CN113210947B - 一种作业面调整装置及大型管道环缝焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种作业面调整装置及大型管道环缝焊接装置，涉及焊接设备技术领域，解决了焊接装置焊缝作业面无法调整、使用存在局限的技术问题。该作业面调整装置包括依次从下向上设置的回转支撑、底座和上盖；还包括固定在底座两侧的轨道、滑动设置在轨道上且与上盖固定连接的滑轮；底座和上盖衔接处以及轨道均为弧形结构；还包括设置在底座和回转支撑之间的水平旋转模块、设置在底座和上盖之间的前后摆动模块以及设置在上盖上与机械臂传动连接的周向转动模块；回转支撑安装在移动车体上；大型管道环缝焊接装置，包括移动车体、机械臂和设置在移动车体和机械臂之间的作业面调整装置。本发明用于大型管道环缝焊接装置作业面调整。

Description

一种作业面调整装置及大型管道环缝焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，尤其是涉及一种作业面调整装置及大型管道环缝焊接装置。

背景技术

随着工业管道输送的发展，大型金属管道的焊接显得越来越重要。但现阶段，大直径金属管道的焊接还在依靠人工完成，而大直径管道的焊缝一般都需要多层多道焊，人工焊接存在效率低下、质量难以保证、作业难度大、自动化程度低等问题。

目前市面上针对大型管道的自动化焊接设备，通过轨道带动焊接装置移动到焊缝处进行焊接作业，但是市场上的自动化焊接设备不能进行焊缝作业面的调整，存在一定局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种作业面调整装置及大型管道环缝焊接装置，以解决现有技术中存在的焊接装置焊缝作业面无法调整、使用存在局限的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种作业面调整装置，包括依次从下向上设置的回转支撑、底座和上盖；还包括固定在所述底座两侧的轨道、滑动设置在所述轨道上且与所述上盖固定连接的滑轮；所述底座和所述上盖衔接处以及所述轨道均为弧形结构；还包括设置在所述底座和所述回转支撑之间的水平旋转模块、设置在所述底座和所述上盖之间的前后摆动模块以及设置在所述上盖上与机械臂传动连接的周向转动模块；所述回转支撑安装在移动车体上。

作为本发明的进一步改进，所述回转支撑为轴承式结构，包括内圈、外圈和设置在所述内圈和所述外圈之间的滚轴，所述内圈上设置有内齿牙，所述水平旋转模块包括固定在所述底座上的第一电机、开设在所述底座底部的第一窗口、设置在所述第一电机输出轴上且穿过所述第一窗口的第一主齿轮，所述第一主齿轮与所述内齿牙啮合连接，所述外圈与所述底座固定连接，所述内圈与移动车体固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述底座为U形结构，内部具有容纳腔；所述上盖盖设在所述底座顶部；所述前后摆动模块包括固定在所述容纳腔内的第二电机、固定在所述第二电机输出轴上的第二主齿轮、以及固定在所述上盖上的导向板，所述导向板底部设置有弧形齿段，所述第二主齿轮与所述弧形齿段啮合连接。

作为本发明的进一步改进，所述弧形齿段、所述底座和所述上盖衔接处的弧形结构、所述轨道的弧形结构三者的弧度相等。

作为本发明的进一步改进，所述弧形齿段、所述底座和所述上盖衔接处的弧形结构、所述轨道的弧形结构三者的弧形对应的圆心位于同一直线上，且该直线位于大型管道环缝焊接装置的机械臂旋转作业面内。

作为本发明的进一步改进，所述上盖为L形结构，包括第一平板和第二竖板，所述第一平板盖设在所述底座上通过所述滑轮和所述轨道活动连接，所述周向转动模块包括第三电机、第三轴承，所述第二竖板上开设有通孔，所述第三轴承固定在所述通孔内，机械臂的主轴穿过所述第三轴承后与所述第三电机的输出轴连接。

作为本发明的进一步改进，每条所述轨道上套设的所述滑轮数量为两个。

作为本发明的进一步改进，所述第一平板两端设置有向下延伸的下壁，所述下壁底部为向外凸出的弧形结构，所述底座的两个竖墙末端具有向内凹陷的弧形结构，所述滑轮固定在所述下壁上，所述轨道固定在所述竖墙上。

作为本发明的进一步改进，所述第一平板端部具有台阶结构，包括第一台和第二台，所述滑轮固定在所述第一台外侧，所述第二台底部与所述底座的竖墙对接设置。

本发明提供的一种大型管道环缝焊接装置，包括移动车体、机械臂和设置在所述移动车体和所述机械臂之间的所述作业面调整装置。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的大型管道环缝焊接装置，通过设置有耦合作业面调整装置，能够对焊接作业平面进行精确调节，使其能与环焊缝在一定的允许误差范围内重合；

本发明提供的作业面调整装置，对作业面进行空间两旋转自由度的调节，装置简单可靠；本发明提供的作业面调整装置采用一体化设计，兼顾耐用，可靠性强。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明作业面调整装置的立体结构示意图；

图2是本发明作业面调整装置的部分爆炸结构示意图；

图3是本发明作业面调整装置拆下周向旋转模块后的结构示意图；

图4是本发明作业面调整装置拆下三套转动模块后从下侧往上看的结构示意图；

图5是本发明作业面调整装置中回转支撑的结构示意图；

图6是本发明作业面调整装置中底座从一侧看过去的结构示意图；

图7是本发明作业面调整装置中底座从另一侧看过去的结构示意图；

图8是本发明作业面调整装置中上盖从底部往上看的结构示意图；

图9是本发明作业面调整装置中上盖从侧面偏下位置向上看的结构示意图；

图10是本发明大型管道环缝焊接装置的结构示意图。

图中1、回转支撑；11、内圈；12、外圈；13、内齿牙；2、底座；3、上盖；31、第一平板；32、第二竖板；4、轨道；5、滑轮；6、水平旋转模块；61、第一电机；62、第一主齿轮；7、前后摆动模块；71、第二电机；72、第二主齿轮；73、导向板；8、周向转动模块；81、第三电机；82、第三轴承；100、机械臂；200、移动车体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1和图3所示，本发明提供了一种服务于大型管道环缝焊接装置的作业面调整装置，包括依次从下向上设置的回转支撑1、底座2和上盖3；还包括固定在底座2两侧的轨道4、滑动设置在轨道4上且与上盖3固定连接的滑轮5；底座2和上盖3衔接处以及轨道4均为弧形结构；还包括设置在底座2和回转支撑1之间的水平旋转模块6、设置在底座2和上盖3之间的前后摆动模块7以及设置在上盖3上与机械臂100传动连接的周向转动模块8；回转支撑1安装在移动车体200上。

如图2所示，具体的，底座2通过水平旋转模块6能相对于回转支撑1水平旋转，从而带动与其连接的上盖3水平旋转，上盖3水平旋转时带动机械臂100一起水平旋转，在此需要指出的是，此处水平旋转角度无需很大，目的是为了控制机械臂100左右对正焊缝，使机械臂100旋转时能够位于工作面内；前后摆动模块7是为了控制机械臂100的前后俯仰角度，通过水平旋转和前后摆动使得机械臂100对正工作面以进行环缝焊接。

如图5所示，作为本发明的一种可选实施方式，回转支撑1为轴承式结构，包括内圈11、外圈12和设置在内圈11和外圈12之间的滚轴，内圈11上设置有内齿牙13，如图2和图4所示，水平旋转模块6包括固定在底座2上的第一电机61、开设在底座2底部的第一窗口、设置在第一电机61输出轴上且穿过第一窗口的第一主齿轮62，第一主齿轮62与内齿牙13啮合连接，外圈12与底座2固定连接，内圈11与移动车体200固定连接。

如图6和图7所示，作为本发明的一种可选实施方式，底座2为U形结构，内部具有容纳腔；上盖3盖设在底座2顶部；如图2和图8所示，前后摆动模块7包括固定在容纳腔内的第二电机71、固定在第二电机71输出轴上的第二主齿轮72、以及固定在上盖3上的导向板73，导向板73底部设置有弧形齿段，第二主齿轮72与导向板73底部的弧形齿段啮合连接。

进一步的，弧形齿段、底座2和上盖3衔接处的弧形结构、轨道4的弧形结构三者的弧度相等。

如图9所示，更进一步的，弧形齿段、底座2和上盖3衔接处的弧形结构、轨道4的弧形结构三者的弧形对应的圆心位于同一直线上，且该直线位于大型管道环缝焊接装置的机械臂100旋转作业面内。

作为本发明的一种可选实施方式，上盖3为L形结构，包括第一平板31和第二竖板32，第一平板31盖设在底座2上通过滑轮5和轨道4活动连接，周向转动模块8包括第三电机81、第三轴承82，第二竖板32上开设有通孔，第三轴承82固定在通孔内，机械臂100的主轴穿过第三轴承82后与第三电机81的输出轴连接。

进一步的，作为本发明的一种可选实施方式，每条轨道4上套设的滑轮5数量为两个。

更进一步的，第一平板31两端设置有向下延伸的下壁，下壁底部为向外凸出的弧形结构，底座2的两个竖墙末端具有向内凹陷的弧形结构，滑轮5固定在下壁上，轨道4固定在竖墙上。

为了防止干涉，第一平板31端部具有台阶结构，包括第一台和第二台，第二台为向内缩进结构，滑轮5固定在第一台外侧，第二台底部与底座2的竖墙对接设置。由此在第一台和第二台之间形成空间便于滑轮5的放置。

本发明提供的作业面调整装置，对作业面进行空间两旋转自由度的调节，装置简单可靠；本发明提供的作业面调整装置采用一体化设计，兼顾耐用，可靠性强。

实施例1：

作业面调整装置主要包括一个具有内齿牙的回转支撑1，一个底座2，两条对称的轨道4，四组滑轮5，一个带有弧形齿段的上盖3，和两组带蜗轮蜗杆减速器的第一电机和第二电机，以及一个第三电机组成；

回转支撑1安装在移动车体200上，另一边固定底座2，两条对称的轨道4安装在底座2两侧，四组滑轮5安装在上盖3上，涡轮蜗杆减速的第一电机和第二电机安装在底座2内侧；第三电机安装在上盖3上。

焊接作业面由四根伸缩臂100旋转形成，并通过主轴连接到上盖3，通过第三电机和减速器驱动其旋转；

作业面调整装置工作时，由一组第一电机61及减速器驱动第一主齿轮62带动回转支撑1的外圈12旋转，从而在一个方向上调整焊接作业面的位姿；另一组第二电机71及减速器驱动第二主齿轮72带动上盖3前后摆动，从而在另一个方向调整焊接作业面的位姿；两个不同方向的位姿结合起来就能调整整个焊接作业面的方位角，由于有耦合所以需要连续多次进行调整；此处所指的有耦合是指可以旋转的底座2通过回转支撑1安装在移动车体200上，然后滑轮5安装在那个底座2上，如果底座2旋转的话，就会带动着滑轮5一起旋转，这就是一个运动耦合。调整好之后就可以开始焊接作业。

如图10所示，本发明还提供了一种大型管道环缝焊接装置，包括移动车体200、机械臂100和设置在移动车体200和机械臂100之间的上述的作业面调整装置。

本发明提供的大型管道环缝焊接装置，通过设置有耦合作业面调整装置，能够对焊接作业平面进行精确调节，使其能与环焊缝在一定的允许误差范围内重合。

大型管道环缝焊接装置的作业流程：

(1)保证移动车体200沿管道轴线方向移动，将设备整体移动至作业区域，先将焊接平面中心移动到与管道中心同一水平面上并锁紧大型管道环缝焊接装置中的升降机；

(2)工控机通过接收焊接头处的红外传感器信号，检测偏差并控制两套电机旋转，进而控制焊接作业平面进行位姿调整；

(3)通过反复调整焊接作业平面以及调整车轮的前后运动使焊接作业面与环焊缝平面重合；

(4)开始焊接作业；

此处需要说明的是，大型管道环缝焊接装置中的移动车体200采用现有技术中的产品实现，更优的可采用本申请人研发的大型管道环缝焊接装置用移动定位基座，机械臂100结构也可以采用现有技术产品，更优的可采用本申请人研发的大型管道环缝焊接装置用可变径焊接机械臂。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种作业面调整装置，其特征在于，包括依次从下向上设置的回转支撑、底座和上盖；还包括固定在所述底座两侧的轨道、滑动设置在所述轨道上且与所述上盖固定连接的滑轮；所述底座和所述上盖衔接处以及所述轨道均为弧形结构；还包括设置在所述底座和所述回转支撑之间的水平旋转模块、设置在所述底座和所述上盖之间的前后摆动模块以及设置在所述上盖上与机械臂传动连接的周向转动模块；所述回转支撑安装在移动车体上；所述底座为U形结构，内部具有容纳腔；所述上盖盖设在所述底座顶部；所述前后摆动模块包括固定在所述容纳腔内的第二电机、固定在所述第二电机输出轴上的第二主齿轮、以及固定在所述上盖上的导向板，所述导向板底部设置有弧形齿段，所述第二主齿轮与所述弧形齿段啮合连接。

2.根据权利要求1所述的作业面调整装置，其特征在于，所述回转支撑为轴承式结构，包括内圈、外圈和设置在所述内圈和所述外圈之间的滚轴，所述内圈上设置有内齿牙，所述水平旋转模块包括固定在所述底座上的第一电机、开设在所述底座底部的第一窗口、设置在所述第一电机输出轴上且穿过所述第一窗口的第一主齿轮，所述第一主齿轮与所述内齿牙啮合连接，所述外圈与所述底座固定连接，所述内圈与移动车体固定连接。

3.根据权利要求1所述的作业面调整装置，其特征在于，所述弧形齿段、所述底座和所述上盖衔接处的弧形结构、所述轨道的弧形结构三者的弧度相等。

4.根据权利要求3所述的作业面调整装置，其特征在于，所述弧形齿段、所述底座和所述上盖衔接处的弧形结构、所述轨道的弧形结构三者的弧形对应的圆心位于同一直线上，且该直线位于大型管道环缝焊接装置的机械臂旋转作业面内。

5.根据权利要求1所述的作业面调整装置，其特征在于，所述上盖为L形结构，包括第一平板和第二竖板，所述第一平板盖设在所述底座上通过所述滑轮和所述轨道活动连接，所述周向转动模块包括第三电机、第三轴承，所述第二竖板上开设有通孔，所述第三轴承固定在所述通孔内，机械臂的主轴穿过所述第三轴承后与所述第三电机的输出轴连接。

6.根据权利要求1所述的作业面调整装置，其特征在于，每条所述轨道上套设的所述滑轮数量为两个。

7.根据权利要求5所述的作业面调整装置，其特征在于，所述第一平板两端设置有向下延伸的下壁，所述下壁底部为向外凸出的弧形结构，所述底座的两个竖墙末端具有向内凹陷的弧形结构，所述滑轮固定在所述下壁上，所述轨道固定在所述竖墙上。

8.根据权利要求7所述的作业面调整装置，其特征在于，所述第一平板端部具有台阶结构，包括第一台和第二台，所述滑轮固定在所述第一台外侧，所述第二台底部与所述底座的竖墙对接设置。

9.一种大型管道环缝焊接装置，其特征在于，包括移动车体、机械臂和设置在所述移动车体和所述机械臂之间的如权利要求1-8中任一所述的作业面调整装置。

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