CN114918600A - 一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，属于反变形胎架领域。解决了解决加快桥面板焊接施工速度，提高焊接质量，缩小热矫正工序，减少生产成本的技术问题。该反变形胎架的支撑平台间垂直等距安装有n个反弯机构，反弯机构包括顶升装置和两个移动结构，两个移动结构对称安装在顶升装置的两侧，每个移动结构的电机通过传动装置驱使支座滑块在支撑平台内横向左右移动，从而调整U肋板在支撑平台上的坐标位置。本发明增加图像识别传感器会读取当前U肋板的形状参数和材料参数并通过计算机计算出该板的最优反变形量，既精确快捷地对U肋板进行反变形，又实现了完全智能化控制和管理，保证U肋板反弯到最优反变型量。

Description

一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架

技术领域

本发明属于反变形胎架领域，特别是涉及一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架。

背景技术

钢结构桥有着自重轻，跨度大，强度高，施工工期短，易维修，环保节能等优点，如今被广泛的应用于城市桥梁和公路桥梁中。钢结构桥梁的连接方式一般有螺栓连接，铆接连接，焊接连接。焊接连接生产周期短，工序简单，连接强度高，焊件整体刚性大，造价成本底等优点，所以一般钢桥梁的构件连接大多都以焊接的方式连接，但焊接连接不可避免就是焊接残余变形。比如对于U肋桥面板U肋与顶板的连接，较大的热源会使桥面板产生很大横向弯曲变形，为了克服桥面板焊接时产生的较大变形影响后序的组装，常用的方式是将U肋桥面板在反变形胎架上施加外力，使其提前产生与焊接变形相反的弹性变形，然后再焊接，最后将焊接好的U肋板进行火焰进行矫正。如果胎架对U肋板施加反变形量刚好满足焊接产生的变形，这将大大的减小后续火焰矫正的工序时间和成本。

现有的反变形胎架主要由支座、支撑平面、压紧装置、弧形板支撑、液压系统构成，工作原理是将需要进行反变形的U肋板放置在支撑平面上，然后通过压紧装置的横行推力将板的中心支撑点推移到弧形板支撑顶点处，再通过压紧装置对板的两边施加竖向压力使板产生反向的弯曲变形，然后进行焊接，焊接完成冷却到室温后释放压紧装置的压力，这基本能满足常见板型的反变形要求。

但现有反变形胎架在工厂实际生产和应用中，还存在许多问题和缺点：

1、现有反变形胎架反弯过程操作复杂，工作量大，反弯效果不好，智能化程度低；

2、现有反变形胎架面对不同形式的U肋桥面板所需要的不同反变形量难以快速、方便、精确地进行调节；

3、现有反变形胎架不能对于宽度很窄或很宽的U肋板进行反弯；

4、现有反变形胎架焊接时的产生大量的焊渣和焊剂结痂，在胎架上部结构左右转动时会从胎架支撑平面的网孔和两边落入胎架安装池中，难以清理；

5、现有反变形胎架两边压紧装置的竖向液体杆，在焊接过程出现松弛现象，不能保证焊接过程中该板保持一个固定的反变形量。

因此，为了加快桥面板焊接施工速度，提高焊接质量，缩小热矫正工序，减少生产成本，从而促进钢结构桥梁的发展，本次对现有反变形胎架进行改造和升级，研究出一种新型的反变形胎架。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，以解决上述背景技术中提到的为了解决加快桥面板焊接施工速度，提高焊接质量，缩小热矫正工序，减少生产成本的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，包括n个反弯机构和支撑平台，所述支撑平台间垂直等距安装有n个反弯机构，

所述反弯机构包括顶升装置和两个移动结构，两个移动结构对称安装在顶升装置的两侧，每个移动结构包括电机、一号固定支座、支座滑块、传动装置和导向装置，所述电机驱动传动装置进而带动支座滑块沿导向装置移动，所述支座滑块安装在传动装置上，所述一号固定支座安装在支座滑块上，电机通过传动装置驱使支座滑块在支撑平台内横向左右移动，从而调整U肋板在支撑平台上的坐标位置。

更进一步的，所述支撑平台包括支撑框架和支撑平面，所述支撑框架的顶部安装有支撑平面。

更进一步的，所述支撑框架的上下边的顶部均设置有废料收集槽。

更进一步的，所述支撑框架由工字钢纵横焊接以及螺栓连接而成。

更进一步的，所述支撑平面由薄钢板铺设，所述薄钢板的厚度为2-3mm。

更进一步的，在支撑平面的前后两端设置20-30mm高的挡板。

更进一步的，所述传动装置包括传动齿轮和滚珠丝杆，所述电机驱动传动齿轮转动，所述传动齿轮带动滚珠丝杆转动。

更进一步的，所述导向装置包括四个支座滑轮和两个C型钢滑轨，四个支座滑轮分别成对设置在两边C型钢滑轨的内侧，所述四个支座滑轮成对安装在支座滑块的两侧。

与现有技术相比，本发明所述的一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架的有益效果是：

1、本发明将传统支撑平面的网格板改为薄钢板，并在平台左右两边安装废料接受槽，这样就避免了，焊接过程中支撑平台左右旋转调整焊枪姿态时，大量的焊渣和焊剂结痂落入胎架安装池，而是在转动过程中滑落到废料接受槽中，便于收集清理。

2、本发明增加图像识别传感器会读取当前U肋板的形状参数和材料参数并通过计算机计算出该板的最优反变形量，并精准地控制顶升装置的液压杆上弧形顶头的上升高度，这样既精确快捷地对U肋板进行反变形，又实现了完全智能化控制和管理，保证U肋板反弯到最优反变型量，做到精准快捷，整个流程实现智能化操作。

3、本发明巧妙利用顶升装置代替现有的固定弧形板(反弯支撑点)，并将现有固定装置的竖向液压去除变成现在的支座滑块，避免了U肋板在焊接过程中由于焊缝处收缩应力使压紧装置出现压力松弛现象，导致焊接所需的反变形量偏小。对于不同板的不同反变形量能快捷方便地做给出最合适变形量，缩小后续的热矫正时间。

4、本发明的固定装置横向移动改用电机、传动齿轮、滚珠丝杆配合驱动，这有利于操作人员更加方便地调整固定装置的横向左右移动速度，同时也避免了由于液压杆安装长度限制，导致左右两边压紧装置的最小以及最大距离不能满足宽度很窄或很宽的U肋板的反弯。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架的主视图；

图2为本发明所述的一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架的俯视图；

图3为本发明所述的一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架的仰视图；

图4为本发明所述的反弯机构的侧视图；

图5为本发明所述的反弯机构的立体图；

图中：1-支撑平台，2-反弯机构，3-支撑平面，4-一号废料收集槽，5-二号废料收集槽，6-盖板，7-支撑框架，8-顶升装置，

2-1-弧形顶头，2-2-顶升液压，2-3-电机，2-4-C型钢滑轨，2-5-滚珠丝杆，2-6-传动齿轮，2-7-一号固定支座，2-8-支座滑块，2-9-支座滑轮，2-10-二号固定支座。

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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。

一、具体实施方式一，参见图1-5说明本实施方式，一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，包括n个反弯机构2和支撑平台1，所述支撑平台1间垂直等距安装有n个反弯机构2，

所述反弯机构包括顶升装置8和两个移动结构，两个移动结构对称安装在顶升装置8的两侧，每个移动结构包括电机2-3、一号固定支座2-7、支座滑块2-8、传动装置和导向装置，所述电机2-3驱动传动装置进而带动支座滑块2-8沿导向装置移动，所述支座滑块2-8安装在传动装置上，所述一号固定支座2-7安装在支座滑块2-8上，电机2-3通过传动装置驱使支座滑块2-8在支撑平台1内横向左右移动，从而调整U肋板在支撑平台1上的坐标位置。

所述支撑平台1包括支撑框架7和支撑平面3，所述支撑框架7的顶部安装有支撑平面3。

所述支撑框架7的上下边的顶部均设置有废料收集槽。

所述支撑框架7由工字钢纵横焊接以及螺栓连接而成。

所述支撑平面3由薄钢板铺设，所述薄钢板的厚度为2-3。

在支撑平面3的前后两端设置20-30mm高的挡板。

所述传动装置包括传动齿轮2-6和滚珠丝杆2-5，所述电机2-3驱动传动齿轮2-6转动，所述传动齿轮2-6带动滚珠丝杆2-5转动。

所述导向装置包括四个支座滑轮2-9和C型钢滑轨2-4，四个支座滑轮2-9分别成对设置在C型钢滑轨2-4的内侧，所述四个支座滑轮2-9成对安装在支座滑块2-8的两侧。

该新型胎架由4个反弯机构2和支撑平台1构成，如图1。

支撑平台1包括支撑框架7、盖板6、支撑平面3和两个废料收集槽，其中支撑框架7由工字钢纵横焊接以及螺栓连接构成，支撑平面3由薄钢板铺设，所述薄钢板的厚度为2-3mm。

在支撑平面3的前后两端可以设置20-30mm高的挡板，防止支撑平面3上的废料从平台两端落入安装池中。

作用：支撑平台1主要为操作人员对U肋板进行反弯时提供一个宽敞的作业平台，其中盖板6一是防止废料落入反弯机构2的动力装置安装孔内，二是防止操作人员与动力装置有直接接触。两个废料收集槽主要接收平台表面上滑落的焊渣、焊剂结痂以及铁锈。

反弯机构2是该新型胎架的主要部分，反弯机构2包括固定装置、顶升装置8、动力装置、传动装置以及导向装置，其中固定装置由固定支座2-7和支座滑块2-8组成；顶升装置8由弧形顶头2-1和顶升液压2-2组成；动力装置由顶升液压2-2和电机2-3构成；传动装置由传动齿轮2-6和滚珠丝杆2-5组成；导向装置由支座滑轮2-9和C型钢滑轨2-4组成。

作用：该机构负责将U肋板固定到胎架支撑平台1的准确位置并对U肋板进行反弯。

工作原理：电机2-3通过传动装置驱使固定装置在支撑平面3上横向左右移动，从而调整U肋板在支撑平台上的坐标位置，保证U肋板的横向中心线与顶升装置的中心线重合，然后安装在支撑平台1上的图像识别传感器会读取当前U肋板的形状参数和材料参数，并通过计算机计算出该板的最优反变形量，并精准地控制固定装置和顶升装置8的动力系统，使U肋板移动到支撑平面3指定的位置并进行精确地反弯。这样该U肋板以两边的固定支座为支点，在弧形顶头的作用力下，该U肋板反弯到最优挠度值。

总结：

1、反弯机构2完全避免对于不用U肋板的不同反变形量，操作人员需要凭经验来判断，然后人为调整固定装置的竖向液压来保证每张板达到合适反变量的情况，而是全部由计算机自动识别计算，并控制顶升装置8来完成，既快捷又精确。

2、用顶升装置8代替现有的固定弧形板(反弯支撑点)，并将现有固定装置的竖向液压去除变成现在的支座滑块2-8，也就是将现有的两边受力中间固定的形式改成现有的中间受力两边固定的形式，这样就避免了U肋板在焊接过程中，由于焊缝处收缩应力使压紧装置出现压力松弛现象，同时也减少液压杆的数量。

4、将固定装置横向移动的动力装置由液压改为电机2-3，这有利于操作人员更加方便地调整固定装置的横向左右移动速度，同时也避免了由于液压杆安装长度限制，导致左右两边压紧装置的最小以及最大距离不能满足宽度很窄或很宽的U肋板的反弯。

本发明所述的一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架的发明点论述：

1、现在对U肋板反弯整个的过程全部需要操作人员人为的进行调整和完成，首先操作人员凭借经验得到该板的反变形量，最后通过液压系统来调节压紧装置的压力大小，使板在两边压力中间支撑的作用下达到合适的反弯量。这样通过人为经验判断和操作既不准确也不方便，工作量也很大，总是会过多或过少的判断，导致板过多或过少的被反弯，增加后续的火焰矫正时间，导致生产效率低；

本发明的创新点：本发明增加图像识别传感器会读取当前U肋板的形状参数和材料参数，并通过计算机计算出该板的最优反变形量，并精准地控制顶升装置8的顶升液压2-2上弧形顶头2-1的上升高度，自动控制胎架的动力装置，来完成整反变形的整个过程。这样既精确快捷地对U肋板进行反变形，又实现了完全智能化控制和管理。保证每张不同的U肋板都能反弯到最优反变形量，做到精准快捷，整个流程实现智能化操作，提高生产效率。

2、现有反变形胎架对U肋板进行反弯时，是以中间的反弯支撑结构为支撑点，然后通过两边的压紧装置对板的两边进行施压，将板压到合适的反变形量。但对于对不同形式的U肋桥面板所需要反变形量也就不同，特别是对于一些较大的桥面板，需很大的反变形量，由于传统胎架中间的反弯支撑结构是一排固定的弧形板，如果支撑弧形板的高度不够，这时给予板的反变形量就会偏小，相反对于较小的板就会偏大。所以这样的反弯形式很不便于操作人员对不同板给出相应的反变形量，导致过度或过少地反变形。

本发明的创新点：本发明巧妙利用顶升装置8代替现有的固定弧形板(反弯支撑点)，对于不同板的不同反变形量能快捷方便地做给出最合适变形量，缩小后续的热矫正时间。

3、现有反变形胎架是通过在胎架两边的压紧装置上安装与胎架宽度平行液压杆来实现压紧装置的横向移动，但液压杆的行程越长其安装距离也就越长，这就限制了左右两边压紧装置最小以及最大距离，导致胎架不能对宽度很窄或很宽的U肋板进行反弯。同时现有胎架的横向动力液压杆都是错位安装，导致压紧装置的横向推力并不在同一条轴线上，受力也不对称，从而导致机械不协调运转产生机械磨损。

本发明的创新点：与现有胎架液压杆驱动固定装置的横向移动相比，本发明的固定装置横向移动改用电机2-3、传动齿轮2-6、滚珠丝杆2-5配合驱动，电机2-3、传动齿轮2-6、滚珠丝杆2-5配合驱动更利于固定装置的横向左右移动实现自动化。这有利于操作人员更加方便地调整固定装置的横向左右移动速度，同时也避免了由于液压杆安装长度限制，导致左右两边压紧装置的最小以及最大距离不能满足宽度很窄或很宽的U肋板的反弯，更容易满足胎架对于宽度很窄或很宽的U肋板的反变形。同时也保证动力系统对压紧装置的横向推力力在同一条轴线线上且对称，避免了不对称受力造成的机械磨损。同时也保证动力系统对压紧装置的横向推力力在同一条轴线线上且对称，避免了不对称受力造成的机械磨损。

4、现有胎架的支撑平面表面一般采用冲孔板或者钢丝网进行铺设，在焊接过程中胎架转动调整焊枪姿态时，产生的大量焊渣和焊剂结痂会通过网孔和支撑平面两边落入到胎架安装池中，很难清理。

本发明的创新点：本发明将传统支撑平面的网格板改为薄钢板，并在支撑平台1左右两边安装废料接受槽，这样就避免了焊接过程中支撑平台1左右旋转调整焊枪姿态时，大量的焊渣和焊剂结痂落入胎架安装池，而是在转动过程中滑落到废料接受槽中，便于收集清理。

5、现有反变形胎架两边的压紧装置是依赖压紧装置上竖向液体杆提供压力，在U肋板焊接过程中焊接收缩应力产生附加横向弯矩会使压紧装置出现压力松弛现象，不能保证焊接过程中该板一直保持一个固定的反变形量。

本发明的创新点：将现有固定装置的竖向液压去除变成现在的支座滑块2-8，避免了U肋板在焊接过程中，由于焊缝处收缩应力使得两边的压紧装置出现压力松弛现象，同时也减少液压杆的数量。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：包括n个反弯机构(2)和支撑平台(1)，所述支撑平台(1)间垂直等距安装有n个反弯机构(2)，

所述反弯机构包括顶升装置(8)和两个移动结构，两个移动结构对称安装在顶升装置(8)的两侧，每个移动结构包括电机(2-3)、一号固定支座(2-7)、支座滑块(2-8)、传动装置和导向装置，所述电机(2-3)驱动传动装置进而带动支座滑块(2-8)沿导向装置移动，所述支座滑块(2-8)安装在传动装置上，所述一号固定支座(2-7)安装在支座滑块(2-8)上，电机(2-3)通过传动装置驱使支座滑块(2-8)在支撑平台(1)内横向左右移动，从而调整U肋板在支撑平台(1)上的坐标位置。

2.根据权利要求1所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述支撑平台(1)包括支撑框架(7)和支撑平面(3)，所述支撑框架(7)的顶部安装有支撑平面(3)。

3.根据权利要求2所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述支撑框架(7)的上下边的顶部均设置有废料收集槽。

4.根据权利要求2或3所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述支撑框架(7)由工字钢纵横焊接以及螺栓连接而成。

5.根据权利要求2或3所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述支撑平面(3)由薄钢板铺设，所述薄钢板的厚度为2-3mm。

6.根据权利要求2或3所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：在支撑平面(3)的前后两端设置20-30mm高的挡板。

7.根据权利要求1所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述传动装置包括传动齿轮(2-6)和滚珠丝杆(2-5)，所述电机(2-3)驱动传动齿轮(2-6)转动，所述传动齿轮(2-6)带动滚珠丝杆(2-5)转动。

8.根据权利要求1或7所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述导向装置包括四个支座滑轮(2-9)和C型钢滑轨(2-4)，四个支座滑轮(2-9)分别成对设置在C型钢滑轨(2-4)的内侧，所述四个支座滑轮(2-9)成对安装在支座滑块(2-8)两侧。

9.根据权利要求1所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：所述顶升装置(8)包括弧形顶头(2-1)和顶升液压(2-2)，所述顶升液压(2-2)驱动弧形顶头(2-1)升降。

10.根据权利要求1所述的钢箱梁桥面板外焊焊接智能系统的反变形胎架，其特征在于：支撑平台(1)上还安装图像识别传感器，所述图像识别传感器读取当前U肋板的形状参数和材料参数，并通过计算机计算出该板的最优反变形量，并精准地控制支座滑块(2-8)和顶升装置(8)的动力系统，使U肋板移动到支撑平面(3)指定的位置并进行精确地反弯，这样该U肋板以两边的固定支座为支点，在弧形顶头的作用力下，该U肋板反弯到最优挠度值。

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