CN114619200B - 用于压力钢管焊接加劲环的定心装置及焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管加工领域，尤其涉及一种用于压力钢管焊接加劲环的定心装置及焊接系统，该定心装置中，包括支撑架、滚轴支撑组件、自定心滚动支撑组件和驱动组件；支撑架包括相对设置的第一支撑架体和第二支撑架体，多个滚轴支撑组件设置在第一支撑架体上，用以对压力钢管的壁厚所在端面相接触，自定心滚动支撑组件设置在第二支撑架体上，通过滚轴支撑组件和滚轮的摩擦力作用，驱动钢管按照不同的转速和转动角位移，来回往复运动，造成重心的人为移动，从而使整体钢管结构无限接近理想状态的系统最低点，使压力钢管的重心位于中线面上，实现自动定心功能，进而可以实现焊接加劲环前对钢管的高精度定位，大大提高生产效率。

Description

用于压力钢管焊接加劲环的定心装置及焊接系统

技术领域

本发明涉及钢管加工技术领域，尤其涉及一种用于压力钢管焊接加劲环的定心装置及焊接系统。

背景技术

目前，钢管焊接加劲环工序中，通过吊装设备将钢管吊运至相应的支架上，放到支架后需要对钢管进行定心，现有技术通常采用人工不断调整钢管的放置位置，配合检测装置对钢管的表面圆跳动进行检测，实现钢管位置的定心，这种方式费时费力，且定心效果不好，从而影响钢管焊接加劲环的加工质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于压力钢管焊接加劲环的定心装置及焊接系统，以解决现有钢管焊接加工加劲环过程中存在的钢管定心费时费力且效果不佳的技术问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，包括支撑架、滚轴支撑组件、自定心滚动支撑组件和驱动组件；

所述支撑架包括相对设置的第一支撑架体和第二支撑架体，所述第一支撑架体和第二支撑架体分别相对于水平面倾斜设置；

多个滚轴支撑组件设置在所述第一支撑架体上，用以对压力钢管的壁厚所在端面相接触；

所述自定心滚动支撑组件设置在所述第二支撑架体上，所述自定心滚动支撑组件包括U形托架、第三支撑架体和滚轮，所述U形托架的两端部分别通过轴转动连接所述第三支撑架体，所述第三支撑架体上通过轴转动连接至少两个用于接触压力钢管的外壁的所述滚轮；

所述驱动组件与任一所述滚轮的轴连接，用以驱动所述滚轮转动；

所述滚轮带动压力钢管按照预设的转速和转动行程往复运动，实现压力钢管的自动定心。

进一步地，所述自定心滚动支撑组件设置两组，并间隔设置在所述第二支撑架体上。

进一步地，所述第三支撑架体呈三角形，位于第三支撑架体的底部的第一端通过轴转动连接于U形托架，位于第三支撑架的顶部的第二端和第三端分别通过轴连接所述滚轮。

进一步地，所述U形托架包括支撑梁和设置在支撑梁两端的固定架，所述固定架与所述支撑梁之间通过螺栓连接，所述固定架用于装配所述所述第三支撑架体。

进一步地，所述滚轴支撑组件至少设置4个，并均匀布置在压力钢管的壁厚所在端面的圆周方向上。

进一步地，所述滚轴支撑组件包括支撑板、滚子支撑架及滚轴，所述支撑板固定在第一支撑架体上，所述滚子支撑架固定在支撑板上，所述滚轴的两端通过销轴转动连接于所述支撑板上。

进一步地，所述滚轴的轴向尺寸大于径向尺寸。

进一步地，所述第一支撑架体相对水平面的角度为45度；所述第二支撑架体相对水平面的角度为45度，所述第一支撑架体和所述第二支撑架体之间的角度α的中线垂直于水平面。

进一步地，所述第一支撑架体包括相对设置的两个第一纵梁以及设置在第一纵梁之间的多个第一横梁，两个所述第一纵梁的相对侧分别设置有沿其长度方向延伸的第一卡槽，所述第一横梁的两端部插设于所述第一卡槽内，所述第一横梁的端部分别通过第一螺栓与所述第一卡槽连接；

所述第一横梁上设置有沿其长度方向延伸的第二卡槽，所述支撑板的底部设置用于装配第二卡槽的连接块，所述连接块与所述第二卡槽之间通过第二螺栓连接。

第二方面，本申请提供了一种焊接系统，包括上述的定心装置，该系统还包括：

激光测距装置，所述激光测距装置通过第四支撑架体固定于所述支撑架上，所述激光测距装置用于对待检测压力钢管表面的多个点位的距离进行采集；

数据处理模块，用以接收激光测距装置采集的多个距离数据，并将收到的多个距离数据与预设参数范围进行对比，以判断压力钢管的表面圆跳动数据是否满足预设参数范围；

若表面圆跳动数据大于预设参数范围，则认定压力钢管未处于预设定心位置，所述数据处理模块输出控制信息至控制模块；

控制模块，用于接收控制信息，并输出控制信号至所述驱动组件，

进而驱使滚轮带动压力钢管按照预设的转速和角速度往复运动，直至压力钢管处于预设定心位置。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置的优点在于：

该定心装置包括支撑架、滚轴支撑组件、自定心滚动支撑组件和驱动组件；

支撑架包括相对设置的第一支撑架体和第二支撑架体，多个滚轴支撑组件设置在第一支撑架体上，用以对压力钢管的壁厚所在端面相接触，保障具有较多的位置冗余，便于钢管在定心阶段在滚动过程中较容易在其上滑动，实现自动定心；自定心滚动支撑组件设置在第二支撑架体上，自定心滚动支撑组件包括U形托架、第三支撑架体和滚轮，U形托架的两端部分别通过轴转动连接第三支撑架体，第三支撑架体上通过轴转动连接至少两个用于接触压力钢管的外壁的滚轮；驱动组件与第三支撑架体上的任一滚轮的轴连接，用以驱动滚轮转动；支撑架体在轴支撑下，可以自由摆动，可以实现所有多个滚轮和钢管外圆面完全贴合，同时每个第三支撑架体上只有1个主动滚轮，确保运转更顺畅，更有利于定心操作；

通过滚轴支撑组件和滚轮的摩擦力作用，驱动钢管按照不同的转速和转动角位移，来回往复运动，造成重心的人为移动，在不同的摩擦力作用下，重心无限向最低点移动，从而使整体钢管结构无限接近理想状态的系统最低点，实现自动定心功能，进而可以实现焊接加劲环前对钢管的高精度定位，大大提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置的立体结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置的第二种结构示意图(省略压力钢管)；

图4为图3中A处的放大示意图；

图5为本发明实施例一中的支撑板与第一横梁的连接结构示意图；

图6为本发明实施例一中的第一支撑架体的连接结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的焊接系统的结构示意图。

图中，100-支撑架；110-第一支撑架体；111-第一纵梁；112-第一横梁；113-第一卡槽；114-第一螺栓；115-第二卡槽；120-第二支撑架体；200-滚轴支撑组件；210-支撑板；211-连接块；212-第二螺栓；220-滚子支撑架；230-滚轴；300-自定心滚动支撑组件；310-U形托架；311-支撑梁；312-固定架；320-第三支撑架体；330-滚轮；400-驱动组件；500-激光测距装置；600-压力钢管；700-第四支撑架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例一

本申请实施例中提供了一种用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，主要用于超大直径压力钢管焊接加劲环工序前，高效完成钢管的定心定位，做好焊接前准备；进而有效减少行车吊运定点作业难度，提高安装操作效率，降低工人操作难度。

如图1至图6所示，具体地，该定心装置包括支撑架100、滚轴支撑组件200、自定心滚动支撑组件300和驱动组件400；

支撑架100包括相对设置的第一支撑架体110和第二支撑架体120，第一支撑架体110和第二支撑架体120相连接，第一支撑架体110和第二支撑架体120分别相对于水平面倾斜设置，优选地，第一支撑架体110和第二支撑架体120之间的角度α的中线垂直于水平面；

多个滚轴支撑组件200设置在第一支撑架体110上，用以对压力钢管的壁厚所在端面相接触；保障具有较多的位置冗余，便于钢管在定心阶段在滚动过程中较容易在其上滑动，实现自动定心；

自定心滚动支撑组件300设置在第二支撑架体120上，自定心滚动支撑组件300包括U形托架310、第三支撑架体320和滚轮330，U形支撑架100的两端部分别通过轴转动连接第三支撑架体320，第三支撑架体320上通过轴转动连接至少两个用于接触压力钢管600的外壁的滚轮330；

驱动组件400采用电机，电机带有减速器，电机通过减速器与第三支撑架体320上的任一滚轮330的轴连接，用以驱动滚轮330转动；支撑架100体在轴支撑下，可以自由摆动，可以实现所有多个滚轮330和钢管外圆面完全贴合，同时每个第三支撑架体320上只有1个主动滚轮330，确保运转更顺畅，更有利于定心操作；

滚轮330带动压力钢管按照预设的转速和角速度往复运动，使压力钢管的重心位于中线面上，实现压力钢管自动定心。

采用上述技术方案，通过滚轴支撑组件200和滚轮330的摩擦力作用，驱动钢管按照不同的转速和转动行程，来回往复运动，造成重心的人为移动，在不同的摩擦力作用下，重心无限向最低点移动，从而使整体钢管结构无限接近理想状态的系统最低点，使压力钢管的重心位于中线面上，实现自动定心功能，进而可以实现焊接加劲环前对钢管的高精度定位，大大提高生产效率。

需要说明的是，上述的转动形成指的是钢管圆周旋转的距离，实际工作时，转动形成可以理解为钢管圆周旋转半周、一周或者多周。

一个可选实施方案中，自定心滚动支撑组件300设置两组，并间隔设置在第二支撑架体120上。两组自定心滚动支撑组件300中，共具有四个第三支撑架体320和8个滚轮330，实现对超大型钢管的外壁支撑和定位，以结合多个滚轴支撑组件200构建支撑定位体系。

参照图3，一个可选实施方案中，第三支撑架体320呈三角形，位于第三支撑架体320的底部的第一端通过轴转动连接于U形支撑架100，位于第三支撑架100的顶部的第二端和第三端分别通过轴连接滚轮330，第三支撑架体320的第一端与U形支撑架100的端部转动连接，同时，第三支撑架100的顶部的第二端和第三端通过轴转动连接滚轮330，第三支撑架体320可以相对U形支撑架100自由摆动，实现所有4组共8个滚轮330和钢管外圆面完全贴合，同时每个第三支撑架体320上只有1个主动驱动的滚轮330，确保运转更顺畅，更有利于定心操作。

一个可选实施方案中，U形托架310包括支撑梁311和设置在支撑梁311两端的固定架312，支撑梁311横向布置(即沿钢管的径向布置)，固定架312与支撑梁311之间通过螺栓连接，在支撑梁311的长度方向上可以开设多个用于装配螺栓的安装孔，进而便于调节两个固定架312在支撑梁311上的间距，以用于适配不用直径的钢管，固定架312用于装配第三支撑架体320。

一个可选实施方案中，滚轴支撑组件200至少设置4个，并均匀布置在压力钢管的壁厚所在端面的圆周方向上，用于对压力钢管的壁厚所在端面进行多点位的充分支撑。

一个可选实施方案中，滚轴支撑组件200包括支撑板210、滚子支撑架220及滚轴230，支撑板210固定在第一支撑架体110上，滚子支撑架220固定在支撑板210上，滚轴230的两端通过销轴转动连接于支撑板210上，滚轴230的轴向尺寸大于径向尺寸。本方案中，滚轴230的轴向尺寸大，径向尺寸小，和钢管的壁厚方向的端面相接触，具有较多的位置冗余，便于钢管在定心阶段在滚动过程中较容易在其上滑动，实现自动定心。

一个可选实施方案中，第一支撑架体110相对水平面的角度为45度；第二支撑架体120相对水平面的角度为45度，即第一支撑架体110和第二支撑架体120之间的角度α呈90度，角度α的中心线和水平面垂直，通过4组滚轴支撑组件200、两套自定心滚动支撑组件300，12个点线接触实现对超大型钢管的支撑和定位，构成稳定可靠的支撑定位体系。

一个可选实施方案中，第一支撑架体110包括相对设置的两个第一纵梁111以及设置在第一纵梁111之间的多个第一横梁112，两个第一纵梁111的相对侧分别设置有沿其长度方向延伸的第一卡槽113，第一横梁112的两端部插设于第一卡槽113内，第一横梁112的端部分别通过第一螺栓114与第一卡槽113连接；具体地，第一纵梁111上沿长度方向设置多个用于装配第一螺栓114的安装孔，使得第一横梁112可以在第一纵梁111的长度方向的安装位置进行调节；

另外，第一横梁112上设置有沿其长度方向延伸的第二卡槽115，支撑板210的底部设置用于装配第二卡槽115的连接块211，连接块211与第二卡槽115之间通过第二螺栓212连接，也可以在第一横梁112上沿长度方向设置多个用于装配第二螺栓212的安装孔，便于调整支撑板210在第一横梁112的安装位置；

本实施方案中，由于支撑板210连接在第一横梁112上，并且在第一横梁112的安装位置可调节，同时，第一横梁112相对第一纵梁111的安装位置也可以进行调节，同时结合U形支撑架100中两个固定架312在支撑梁311上的安装位置可调节，因此，可以针对不同直径大小的钢管进行适应性调整，以用于适配不用直径的钢管定心定位使用。

本实施例中提供的定心装置主要有以下三个创新点：

第一，安装方便，自动定心，定位准确，大大降低装卸钢管的准备时间。该装置设计有4组滚轴支撑组件200和两套自定心滚动支撑组件300。经受力分析计算，并虚拟仿真模拟整体框架设计了准确的第一支撑架体110和第二支撑架体120的倾斜角度，可以实现钢管吊装安装的自定心作业。

吊装过程采用单吊带单点吊运，倾斜起吊，行车只需把待焊接钢管运送到支撑架100的自定心滚动支撑组件300上，释放吊带，启动驱动装置，通过驱使相应的滚轮330连续正反转，可以高效完成定心定位，做好焊接前准备。该装置有效减少行车吊运定点作业难度，提高安装操作效率，降低工人操作难度。

第二，操作简便，工作效率高，可以实现主动调节。该装置还可以适配主控和反馈电路，通过plc和变频器实现对驱动电机和焊接设备的联动控制。可通过设置不同的参数来实现加劲环的焊接速度、焊接距离和电机转速等焊接参数相互匹配的关系，实现最优焊接效果，从而达到全自动焊接作业的功能。在焊接时能够减少准备时间，减轻作业人员的劳动强度，大幅度提高焊接效率。其中，具体的焊接参数由系统的数据库存储，对应于不同的焊接材料有不同的相关参数，该系统可以采用埋弧焊焊接方法，系统设置有不同的焊接规格参数，具体操作时根据不同的材质选择相应的参数设置。管径，材质，厚度都可以自由选择。

实施例二

如图7所示，本实施例中提供了一种焊接系统，包括上述实施例一中的定心装置，具体的定心装置的结构和原理说明请参照实施例一中的说明。

该焊接系统还包括：

激光测距装置500，激光测距装置500通过第四支撑架700体固定于支撑架100上，激光测距装置500用于对待检测压力钢管表面的多个点位的距离数据进行采集；

数据处理模块，用以接收激光测距装置500采集的距离数据，并将收到的距离数据与预设参数范围进行对比，以判断压力钢管的表面圆跳动数据是否满足预设参数范围；

若表面圆跳动数据大于预设参数范围，则认定压力钢管未处于预设定心位置，数据处理模块输出控制信息至控制模块；

控制模块，用于接收控制信息，并输出控制信号至驱动组件400，驱使滚轮330带动压力钢管按照预设的转速和角速度往复运动，直至压力钢管处于预设定心位置，此时，就可以判断已经达到了最优定位位置，实现了自动定心。

应用时，控制电机正反转，从而驱动刚刚放到支架上并不完全定位的压力钢管，按照不同的转速和角速度，(初始较小速度，逐步增大)，顺逆时针连续正反转，使其转动并震动。在自身重力的作用下，使压力钢管的重心向最低处移动，从而使各个接触点的压力逐步达到平衡点，达到自动定心的目的。

结合顶部安装的激光测距装置，当测距值不断变化时说明钢管的转动还有偏心值存在，当测距值在预设参数范围时，一般认为已经达到了最低点，实现自动定心，该值一般参考设计图纸和检测结果的径向跳动值。也就是说，当激光测距装置的检测值变动量在钢管的径向跳动尺寸范围附近跳动时就可以判断已经达到了最优定位位置，实现了自动定心。

定心完成后，可以启动焊接流程，焊接有两种方法：全自动焊接和手动启动自动焊接；

(1)全自动焊接，启动焊接机械手，到指定焊接位置附近，在预设的监控摄像头和反馈摄像头的辅助下，焊接机械手和驱动管道转动的电机同时工作，自动找正焊缝位置，焊枪自动靠近，自动引弧，开始焊接，焊接过程根据焊接工艺要求，自动调节焊接点位和熔池位置，实现工艺要求的焊接作业。直至完成所有焊接过程。

(2)手动启动，自动焊接。首先按照焊接工艺，设置焊接参数。手动操作焊机运行到焊缝附近，手动引弧，开始焊接。启动驱动电机，管道开始转动，焊接监控扫描摄像头控制焊机微调位置，确保焊接熔池位置，进行自动焊接作业。在焊接过程中可通过监控摄像头观察加劲环与压力钢管的焊接进度，同时焊机根据摄像头反馈的位置信息，自动调节焊点位置，确保焊缝质量。

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)

1.一种用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，包括支撑架、滚轴支撑组件、自定心滚动支撑组件和驱动组件；

所述支撑架包括相对设置的第一支撑架体和第二支撑架体，所述第一支撑架体和第二支撑架体分别相对于水平面倾斜设置；

多个滚轴支撑组件设置在所述第一支撑架体上，用以对压力钢管的壁厚所在端面相接触；

所述自定心滚动支撑组件设置在所述第二支撑架体上，所述自定心滚动支撑组件包括U形托架、第三支撑架体和滚轮，所述U形托架的两端部分别通过轴转动连接所述第三支撑架体，所述第三支撑架体上通过轴转动连接至少两个用于接触压力钢管的外壁的所述滚轮；

所述驱动组件与任一所述滚轮的轴连接，用以驱动所述滚轮转动；

所述滚轮带动压力钢管按照预设的转速和转动行程往复运动，实现压力钢管的自动定心；

所述第一支撑架体相对水平面的角度为45度；所述第二支撑架体相对水平面的角度为45度，所述第一支撑架体和所述第二支撑架体之间的角度α的中线垂直于水平面。

2.如权利要求1所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述自定心滚动支撑组件设置两组，并间隔设置在所述第二支撑架体上。

3.如权利要求1所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述第三支撑架体呈三角形，位于第三支撑架体的底部的第一端通过轴转动连接于U形托架，位于第三支撑架的顶部的第二端和第三端分别通过轴连接所述滚轮。

4.如权利要求1所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述U形托架包括支撑梁和设置在支撑梁两端的固定架，所述固定架与所述支撑梁之间通过螺栓连接，所述固定架用于装配所述第三支撑架体。

5.如权利要求1所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述滚轴支撑组件至少设置4个，并均匀布置在压力钢管的壁厚所在端面的圆周方向上。

6.如权利要求1或5所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述滚轴支撑组件包括支撑板、滚子支撑架及滚轴，所述支撑板固定在第一支撑架体上，所述滚子支撑架固定在支撑板上，所述滚轴的两端通过销轴转动连接于所述支撑板上。

7.如权利要求1所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述滚轴的轴向尺寸大于径向尺寸。

8.如权利要求6所述的用于压力钢管焊接加劲环的定心装置，其特征在于，所述第一支撑架体包括相对设置的两个第一纵梁以及设置在第一纵梁之间的多个第一横梁，两个所述第一纵梁的相对侧分别设置有沿其长度方向延伸的第一卡槽，所述第一横梁的两端部插设于所述第一卡槽内，所述第一横梁的端部分别通过第一螺栓与所述第一卡槽连接；

所述第一横梁上设置有沿其长度方向延伸的第二卡槽，所述支撑板的底部设置用于装配第二卡槽的连接块，所述连接块与所述第二卡槽之间通过第二螺栓连接。

9.一种焊接系统，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的定心装置，还包括：

激光测距装置，所述激光测距装置通过第四支撑架体固定于所述支撑架上，所述激光测距装置用于对待检测压力钢管表面的多个点位的距离进行采集；

数据处理模块，用以接收激光测距装置采集的多个距离数据，并将收到的多个距离数据与预设参数范围进行对比，以判断压力钢管的表面圆跳动数据是否满足预设参数范围；

若表面圆跳动数据大于预设参数范围，则认定压力钢管未处于预设定心位置，所述数据处理模块输出控制信息至控制模块；

控制模块，用于接收控制信息，并输出控制信号至所述驱动组件，进而驱使滚轮带动压力钢管按照预设的转速和角速度往复运动，直至压力钢管处于预设定心位置。