CN1163322C - 用于船的弯曲壳体构件的自动机械 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在造船过程中成形船的壳体构件的弯曲钢板(100)的自动机械。该自动机械带有如下装置以便改进这种状态，如夹具台(10)，支撑钢板；加热装置(21)，包括一个把钢板一侧加热到要求温度(约800℃)的火炬，安装在一个夹具台上方并且前后和左右运动；冷却装置(31)，通过从几个喷嘴(32)喷出冷却剂冷却加热的钢板，它绕火炬安装并且沿与火炬相同的路线运动；测量装置(41)；用安装在冷却装置旁边的量规(41)测量成形的钢板和其他信息，并且经把由量规发送的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器(42)把数据传送到控制系统；驱动装置，包括一条横向导向导轨(51)、一条纵向导向导轨(52)、电机、链条、皮带，所有他们能够使火炬、冷却器、和量规按照一个控制系统的命令运动。
Description
本发明涉及一种在造船过程中用于成形船壳体构件的弯曲钢板的自动机械，更具体地说，涉及一种通过用加热设备局部加热钢板的任一侧能成形弯曲钢板的自动机械。
在船生产过程中，通过按照设计数据用具有任何厚度的钢板成形构件并且焊接这些构件制造船的壳体。
一般地，有两种成形弯曲壳体构件的方法：热成形法和冷成形法。这些方法的热成形法一直用于完成弯曲钢板的制作、双弯曲钢板的二次或纵向成形过程、及除去通过焊接的多余变形，因为焊接通过加热能容易地引起残余热塑性变形。
由于在热成形法中沿直线加热钢板，所以该方法叫做“线加热过程”。该工作一直仅由某些专家手动地进行。一个工人向给定方向用加热火炬和冷却器加热钢板，或者一个人用火炬加热钢板而另一个人沿加热线用冷却器冷却钢板。
而且，在这种样板工作中工人一直使用模板-预先用木材制成以便保证钢板成形多少的量规。如果模板在特定位置完全接触成形钢板，则认为钢板按要求成形。
至今，如上述的那样，弯曲钢板的所有成形过程仅由某些工人手动地进行。这意味着成形过程仅借助于线加热专家的经验进行，而没有利用从准确和理论背景导出的信息。这降低了弯曲钢板成形的生产率，并且不准确地进行制造。但弯曲钢板的成形在造船过程中要求高精度。
总之，其中加热、冷却、和测量由一些专家手动进行的用于船壳体构件的这种以上过程在精确制造方面有困难，并且降低船生产的效率。而且还没有完成船壳体构件的热成形过程的任何自动机械。
为了改进这些问题，在本发明中我们的目的在于提供一种用于船的弯曲壳体构件的成形的自动机械，以根据预制信息而不是熟练工人的经验使通过加热、冷却、和测量钢板的该过程能够系统化、标准化、和自动化。
通过这种热成形工作的自动化，能提高弯曲钢板成形的生产率和其精度，本发明就是关于这样的自动机械。
为了实现以上目的，本发明具有这样的特征，把自动机械设计成通过装有如下装置实现系统和准确的成形过程。
·夹具台，装有支撑任何形状钢板的多个夹具、和通过沿钢板边缘均匀分担负载防止有害变形的负载限制设备
·加热装置，包括一个把钢板一侧局部加热到要求温度(约800℃)的火炬，安装在夹具台上方并且前后和左右运动
·冷却装置，通过从几个喷嘴喷出冷却剂立即冷却加热的钢板，它绕火炬安装并且沿与火炬相同的路线运动
·测量装置，用安装在冷却装置旁边的量规测量成形的钢板和其他信息，并且经把由量规发送的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器把数据传送到控制系统
·驱动装置，包括一条横向导向导轨、一条纵向导向导轨、电机、链条、皮带等，所有他们能够使火炬、冷却器、和量规按照一个控制系统的命令运动
·控制装置，包括主控制器和一个显示装置，其中主控制器在成形期间系统地操纵该机械的操作，并且通过显示装置监视操作状态和结果
根据本发明的一个方面，提供有一种用于船的弯曲壳体构件的自动机械，该机械包括：支撑钢板的夹具台；加热装置，包括一个把钢板一侧加热到要求温度(约800℃)的火炬，安装在夹具台上方并且前后和左右运动；冷却装置，通过从几个喷嘴喷出冷却剂冷却加热的钢板，它绕火炬安装并且沿与火炬相同的路线运动；测量装置，用安装在冷却装置旁边的量规测量成形的钢板和其他信息，并且经把由量规发送的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器把数据传送到控制系统；驱动装置，包括一条横向导向导轨、一条纵向导向导轨、电机、链条、皮带等，所有他们能够使火炬、冷却器、和量规按照一个控制系统的命令运动；及控制装置，包括主控制器和一个显示装置，其中主控制器在成形期间系统地操纵该机械的操作，并且通过显示装置监视操作状态和结果。
根据本发明的另一个方面，加热装置能是气体-氧气火焰、激光、电感应加热、及电子束加热的一种。
根据本发明的另一个方面，提供有一种用于船的弯曲壳体构件的自动机械，该机械带有其冷却方法是水冷却和空气冷却之一的冷却装置。
根据本发明的另一个方面，利用氧化火焰的加热装置包括供气罐、供氧罐、控制气体和氧气量的压力控制器、一个加热设备或火炬、及一个点火器。
根据本发明的另一个方面，夹具台包括负载限制装置和几个夹具，负载限制装置的功能在于均匀地把负载分布在钢板边缘处以便防止有害变形，而夹具的功能在于通过拉伸和收缩支撑钢板的底部并且在其端部装有接触传感器。
由下文给出的详细描述和仅通过说明给出、并因而不限制本发明的附图，将更充分地理解本发明，并且其中：
图1是等轴视图，表示在本发明中用于船的弯曲壳体构件成形的自动线加热机械的总系统构成；
图2是放大等轴视图，详细表示本发明中的主要部分；
图3是前视图，表示本发明中主要部分的内部；及
图4是剖视图，表示我们的发明的工作状态。
根据下面的附图，我们打算明确地解释在我们发明中的自动机械。
图1是等轴视图，表示在本发明中用于船的弯曲壳体构件成形的自动线加热机械的总系统构成。该自动线加热机械包括如下部分：加热目标钢板的加热装置、冷却加热钢板的冷却装置、获得成形钢板的数据和成形信息的测量装置、运动以上装置的驱动装置、用主控制器操纵以上装置和用监视装置显示操作状态和钢板形状的控制系统、及支撑钢板的夹具台。
在本发明中，气体-氧气火焰能用作热源，它包括供气罐(22)、供氧罐(23)、压力控制器(24)、加热设备即一个火炬(21)、及一个点火器(25)。其中压力控制器(24)调节气体和氧气的量。
加热装置应该具有把钢板加热到要求温度的能力。例如，在成形广泛用于造船中的厚钢板的情况下，加热装置需要加热到800℃的能力。
作为一种加热源，激光、感应加热器、电子束等能代替气体-氧气火焰。
图2表示在本发明中的加热设备(21)、点火器(25、冷却装置的冷却剂管(31)及量规(41)的布置。图3表示其前视图。他们布置成单个单元。
上述冷却装置安装在加热设备或火炬(21)周围，并且沿与加热设备(21)相同的路线运动以便增大对钢板(100)的冷却和加热效果。为了仅在加热之后有效果，冷却装置带有几个喷射喷嘴(32)，并且它通过把冷却剂喷洒在钢板(100)上冷却加热钢板。
冷却方法按冷却剂的种类能分组成两种：一种是水冷却法，而另一种是空气冷却法。在水冷却法中，一根水管(31)安装成围绕着加热设备(21)，并且我们使几个喷射喷嘴在该环绕水管(31)上，从而冷却剂、水绕加热位置喷洒。
如果需要空气冷却，我们通过锁住连接在水管(31)上的控制阀能停止水流。使水管在带有加热设备(21)的物体中，从而他们能一起运动。
上述测量装置获得钢板(100)的成形状态，并且把信息传送到控制系统，从而我们通过控制系统的显示装置能检查成形状态。
两种类型的量规可用在测量装置中。一种是使用接触探针测量的接触类型，而另一种是使用激光、红外线等来代替探针的非接触类型。在以上图中，即图2和3中，表明接触型量规(41)。测量装置包括一个量规和一个A/D转换器。量规(41)在过程中测量钢板的形状和成形信息，并且经把用量规获得的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器(42)，把他们传送到控制系统。每当我们需要新的成形信息时，我们就能测量钢板，更不用说钢板的最终状态。
对于上述驱动装置，我们采用一种通用驱动装置。它让包括加热设备(21)和冷却器(31)的成形设备在横向、纵向、及垂直方向运动。就是说，它驱动加热设备(21)、冷却器(31)及测量装置的量规(41)按照控制系统的主控制器的命令运动。它包括一条横向导向导轨(51)、一条纵向导向导轨(52)、及没有表明在图1中的一些部分，如电机、链条、皮带等。
上述控制系统划分成两部分-主控制器(61)和监视装置(62)。主控制器(61)根据诸如位置、方向、和速度之类的成形信息指示驱动装置。监视装置(62)通过显示器表示关于工件钢板的初始信息、目标弯曲钢板、成形信息、及在过程中的成形加工状态。通过把加工状态表示在屏幕上，根据由测量装置测量的数据，该监视装置(62)能够使工人在任何时间检查加工过程的状态。
在上述夹具台(10)上，安装负载限制设备(11)，该设备通过把负载均匀地分布在成形钢板的边缘处防止钢板的任意变形。几个夹具(12)布置在台上，以便支撑目标钢板的底部。
上述夹具(12)是布置在夹具台(10)上且能垂直拉伸和收缩的柱体。在每个夹具的顶部上，安装接触传感器(13)。它通过在控制系统感受到接触之后调节夹具的高度，使得有可能牢固地支撑任何形状的钢板。而且它使控制系统能够检查成形的形状。
如下描述使用包括以上装置的本发明的加工过程。
首先，根据船壳体构件的设计数据把一块钢板(100)布置在夹具台(10)上，并且用负载限制装置(11)固定。
按照输入到其中成形信息的主控制器(61)的指示，当加热、冷却、和测量的设备一起运动时，操作驱动装置以便在钢板(100)上加热、冷却、和测量。
在制造过程中，加热装置通过把钢板局部加热到要求温度使钢板(100)塑性或永久变形，并且支撑钢板边缘的负载限制装置(11)通过其加压加速钢板(100)的变形。
夹具(12)支撑钢板(100)的底部，并且有助于加热钢板(100)变形。变形与夹具支撑的程度有关。因此，重要的是夹具牢固地支撑钢板，而不顾钢板的任意形状。安装在每个夹具(12)上的接触传感器(13)通过感受在钢板(100)与夹具之间的接触使工人能够立即检查成形过程是否成功地完成。
加热装置安装成把钢板加热到约800℃。在该装置中，热源是丙烷气体和氧气的混合物。并且通过调节控制阀能调节温度。
为了使加热效果最大和控制容易，冷却设备-带有几个喷射喷嘴(32)的环绕水管(31)，安装在加热设备即火炬周围。从水管喷洒出的冷却剂冷却钢板的加热部分。
在测量装置中，能采用接触类型或非接触类型作为测量钢板的量规。它使工人能够检查在过程中或结束时的钢板形状。A/D转换器把用以上量规获得的模拟信号转换成数字信号，并且经该转换器把这些转换信号传送到控制系统。
诸如加热、冷却、和测量之类的这些装置连接到驱动装置上，并且他们的运动根据控制系统的指示自动地控制。
如以上详细解释的那样，本发明是关于一种能使船弯曲壳体构件的成形过程自动化的仪器。本发明通过使用同时操作的装置(加热、冷却、和测量装置)、驱动这些装置的驱动装置、及控制每个装置的控制装置，使船弯曲壳体构件的成形过程成为系统的。在本发明中，由于通过加热把负载给出到钢板，所以能高效地引起约束、即支持塑性变形的夹具的机械加压，以制成目标弯曲钢板。通过在夹具上加工，能较快获得信息。因为该机械使用测量装置，所以不必制造模板。
本发明是一种通过非常快速、高效、及准确地自动成形弯曲钢板能显著改进造船过程的非常有用的技术。
尽管为了说明目的已经公开了本发明的最佳实施例，但熟悉本专业的技术人员将认识到各种改进、添加和替换是可能的，而不脱离在附属权利要求书中叙述的本发明的范围和精神。
Claims (5)
1.一种用于船的弯曲壳体构件的自动机械，包括：
夹具台(10)，支撑钢板(100)；
加热装置，包括一个把钢板(100)一侧加热到要求温度800℃的火炬(21)，安装在一个夹具台上方并且前后和左右运动；
冷却装置，通过从几个喷嘴(32)喷出冷却剂冷却加热的钢板，它绕火炬(21)安装并且沿与火炬(21)相同的路线运动；
测量装置，用安装在冷却装置旁边的量规(41)测量成形的钢板(100)和其他信息，并且经把由量规(41)发送的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器把数据传送到控制系统；
驱动装置，包括一条横向导向导轨(51)、一条纵向导向导轨(52)、电机、链条、皮带，所有他们能够使火炬、冷却器、和量规按照一个控制系统的命令运动；及
控制装置，包括主控制器和一个显示装置，其中主控制器在成形期间系统地操纵该机械的操作，并且通过显示装置监视操作状态和结果。
2.根据权利要求1所述用于船的弯曲壳体构件的自动机械，其中所述加热装置能是气体-氧气火焰、激光、电感应加热、及电子束加热的一种。
3.根据权利要求1所述用于船的弯曲壳体构件的自动机械，带有其冷却方法是水冷却和空气冷却之一的冷却装置。
4.根据权利要求2所述用于船的弯曲壳体构件的自动机械，其中利用氧化火焰的所述加热装置包括供气罐(22)、供氧罐(23)、控制气体和氧气量的压力控制器(24)、一个加热设备或火炬(21)、及一个点火器(25)。
5.根据权利要求1所述用于船的弯曲壳体件的自动机械，其中所述夹具台(10)包括负载限制装置(11)和几个夹具(12)，负载限制装置(11)的功能在于均匀地把负载分布在钢板(100)的边缘处以便防止有害变形，而夹具(12)的功能在于通过拉伸和收缩支撑钢板(100)的底部并且在其端部装有接触传感器(13)。
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