CN114986053A - 一种金属管内壁焊接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属管内壁焊接结构，包括牵引体、连接体和从动体，所述连接体的外表面上固定安装摄像头和机械手安装座，所述机械手安装座上安装用于焊接的机械手，所述牵引体的左侧面上设有圆环形的豁槽一，所述豁槽一与牵引体的外表面连通，所述豁槽一内固定安装有圆环形的气囊一，所述豁槽一内安装有若干支撑腿一，所述支撑腿一的另一端上安装电动轮，所述从动体的右侧面上设有圆环形的豁槽二，所述豁槽二内固定安装有圆环形的气囊二，所述豁槽二内安装有若干支撑腿二，所述支撑腿二的另一端上安装麦克纳姆轮。本发明的有益效果是，制造成本低，使用和维护的难度小。

Description

一种金属管内壁焊接结构

技术领域

本发明涉及管道焊接技术领域，特别是一种金属管内壁焊接结构。

背景技术

在石油钻采和化工行业中，大口径直缝钢管是比较常用的管道，大口径直缝钢管以其壁厚大、材质好、加工工艺稳定，成为目前国内外大型油气输送工程的首选钢管。

在大口径直缝钢管的生产过程中，工作人员一般都是先将钢板弯曲后焊接成钢管段，再将各段钢管首尾对齐拼接并通过管内焊接的方式制成完整的钢管管道。由于钢管管道的长度较长，因此在管内焊接的过程中必须采用相应的钢管管内焊接装置。然而现有的管内焊接装置为了满足自动化焊接的需求，采用多个电机作为驱动和控制部件，这就大大增加了管内焊接装置的制造成本，同时也提升了后期使用的维护成本和维护难度，无法满足企业越来越高的生产需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种金属管内壁焊接结构。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种金属管内壁焊接结构，包括牵引体、连接体和从动体，所述牵引体的前表面、后表面、上表面和下表面构成了牵引体的外表面，所述从动体的前表面、后表面、上表面和下表面构成了从动体的外表面，所述连接体的前表面、后表面、上表面和下表面构成了连接体的外表面，所述牵引体的右侧面上设有连接端，所述连接体的左端与连接端活动连接，所述连接体的右端与从动体的左侧面固定连接，所述连接体的外表面上固定安装摄像头和机械手安装座，所述摄像头和机械手安装座位于连接体的同一侧，所述机械手安装座上安装用于焊接的机械手，

所述牵引体的左侧面上设有圆环形的豁槽一，所述豁槽一与牵引体的外表面连通，所述豁槽一内固定安装有圆环形的气囊一，所述气囊一与豁槽一形成同心圆环，所述气囊一靠近牵引体的左侧面，所述豁槽一内安装有若干支撑腿一，若干支撑腿一围绕着豁槽一的圆心等距离的分布在同一圆周上，所述支撑腿一的一端通过销轴与豁槽一的内表面活动连接并能够围绕销轴翻转，所述支撑腿一的一端位于气囊一和豁槽一底面之间，气囊一在充气膨胀时能够挤压支撑腿一围绕销轴向牵引体外侧翻转，所述支撑腿一的另一端上安装电动轮，所述从动体的右侧面上设有圆环形的豁槽二，所述豁槽二与从动体的外表面连通，所述豁槽二内固定安装有圆环形的气囊二，所述气囊二与豁槽二形成同心圆环，所述气囊二靠近从动体的右侧面，所述豁槽二内安装有若干支撑腿二，若干支撑腿二围绕着豁槽二的圆心等距离的分布在同一圆周上，所述支撑腿二的一端通过销轴与豁槽二的内表面活动连接并能够围绕销轴翻转，所述支撑腿二的一端位于气囊二和豁槽二底面之间，气囊二在充气膨胀时能够挤压支撑腿二围绕销轴向从动体外侧翻转，所述支撑腿二的另一端上安装麦克纳姆轮。

所述牵引体内固定安装伺服电机，连接端上设有通孔，所述伺服电机的转轴向右穿过通孔伸出连接端的右侧面，所述连接端的右侧面上设有圆环形的滑槽，所述连接体的左侧面上设有圆环形的滑轨，所述滑轨能够嵌入滑槽并在滑槽内滑动，所述连接体的左侧面上设有凹槽，所述凹槽的位置与伺服电机的转轴对应，所述伺服电机的转轴上固定安装连接板，所述连接板伸入凹槽并通过螺丝与凹槽固定连接。

所述滑轨是截面为工字形的圆环轨道，所述滑槽的形状与滑轨的形状相匹配，所述滑槽的中心线、滑轨的中心线和伺服电机转轴的中心线重合，所述伺服电机能够带动连接体和从动体同步转动。

所述滑轨嵌入滑槽后能够与滑槽的内表面形成过盈配合。

所述气囊一的内圆与豁槽一的内表面固定连接，在气囊一未充气时，所述气囊一的外圆与豁槽一圆心之间的距离值要小于支撑腿一一端与豁槽一圆心之间的距离值，在气囊一充气后，所述气囊一的外圆与豁槽一圆心之间的距离值要大于支撑腿一一端与豁槽一圆心之间的距离值，所述气囊二的内圆与豁槽二的内表面固定连接，在气囊二未充气时，所述气囊二的外圆与豁槽二圆心之间的距离值要小于支撑腿二一端与豁槽二圆心之间的距离值，在气囊二充气后，所述气囊二的外圆与豁槽二圆心之间的距离值要大于支撑腿二一端与豁槽二圆心之间的距离值。

所述气囊一和气囊二上均设有气嘴，所述气嘴能够通过软管与气泵连接，所述气囊一和气囊二均是截面为矩形的圆环结构。

所述气嘴上安装有阀门，当气囊一和气囊二需要充气时，气嘴与软管连接，气嘴上的阀门打开，气泵通过软管向气囊一和气囊二内充气，当气囊一和气囊二完成充气过程后，气嘴上的阀门关闭，气嘴与软管脱离。

所述连接体的外表面还固定安装配重体，所述配重体位于连接体的另一侧，所述配重体的位置与摄像头和机械手安装座的位置关于连接体的中心线对称，所述配重体的重量与摄像头和机械手安装座的重量之和相匹配，当连接体在伺服电机的驱动下发生转动时，配重体的重量与摄像头和机械手安装座的重量之和形成平衡。

所述牵引体、连接体和从动体均为圆柱形结构，所述牵引体的中心线、连接体的中心线和从动体的中心线均位于同一条直线上，所述牵引体的直径与从动体的直径相同，所述连接体的直径要小于牵引体的直径。

有益效果

利用本发明的技术方案制作的一种金属管内壁焊接结构，其具有如下优势：

1、本装置利用两个气囊实现支撑腿一和支撑腿二在管道内部的展开和固定效果，无需电动元件驱动，有效的控制了整个装置的制造成本，同时通过一个伺服电机控制连接体和从动体的转动角度，为持续的焊接工作提供了保障；

2、本装置通过支撑腿二上的麦克纳姆轮来辅助伺服电机驱动连接体和从动体转动，为摄像头和焊接机械手的角度调整提供了结构支持；

3、本装置结构设计简单，采用的电动元件较少，制造成本低，后期的使用和维护难度小，故障率低。

附图说明

图1是本发明所述一种金属管内壁焊接结构的结构示意图；

图2是本发明所述牵引体左侧面的结构示意图；

图3是本发明所述连接体的结构示意图；

图4是本发明所述连接端的结构示意图；

图中，1、牵引体；2、连接体；3、从动体；4、连接端；5、摄像头；6、机械手安装座；7、豁槽一；8、气囊一；9、支撑腿一；10、电动轮；11、豁槽二；12、气囊二；13、支撑腿二；14、麦克纳姆轮；15、伺服电机；16、滑槽；17、滑轨；18、凹槽；19、连接板；20、配重体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-4所示；

本申请的创造点在于，在牵引体的左侧面上设有圆环形的豁槽一7，所述豁槽一与牵引体的外表面连通，所述豁槽一内固定安装有圆环形的气囊一8，所述气囊一与豁槽一形成同心圆环，所述气囊一靠近牵引体的左侧面，所述豁槽一内安装有若干支撑腿一9，若干支撑腿一围绕着豁槽一的圆心等距离的分布在同一圆周上，所述支撑腿一的一端通过销轴与豁槽一的内表面活动连接并能够围绕销轴翻转，所述支撑腿一的一端位于气囊一和豁槽一底面之间，气囊一在充气膨胀时能够挤压支撑腿一围绕销轴向牵引体外侧翻转，所述支撑腿一的另一端上安装电动轮10，所述从动体的右侧面上设有圆环形的豁槽二11，所述豁槽二与从动体的外表面连通，所述豁槽二内固定安装有圆环形的气囊二12，所述气囊二与豁槽二形成同心圆环，所述气囊二靠近从动体的右侧面，所述豁槽二内安装有若干支撑腿二13，若干支撑腿二围绕着豁槽二的圆心等距离的分布在同一圆周上，所述支撑腿二的一端通过销轴与豁槽二的内表面活动连接并能够围绕销轴翻转，所述支撑腿二的一端位于气囊二和豁槽二底面之间，气囊二在充气膨胀时能够挤压支撑腿二围绕销轴向从动体外侧翻转，所述支撑腿二的另一端上安装麦克纳姆轮14。

本申请的创造点还在于，在牵引体内固定安装伺服电机15，连接端上设有通孔，所述伺服电机的转轴向右穿过通孔伸出连接端的右侧面，所述连接端上设有圆环形的滑槽16，所述连接体的左侧面上设有圆环形的滑轨17，所述滑轨能够嵌入滑槽并在滑槽内滑动，所述连接体的左侧面上设有凹槽18，所述凹槽的位置与伺服电机的转轴对应，所述伺服电机的转轴上固定安装连接板19，所述连接板伸入凹槽并通过螺丝与凹槽固定连接，所述滑轨是截面为工字形的圆环轨道，所述滑槽的形状与滑轨的形状相匹配，所述滑槽的中心线、滑轨的中心线和伺服电机转轴的中心线重合，所述伺服电机能够带动连接体和从动体同步转动，所述滑轨嵌入滑槽后能够与滑槽的内表面形成过盈配合。

本申请的创造点还在于，在气囊一未充气时，所述气囊一的外圆与豁槽一圆心之间的距离值要小于支撑腿一一端与豁槽一圆心之间的距离值，在气囊一充气后，所述气囊一的外圆与豁槽一圆心之间的距离值要大于支撑腿一一端与豁槽一圆心之间的距离值，在气囊二未充气时，所述气囊二的外圆与豁槽二圆心之间的距离值要小于支撑腿二一端与豁槽二圆心之间的距离值，在气囊二充气后，所述气囊二的外圆与豁槽二圆心之间的距离值要大于支撑腿二一端与豁槽二圆心之间的距离值，所述气囊一和气囊二上均设有气嘴，所述气嘴能够通过软管与气泵连接，所述气囊一和气囊二均是截面为矩形的圆环结构，所述气嘴上安装有阀门，当气囊一和气囊二需要充气时，气嘴与软管连接，气嘴上的阀门打开，气泵通过软管向气囊一和气囊二内充气，当气囊一和气囊二完成充气过程后，气嘴上的阀门关闭，气嘴与软管脱离。

本申请的创造点还在于，在连接体的外表面还固定安装配重体20，所述配重体位于连接体的另一侧，所述配重体的位置与摄像头和机械手安装座的位置关于连接体的中心线对称，所述配重体的重量与摄像头和机械手安装座的重量之和相匹配，当连接体在伺服电机的驱动下发生转动时，配重体的重量与摄像头和机械手安装座的重量之和形成平衡。

本技术方案采用的电子器件包括：

伺服电机及其配套的控制器和电源；

电动轮及其配套的控制器和电源；

以上电子器件均采用现有产品，本申请的技术方案对于上述电子器件的结构没有特殊要求和改变，上述电子器件均属于常规电子设备；

在本技术方案实施的过程中，本领域人员需要将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明；

本申请技术方案在实施过程中，工作人员将本装置放入金属管道的一端，然后将气囊一的气嘴和气囊二的气嘴分别通过软管与气泵的出气口连接，开启气泵为气囊一和气囊二充气，气嘴上的阀门打开，气泵通过软管向气囊一和气囊二内充气，气囊一和气囊二在充气的过程中开始膨胀，膨胀的气囊一将若干支撑腿一撑开，支撑腿一另一端的电动轮抵住管道内壁，若干展开的支撑腿一将牵引体支撑在管道中；同样的，膨胀的气囊二将若干支撑腿二撑开，支撑腿二另一端的麦克纳姆轮轮抵住管道内壁，若干展开的支撑腿二将从动体支撑在管道中；当气囊一和气囊二完成充气过程后，气嘴上的阀门关闭，气嘴与软管脱离。

工作人员通过电动轮的控制器控制电动轮转动，进而带动整个装置沿着管道的内壁移动，当整个装置移动到需要焊接的位置时，电动轮停止转动，工作人员控制伺服电机带动连接体、从动体、支撑腿二和麦克纳姆轮围绕伺服电机转轴的中心线转动并通过摄像头寻找和确认焊接的起始点，然后控制焊接机械手从焊接的起始点对管道内壁进行焊接，在焊接的过程中，工作人员可通过伺服电机持续调整连接体的角度，保证摄像头和焊接机械手的对管道内壁的焊接。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属管内壁焊接结构，包括牵引体（1）、连接体（2）和从动体（3），所述牵引体的前表面、后表面、上表面和下表面构成了牵引体的外表面，所述从动体的前表面、后表面、上表面和下表面构成了从动体的外表面，所述连接体的前表面、后表面、上表面和下表面构成了连接体的外表面，所述牵引体的右侧面上设有连接端（4），所述连接体的左端与连接端活动连接，所述连接体的右端与从动体的左侧面固定连接，所述连接体的外表面上固定安装摄像头（5）和机械手安装座（6），所述摄像头和机械手安装座位于连接体的同一侧，所述机械手安装座上安装用于焊接的机械手，其特征在于，

所述牵引体的左侧面上设有圆环形的豁槽一（7），所述豁槽一与牵引体的外表面连通，所述豁槽一内固定安装有圆环形的气囊一（8），所述气囊一与豁槽一形成同心圆环，所述气囊一靠近牵引体的左侧面，所述豁槽一内安装有若干支撑腿一（9），若干支撑腿一围绕着豁槽一的圆心等距离的分布在同一圆周上，所述支撑腿一的一端通过销轴与豁槽一的内表面活动连接并能够围绕销轴翻转，所述支撑腿一的一端位于气囊一和豁槽一底面之间，气囊一在充气膨胀时能够挤压支撑腿一围绕销轴向牵引体外侧翻转，所述支撑腿一的另一端上安装电动轮（10），所述从动体的右侧面上设有圆环形的豁槽二（11），所述豁槽二与从动体的外表面连通，所述豁槽二内固定安装有圆环形的气囊二（12），所述气囊二与豁槽二形成同心圆环，所述气囊二靠近从动体的右侧面，所述豁槽二内安装有若干支撑腿二（13），若干支撑腿二围绕着豁槽二的圆心等距离的分布在同一圆周上，所述支撑腿二的一端通过销轴与豁槽二的内表面活动连接并能够围绕销轴翻转，所述支撑腿二的一端位于气囊二和豁槽二底面之间，气囊二在充气膨胀时能够挤压支撑腿二围绕销轴向从动体外侧翻转，所述支撑腿二的另一端上安装麦克纳姆轮（14）。

2.根据权利要求1所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述牵引体内固定安装伺服电机（15），连接端上设有通孔，所述伺服电机的转轴向右穿过通孔伸出连接端的右侧面，所述连接端的右侧面上设有圆环形的滑槽（16），所述连接体的左侧面上设有圆环形的滑轨（17），所述滑轨能够嵌入滑槽并在滑槽内滑动，所述连接体的左侧面上设有凹槽（18），所述凹槽的位置与伺服电机的转轴对应，所述伺服电机的转轴上固定安装连接板（19），所述连接板伸入凹槽并通过螺丝与凹槽固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述滑轨是截面为工字形的圆环轨道，所述滑槽的形状与滑轨的形状相匹配，所述滑槽的中心线、滑轨的中心线和伺服电机转轴的中心线重合，所述伺服电机能够带动连接体和从动体同步转动。

4.根据权利要求3所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述滑轨嵌入滑槽后能够与滑槽的内表面形成过盈配合。

5.根据权利要求1所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述气囊一的内圆与豁槽一的内表面固定连接，在气囊一未充气时，所述气囊一的外圆与豁槽一圆心之间的距离值要小于支撑腿一一端与豁槽一圆心之间的距离值，在气囊一充气后，所述气囊一的外圆与豁槽一圆心之间的距离值要大于支撑腿一一端与豁槽一圆心之间的距离值，所述气囊二的内圆与豁槽二的内表面固定连接，在气囊二未充气时，所述气囊二的外圆与豁槽二圆心之间的距离值要小于支撑腿二一端与豁槽二圆心之间的距离值，在气囊二充气后，所述气囊二的外圆与豁槽二圆心之间的距离值要大于支撑腿二一端与豁槽二圆心之间的距离值。

6.根据权利要求5所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述气囊一和气囊二上均设有气嘴，所述气嘴能够通过软管与气泵连接，所述气囊一和气囊二均是截面为矩形的圆环结构。

7.根据权利要求6所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述气嘴上安装有阀门，当气囊一和气囊二需要充气时，气嘴与软管连接，气嘴上的阀门打开，气泵通过软管向气囊一和气囊二内充气，当气囊一和气囊二完成充气过程后，气嘴上的阀门关闭，气嘴与软管脱离。

8.根据权利要求1所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述连接体的外表面还固定安装配重体（20），所述配重体位于连接体的另一侧，所述配重体的位置与摄像头和机械手安装座的位置关于连接体的中心线对称，所述配重体的重量与摄像头和机械手安装座的重量之和相匹配，当连接体在伺服电机的驱动下发生转动时，配重体的重量与摄像头和机械手安装座的重量之和形成平衡。

9.根据权利要求1所述的一种金属管内壁焊接结构，其特征在于，所述牵引体、连接体和从动体均为圆柱形结构，所述牵引体的中心线、连接体的中心线和从动体的中心线均位于同一条直线上，所述牵引体的直径与从动体的直径相同，所述连接体的直径要小于牵引体的直径。

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