定位。

优选地，所述第一装夹定位座包括第三夹爪和第一限位件，所述第三夹爪的数量至少为一个且其上开有一字槽，用于卡接横筋板，所述第一限位件设置于第三夹爪下方，用于定位横筋板两端的位置。

优选地，所述第二装夹定位座包括第四夹爪和第二限位件，所述第四夹爪的数量至少为两个且其上开有一字槽，用于卡接最外侧的弧形栅板和直栅板，所述第二限位件设置于第四夹爪下方，用于定位最外侧弧形栅板端头的位置。

优选地，各装夹定位柱上油缸的伸出方向及伸出长度均可调。

优选地，所述整体工装包括内弧板定位台面以及设置在内弧板定位台面弧向两端的侧连接板定位台面，所述内弧板定位台面用于定位内弧板并与其贴合，所述侧连接板定位台面用于定位侧连接板，在此基础上可以依次定位已安装好的环间筋板以及外弧板、上连接板和下连接板。

优选地，所述内弧板定位台面设计留有可反变形余量以平衡焊接变形。

优选地，在所述第一油缸和第二油缸上均设有用于防止油缸伸出轴行程超出的限位块。

优选地，所述环间筋板工装和整体工装均包括配合滑轨使用的倒挂式弧焊机器人。

本发明还提供一种采用上述分块式钢管环的分块组对工装的组对方法，包括如下步骤：

1)调整各装夹定位柱上油缸的伸出方向及伸出长度，在环间筋板工装上形成内弧板的仿形弧面；

2)利用夹爪和限位件定位安装横筋板和竖筋板；

3)将安装好的横筋板和竖筋板焊接成整体，同时在相邻筋板之间焊接栅板以加强连接强度，其中，通过将弧形栅板的一端与定位平台上的定位标识重合实现对最外侧弧形栅板的定位；

4)在整体工装的内弧板定位台面上放置内弧板并使二者定位贴合，通过侧连接板定位台面定位安装侧连接板，将固连成整体的环间筋板定位装夹在内弧板上并焊接，将外弧板定位装夹在环间筋板上并焊接；

5)定位安装上连接板和下连接板，完成上、下连接板与外弧板之间的焊接作业；

6)将组装好的钢管环分块吊装移走，重复步骤2)～步骤5)实现对钢管环分块的高精度组对作业。

本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、本发明首次提出新的钢管环分块组对方法，通过对环间筋板的独立作业，避免整体安装时环间筋板内部的相对位置发生变化，且整体的环间筋板便于进行定位，有利于提高钢管环分块内部的安装精度，进而降低后续的定位装夹难度以及现场焊接难度。

2、本发明提供的组对工装结构简单且使用方便，通过设置可调节伸出方向及伸出长度的油缸对内弧板进行仿形，并在伸出轴的仿形端设置带卡接槽的夹爪，进而实现在单独组装环间筋板时确保组装精度，同时可调节的油缸调能够适用于对不同尺寸钢管环分块进行组对生产。

3、本发明设置的大量夹爪不仅提高了组对精度，而且有利于简化组对操作，环间筋板的组对过程类似积木搭接，无需人工测量定位时的繁琐操作，有利于引入焊接机器人，实现作业自动化，降低了焊接劳动强度并实现焊接生产线的不间断生产，大大提高了生产效率以及焊接质量，也在一定程度上解决了优秀焊工短缺的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1本发明中钢管环分块的结构示意图；

图2是图1中环间筋板的结构示意图；

图3是本发明实施例1中环间筋板工装的工作示意图；

图4是图3中环间筋板工装的正视图；

图5是图4中油缸的结构示意图；

图6是本发明实施例1中整体工装的结构示意图

图7是图6中整体工装定位内弧板、侧连接板后的示意图；

图8是图7中整体工装定位环间筋板后的示意图；

图9是图8中整体工装定位外弧板后的示意图；

图中：01内弧板，02外弧板，03环间筋板，031横筋板，032竖筋板，033第一栅板，034弧形栅板，035直栅板，04上连接板，05下连接板，06侧连接板；1第一装夹定位座， 11第三夹爪，12第一限位件，2第一装夹定位柱，21第一夹爪，3第二装夹定位座，31 第四夹爪，32第二限位件，4第二装夹定位柱，41第二夹爪，42定位平台，5内弧板定位台面，6侧连接板定位台面。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

参见图1～3，钢管环包括钢管环本体和连接板，所述钢管环本体沿周向均分为多个钢管环分块，所述钢管环分块包括内弧板01、外弧板02以及设置在内、外弧板之间的环间筋板 03，所述环间筋板03为箱式框架结构且包括垂直交叉设置的横筋板031和竖筋板032以及用于加强环间筋板整体连接强度的栅板，所述横筋板031沿钢管环分块的弧向设置，所述竖筋板032沿钢管环分块的轴向设置，所述连接板包括分别设置在外弧板02轴向两端的上连接板04和下连接板05以及设置在钢管环分块弧向两端且连接内、外弧板的侧连接板06。

所述栅板包括平行竖筋板032设置的第一栅板033以及平行横筋板031设置的第二栅板，所述第二栅板包括沿环间筋板弧向设置的弧形栅板034以及沿环间筋板径向设置的直栅板035。

参见图4～9，一种分块式钢管环的分块组对工装，包括环间筋板工装和整体工装，所述环间筋板工装包括基座以及设置在基座上的第一装夹定位机构和第二装夹定位机构。

所述第一装夹定位机构包括多个第一装夹定位座1和第一装夹定位柱2，所述第一装夹定位座1用于固定横筋板031两端，所述第一装夹定位柱2对应设置在横筋板031和竖筋板 032的交接位置处，所述第一装夹定位柱2包括竖直设置的第一基柱以及设置在第一基柱顶部的第一油缸，在所述第一油缸的伸出轴上设有第一夹爪21，在所述第一夹爪21上开有十字形槽，用于卡接横筋板031和竖筋板032。

在本实施例中，所述第一装夹定位座1包括第三夹爪11和第一限位件12，所述第三夹爪11的数量为两个且其上开有一字槽，用于卡接横筋板031，所述第一限位件12设置于第三夹爪11下方，用于定位横筋板031两端的位置。

所述第二装夹定位机构用于定位环间筋板上最外侧的第二栅板。所述第二装夹定位机构对称设置于第一装夹定位机构的两侧且包括第二装夹定位座3和第二装夹定位柱4，多个所述第二装夹定位柱4沿横筋板031的长度方向设置且与竖筋板032的位置对应，所述第二装夹定位柱4包括竖直设置的第二基柱以及设置在第二基柱顶部的第二油缸，在所述第二油缸的伸出轴上设有第二夹爪41，在所述第二夹爪41上开有十字形槽，用于卡接竖筋板032和弧形栅板034，所述第二装夹定位座3用于卡接弧形栅板034和直栅板035。

对应同一竖筋板设置的装夹定位柱，其基柱高度以及油缸伸出状态完全相同，而对应同一横筋板设置的装夹定位柱，其基柱高度沿横筋板的长度方向由小逐渐增大再逐渐减小，其油缸伸出方向与竖直方向间的夹角由大逐渐减小再反向逐渐增大；通过各装夹定位柱间的配合实现对钢管环分块内弧面的仿形，通过各夹爪配合实现对各横筋板及竖筋板的定位。

在本实施例中，所述第二装夹定位座3包括第四夹爪31和第二限位件32，所述第四夹爪31的数量为两个且其上开有一字槽，用于卡接最外侧的弧形栅板和直栅板，所述第二限位件32设置于第四夹爪31下方，用于定位最外侧弧形栅板端头的位置。

在部分第二基柱上设有定位平台42，通过将弧形栅板034的一端与所述定位平台42上的定位标识重合实现对最外侧弧形栅板的定位。

在本实施例中，各装夹定位柱上油缸的伸出方向及伸出长度均可调。

所述整体工装包括内弧板定位台面5以及设置在内弧板定位台面5弧向两端的侧连接板定位台面6，所述内弧板定位台面5用于定位内弧板01并与其贴合，所述侧连接板定位台面 6用于定位侧连接板06，在此基础上可以依次定位已安装好的环间筋板03以及外弧板02、上连接板04和下连接板05。

在本实施例中，在所述第一油缸和第二油缸上均设有用于防止油缸伸出轴行程超出的限位块。

在本实施例中，所述环间筋板工装和整体工装均包括配合滑轨使用的倒挂式弧焊机器人。

采用上述工装的分块式钢管环的分块组对方法，包括如下步骤：

1)调整各装夹定位柱上油缸的伸出方向及伸出长度，在环间筋板工装上形成内弧板01 的仿形弧面；

2)利用夹爪和限位件定位安装横筋板031和竖筋板032；

3)将安装好的横筋板031和竖筋板032焊接成整体，同时在相邻筋板之间焊接栅板以加强连接强度，其中，通过将弧形栅板的一端与定位平台42上的定位标识重合实现对最外侧弧形栅板的定位；

4)在整体工装的内弧板定位台面5上放置内弧板01并使二者定位贴合，通过侧连接板定位台面6定位安装侧连接板06，将固连成整体的环间筋板03定位装夹在内弧板01上并焊接，将外弧板02定位装夹在环间筋板03上并焊接；

5)定位安装上连接板04和下连接板05，完成上、下连接板与外弧板02之间的焊接作业；

6)将组装好的钢管环分块吊装移走，重复步骤2)～步骤5)实现对钢管环分块的高精度组对作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，所述钢管环包括钢管环本体和连接板，所述钢管环本体沿周向均分为多个钢管环分块，所述钢管环分块包括内弧板(01)、外弧板(02)以及设置在内、外弧板之间的环间筋板(03)，所述环间筋板(03)为箱式框架结构且包括垂直交叉设置的横筋板(031)和竖筋板(032)以及用于加强环间筋板整体连接强度的栅板，所述连接板包括分别设置在外弧板(02)轴向两端的上连接板(04)和下连接板(05)以及设置在钢管环分块弧向两端且连接内、外弧板的侧连接板(06)；

所述组对工装包括环间筋板工装和整体工装；

所述环间筋板工装包括第一装夹定位机构，所述第一装夹定位机构包括多个第一装夹定位座(1)和第一装夹定位柱(2)，所述第一装夹定位座(1)用于固定横筋板(031)两端，所述第一装夹定位柱(2)对应设置在横筋板(031)和竖筋板(032)的交接位置处，所述第一装夹定位柱(2)包括竖直设置的第一基柱以及设置在第一基柱顶部的第一油缸，在所述第一油缸的伸出轴上设有第一夹爪(21)，在所述第一夹爪(21)上开有十字形槽，用于卡接横筋板(031)和竖筋板(032)，对应同一竖筋板设置的装夹定位柱，其基柱高度以及油缸伸出状态完全相同，而对应同一横筋板设置的装夹定位柱，其基柱高度沿横筋板的长度方向由小逐渐增大再逐渐减小，其油缸伸出方向与竖直方向间的夹角由大逐渐减小再反向逐渐增大；通过各装夹定位柱间的配合实现对钢管环分块内弧面的仿形，通过各夹爪配合实现对各横筋板及竖筋板的定位。

2.根据权利要求1所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，所述栅板包括平行竖筋板(032)设置的第一栅板(033)以及平行横筋板(031)设置的第二栅板，所述第二栅板包括沿环间筋板弧向设置的弧形栅板(034)以及沿环间筋板径向设置的直栅板(035)；

所述环间筋板工装还包括用于定位环间筋板上最外侧第二栅板的第二装夹定位机构，所述第二装夹定位机构对称设置于第一装夹定位机构的两侧且包括第二装夹定位座(3)和第二装夹定位柱(4)，多个所述第二装夹定位柱(4)沿横筋板(031)的长度方向设置且与竖筋板(032)的位置对应，所述第二装夹定位柱(4)包括竖直设置的第二基柱以及设置在第二基柱顶部的第二油缸，在所述第二油缸的伸出轴上设有第二夹爪(41)，在所述第二夹爪(41)上开有十字形槽，用于卡接竖筋板(032)和弧形栅板(034)，所述第二装夹定位座(3)用于卡接弧形栅板(034)和直栅板(035)。

3.根据权利要求2所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，在部分第二基柱上设有定位平台(42)，通过将弧形栅板(034)的一端与所述定位平台(42)上的定位标识重合实现对最外侧弧形栅板的定位。

4.根据权利要求2所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，所述第一装夹定位座(1)包括第三夹爪(11)和第一限位件(12)，所述第三夹爪(11)的数量至少为一个且其上开有一字槽，用于卡接横筋板(031)，所述第一限位件(12)设置于第三夹爪(11)下方，用于定位横筋板(031)两端的位置。

5.根据权利要求2所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，所述第二装夹定位座(3)包括第四夹爪(31)和第二限位件(32)，所述第四夹爪(31)的数量至少为两个且其上开有一字槽，用于卡接最外侧的弧形栅板和直栅板，所述第二限位件(32)设置于第四夹爪(31)下方，用于定位最外侧弧形栅板端头的位置。

6.根据权利要求3～5中任意一项所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，各装夹定位柱上油缸的伸出方向及伸出长度均可调。

7.据权利要求6所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，所述整体工装包括内弧板定位台面(5)以及设置在内弧板定位台面(5)弧向两端的侧连接板定位台面(6)，所述内弧板定位台面(5)用于定位内弧板(01)并与其贴合，所述侧连接板定位台面(6)用于定位侧连接板(06)，在此基础上可以依次定位已安装好的环间筋板(03)以及外弧板(02)、上连接板(04)和下连接板(05)。

8.根据权利要求7所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，在所述第一油缸和第二油缸上均设有用于防止油缸伸出轴行程超出的限位块。

9.根据权利要求8所述的分块式钢管环的分块组对工装，其特征在于，所述环间筋板工装和整体工装均包括配合滑轨使用的倒挂式弧焊机器人。

10.一种采用如权利要求7所述分块式钢管环的分块组对工装的组对方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)调整各装夹定位柱上油缸的伸出方向及伸出长度，在环间筋板工装上形成内弧板(01)的仿形弧面；

2)利用夹爪和限位件定位安装横筋板(031)和竖筋板(032)；

3)将安装好的横筋板(031)和竖筋板(032)焊接成整体，同时在相邻筋板之间焊接栅板以加强连接强度，其中，通过将弧形栅板的一端与定位平台(42)上的定位标识重合实现对最外侧弧形栅板的定位；

4)在整体工装的内弧板定位台面(5)上放置内弧板(01)并使二者定位贴合，通过侧连接板定位台面(6)定位安装侧连接板(06)，将固连成整体的环间筋板(03)定位装夹在内弧板(01)上并焊接，将外弧板(02)定位装夹在环间筋板(03)上并焊接；

5)定位安装上连接板(04)和下连接板(05)，完成上、下连接板与外弧板(02)之间的焊接作业；

6)将组装好的钢管环分块吊装移走，重复步骤2)～步骤5)实现对钢管环分块的高精度组对作业。

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