CN117817074B - 一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了应用于焊接设备领域的一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备，通过两组夹持机构的设计，能快速夹持待焊接塔筒的塔身，通过同轴机构、夹持机构的单独相对或相向位移，实现不同长度的塔筒夹持需求，通过同轴机构的调节实现两组对接塔筒的同轴度，通过夹持机构、同轴机构的同步相对或相向位移，实现塔筒焊接缝隙的大小调节，在焊接完毕后，通过从动辊的持续相对靠近，可挤压塔筒排出夹持机构内，实现自动卸料作业，本发明能对不同直径、长度的塔筒进行焊接作业，夹持稳定、同轴及焊缝间隙调节自动高效，具有市场前景，适合推广应用。

Description

一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备

技术领域

本申请涉及焊接设备领域，特别涉及一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备。

背景技术

风电塔筒基础环是整个风电塔筒的根基，它承受着风载、桨叶等多方面的交变应力及塔筒、风机的压力，因此风电塔筒多采用高强度钢材料制备，由于风电塔筒长度较大，为提升运输的便捷性和制备效率，现有技术中，多采用分段式焊接成便于运输组装的小分段，再运输至现场进行二次焊接组装，其中在小分段阶段，塔筒多采用人工焊接，其需要进行同轴调节、焊缝调节等准备工作，焊接效率低，且在焊接过程中，由于焊接角度的不同，焊缝成型质量不一，为此提出一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备来解决以上问题。

发明内容

本申请目的在于现有的高强度钢塔筒焊接质量不一、焊接效率差的技术问题，相比现有技术提供一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备，包括焊接机构和主滑台，焊接机构设置在主滑台的中部，焊接机构包括焊接基座，焊接基座的底部固定有副滑台，副滑台与主滑台垂直连接，焊接基座远离副滑台的一侧转动连接有摆臂，摆臂的顶部固定有焊接罩，焊接罩内固定有焊枪，焊接罩的两侧还对称转动连接有抵触轮；

主滑台上对称滑动连接有两组夹持机构，夹持机构用于夹持待焊接塔筒的塔身，夹持机构包括与主滑台相匹配的第二滑座，第二滑座上固定有两组对称设置的支架，两组支架间转动连接有驱动辊，驱动辊的两侧还对称设有两组从动辊，第二滑座的一侧固定有升降机构，升降机构包括升降气缸，升降气缸的输出端固定有上夹块，支架上设有调节两组从动辊间距的调节机构，支架上还设有带动驱动辊旋转的驱动机构。

进一步的，主滑台上对称滑动连接有两组同轴机构，同轴机构用于调节两组待焊接塔筒的同轴度，同轴机构包括与主滑台相匹配的第一滑座，第一滑座上固定有升降线性模组，升降线性模组的输出端转动连接有锥形塞。

进一步的，驱动机构包括固定在支架上的驱动电机，驱动电机的输出端固定有花键轴，花键轴上套接有驱动齿轮，驱动齿轮上设有与花键轴相匹配的花键槽。

进一步的，驱动辊上设有防滑纹理，驱动辊的两端均固定有从动齿轮，从动齿轮与驱动齿轮相啮合。

进一步的，调节机构包括四组相对设置的夹持架，从动辊转动连接在两组相对的夹持架间，夹持架的底部均固定有调节杆，同一侧的两组调节杆呈旋转对称设置，调节杆的一侧设有限位轨，调节杆的另一侧设有调节齿条，两组调节杆上的调节齿条相对设置，调节齿条与驱动齿轮分时啮合，两组调节杆相对的一侧还设有第一锁紧齿条。

进一步的，两组调节杆的一侧还设有锁紧机构，锁紧机构上设有两组对称设置的限位滑槽，限位滑槽与限位轨相匹配，锁紧机构上还设有两组对称设置的第二锁紧齿条，第二锁紧齿条与第一锁紧齿条相匹配，锁紧机构整体转动连接在驱动齿轮的一端，锁紧机构与花键轴间还固定有复位拉簧。

进一步的，调节齿条与驱动齿轮间通过分时机构实现分时啮合，分时机构包括固定在第二滑座上的执行气缸，执行气缸的输出端固定有连杆，连杆的两端对称固定有楔形块，楔形块上设有与花键轴相对应的插入豁口。

进一步的，摆臂由摆幅电机驱动，摆幅电机为伺服电机，抵触轮为金属轮结构，抵触轮内置温度传感器，焊接罩内还设有排烟风机，焊枪为二氧化碳气保焊枪，焊接机构上还设有控制单元，摆幅电机、温度传感器、排烟风机、副滑台及焊枪的控制模块均通过导线与控制单元电性连接。

进一步的，复位拉簧具有驱使锁紧机构及驱动齿轮靠近花键轴的弹力，复位拉簧在自由状态下，驱动齿轮与从动齿轮相啮合，此时第二锁紧齿条与第一锁紧齿条相啮合。

进一步的，锥形塞的锥面斜度为四十五度，锥形塞的外壁还胶接有防滑橡胶垫。

相比于现有技术，本申请的优点在于：

（1）在焊接的过程中，由于驱动齿轮复位后直接与驱动辊上的从动齿轮相啮合，在焊接机构的焊枪起弧焊接成功后，利用驱动电机直接驱动驱动辊旋转，配合从动辊的转动，实现塔筒的转动，配合焊枪的摆动，实现塔筒焊缝的均匀焊接过程，由于焊枪的位置固定，相比于传统的绕筒焊接设备，其焊缝焊接的熔池受重力影响小，焊缝均匀度高。

（2）通过带有锥形塞的同轴机构的设计，使锥形塞能在一定范围内，满足不同直径的塔筒端口对接需求，在塔筒与锥形塞对接后，塔筒的端口圆心位于锥形塞的轴线上，由于驱动辊的高度始终不变，只需由升降线性模组驱动锥形塞上移，并保持锥形塞的轴线与驱动辊的轴线垂直间距为夹持塔筒的半径，即可保持两组焊接的塔筒的同轴度。

（3）本发明通过两组夹持机构的设计，能快速夹持待焊接塔筒的塔身，通过同轴机构、夹持机构的单独相对或相向位移，实现不同长度的塔筒夹持需求，通过同轴机构的调节实现两组对接塔筒的同轴度，通过夹持机构、同轴机构的同步相对或相向位移，实现塔筒焊接缝隙的大小调节，在焊接完毕后，通过从动辊的持续相对靠近，可挤压塔筒排出夹持机构内，实现自动卸料作业，本发明能对不同直径、长度的塔筒进行焊接作业，夹持稳定、同轴及焊缝间隙调节自动高效，具有市场前景，适合推广应用。

附图说明

图1为本申请的正面结构示意图；

图2为本申请的侧面结构示意图；

图3为本申请中提出的焊接机构的结构示意图；

图4为本申请中提出的同轴机构的结构示意图；

图5为本申请中提出的夹持机构的结构示意图；

图6为本申请中提出的夹持机构的剖面结构示意图；

图7为图6中A部的放大结构示意图；

图8为本申请中提出的夹持架及调节杆的结构示意图；

图9为本申请中提出的分时机构的结构示意图；

图10为本申请中提出的驱动电机及其组件的结构示意图；

图11为本申请的夹持塔筒时的结构示意图；

图12为本申请的调节塔筒焊接间距及同轴度时的结构示意图；

图13为本申请的驱动齿轮分别与从动齿轮、调节齿条相啮合的状态对比示意图。

图中标号说明：

主滑台1、同轴机构2、第一滑座21、升降线性模组22、锥形塞23、塔筒3、夹持机构4、第二滑座41、支架42、从动辊421、驱动辊422、从动齿轮4221、升降机构43、升降气缸431、上夹块432、夹持架44、调节杆45、调节齿条451、第一锁紧齿条452、限位轨453、分时机构46、执行气缸461、连杆462、楔形块463、锁紧机构47、第二锁紧齿条471、限位滑槽472、驱动电机48、花键轴481、复位拉簧482、驱动齿轮49、花键槽491、焊接机构5、焊接基座51、摆臂52、摆幅电机53、副滑台54、焊接罩55、焊枪551、抵触轮552。

具体实施方式

实施例将结合说明书附图，对本申请技术方案进行清楚、完整地描述，基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备，请参阅图1-13，包括焊接机构5和主滑台1，焊接机构5设置在主滑台1的中部，主滑台1上对称滑动连接有两组夹持机构4，夹持机构4用于夹持待焊接塔筒3的塔身，焊接机构5对两组夹持机构4间夹持的塔筒间隙焊缝进行焊接作业，其中，焊接机构5包括焊接基座51，焊接基座51的底部固定有副滑台54，副滑台54与主滑台1垂直连接，焊接基座51远离副滑台54的一侧转动连接有摆臂52，摆臂52的顶部固定有焊接罩55，焊接罩55内固定有焊枪551，针对不同直径的塔筒3的焊接作业，通过副滑台54调节焊枪551与塔筒3的距离，焊接罩55的两侧还对称转动连接有抵触轮552，通过抵触轮552的设置，使焊枪551与焊缝的间距保持定值，保持焊接的稳定性；

请参阅图3，在本实施例中，摆臂52由摆幅电机53驱动，摆幅电机53为伺服电机，通过伺服电机驱动摆臂52的往复抖动，实现模拟人工焊接的填充层及盖面层的摆动动作，以此满足间隙较大或坡口较大的焊缝焊接需求，抵触轮552为金属轮结构，抵触轮552内置温度传感器，通过温度传感器对焊缝的焊接温度进行实时监测，避免焊接温度过高导致出现热裂纹现象，同时通过温度的监测实现焊接形变量的控制，为降低焊接过程中的焊接烟气，提升焊接环保性，焊接罩55内还设有排烟风机，焊枪551为二氧化碳气保焊枪，焊接机构5上还设有控制单元，摆幅电机53、温度传感器、排烟风机、副滑台54及焊枪551的控制模块均通过导线与控制单元电性连接；

请参阅图5-10，夹持机构4包括与主滑台1相匹配的第二滑座41，第二滑座41上固定有两组对称设置的支架42，两组支架42间转动连接有驱动辊422，驱动辊422的两侧还对称设有两组从动辊421，第二滑座41的一侧固定有升降机构43，升降机构43包括升降气缸431，升降气缸431的输出端固定有上夹块432，支架42上设有调节两组从动辊421间距的调节机构，支架42上还设有带动驱动辊422旋转的驱动机构。

请参阅图6-7，驱动机构包括固定在支架42上的驱动电机48，驱动电机48的输出端固定有花键轴481，花键轴481上套接有驱动齿轮49，驱动齿轮49上设有与花键轴481相匹配的花键槽491，为提升驱动辊422与塔筒3间的摩擦力，驱动辊422上设有防滑纹理，驱动辊422的两端均固定有从动齿轮4221，从动齿轮4221与驱动齿轮49相啮合，调节机构包括四组相对设置的夹持架44，从动辊421转动连接在两组相对的夹持架44间，夹持架44水平滑动连接在支架42上，夹持架44的底部均固定有调节杆45，同一侧的两组调节杆45呈旋转对称设置，调节杆45的一侧设有限位轨453，调节杆45的另一侧设有调节齿条451，两组调节杆45上的调节齿条451相对设置，调节齿条451与驱动齿轮49分时啮合，两组调节杆45相对的一侧还设有第一锁紧齿条452。

请参阅图6-7，为防止调节杆45在间距调节完毕后，受塔筒3重量的影响，导致调节杆45相对间距发生偏移，两组调节杆45的一侧还设有锁紧机构47，锁紧机构47上还设有两组对称设置的第二锁紧齿条471，第二锁紧齿条471与第一锁紧齿条452相匹配，利用第二锁紧齿条471与第一锁紧齿条452的对合，实现调节杆45的锁定动作，锁紧机构47整体转动连接在驱动齿轮49的一端，为防止锁紧机构47整体跟随驱动齿轮49发生旋转，锁紧机构47上设有两组对称设置的限位滑槽472，限位滑槽472与限位轨453相匹配，利用限位滑槽472与限位轨453的对合限制锁紧机构47的旋转动作。

请参阅图8-10，锁紧机构47与花键轴481间还固定有复位拉簧482，调节齿条451与驱动齿轮49间通过分时机构46实现分时啮合，分时机构46包括固定在第二滑座41上的执行气缸461，执行气缸461的输出端固定有连杆462，连杆462的两端对称固定有楔形块463，为了便于楔形块463能快速插入花键轴481，并利用楔形块463的斜面排挤驱动齿轮49发生位移，楔形块463上设有与花键轴481相对应的插入豁口，复位拉簧482具有驱使锁紧机构47及驱动齿轮49靠近花键轴481的弹力，复位拉簧482在自由状态下，驱动齿轮49与从动齿轮4221相啮合，此时第二锁紧齿条471与第一锁紧齿条452相啮合。

请参阅图11，在夹持塔筒3时，由控制单元为夹持机构4提供塔筒3的直径数据，由于两组从动辊421相对水平位移，从动辊421与驱动辊422的高度差固定，根据三角函数关系，根据塔筒3的直径数据，即可计算出从动辊421应调节的相对间距，此时执行气缸461驱动楔形块463上移，利用楔形块463迫使驱动齿轮49沿轴向发生位移，使驱动齿轮49与从动齿轮4221分离，并与调节齿条451相啮合，同时随着驱动齿轮49的位移，锁紧机构47同时发生位移，进而使第二锁紧齿条471与第一锁紧齿条452分离，两组调节杆45间呈解锁状态，在驱动电机48的驱动下，两组调节杆45发生相向或相远离的位移，实现从动辊421的间距调节，在调节完毕后，执行气缸461驱动楔形块463下移，驱动齿轮49利用复位拉簧482的弹力复位，锁紧机构47同时发生复位，使第二锁紧齿条471与第一锁紧齿条452啮合，保持两组调节杆45间锁紧状态，完成夹持前的准备工作，此时升降机构43上移，使夹持机构4间留出塔筒3的装载间隙，此时在夹持机构4的两组从动辊421间放入塔筒3，并由升降机构43带动上夹块432下移，对塔筒3实现防脱保护，即可实现塔筒3的夹持动作。

在焊接的过程中，由于驱动齿轮49复位后直接与驱动辊422上的从动齿轮4221相啮合，在焊接机构5的焊枪551起弧焊接成功后，利用驱动电机48直接驱动驱动辊422旋转，配合从动辊421的转动，实现塔筒3的转动，配合焊枪551的摆动，实现塔筒3焊缝的均匀焊接过程，由于焊枪551的位置固定，相比于传统的绕筒焊接设备，其焊缝焊接的熔池受重力影响小，焊缝均匀度高。

请参阅图4和图12，主滑台1上对称滑动连接有两组同轴机构2，同轴机构2用于调节两组待焊接塔筒3的同轴度，同轴机构2包括与主滑台1相匹配的第一滑座21，需要说明的是，第一滑座21、第二滑座41分别通过单独的丝杆驱动结构实现在主滑台1上的位移动作，第一滑座21上固定有升降线性模组22，升降线性模组22的输出端转动连接有锥形塞23，锥形塞23的锥面斜度为四十五度，为增加锥形塞23的夹持稳定性，锥形塞23的外壁还胶接有防滑橡胶垫。

通过带有锥形塞23的同轴机构2的设计，使锥形塞23能在一定范围内，满足不同直径的塔筒3端口对接需求，在塔筒3与锥形塞23对接后，塔筒3的端口圆心位于锥形塞23的轴线上，由于驱动辊422的高度始终不变，只需由升降线性模组22驱动锥形塞23上移，并保持锥形塞23的轴线与驱动辊422的轴线垂直间距为夹持塔筒3的半径，即可保持两组焊接的塔筒3的同轴度。

本发明通过两组夹持机构4的设计，能快速夹持待焊接塔筒3的塔身，通过同轴机构2、夹持机构4的单独相对或相向位移，实现不同长度的塔筒3夹持需求，通过同轴机构2的调节实现两组对接塔筒3的同轴度，通过夹持机构4、同轴机构2的同步相对或相向位移，实现塔筒3焊接缝隙的大小调节，在焊接完毕后，通过从动辊421的持续相对靠近，可挤压塔筒3排出夹持机构4内，实现自动卸料作业，本发明能对不同直径、长度的塔筒3进行焊接作业，夹持稳定、同轴及焊缝间隙调节自动高效，具有市场前景，适合推广应用。

以上所述，仅为本申请结合当前实际需求采用的最佳实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。

Claims (3)

1.一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备，包括焊接机构（5）和主滑台（1），其特征在于，所述焊接机构（5）设置在主滑台（1）的中部，所述焊接机构（5）包括焊接基座（51），所述焊接基座（51）的底部固定有副滑台（54），所述副滑台（54）与主滑台（1）垂直连接，所述焊接基座（51）远离副滑台（54）的一侧转动连接有摆臂（52），所述摆臂（52）的顶部固定有焊接罩（55），所述焊接罩（55）内固定有焊枪（551），所述焊接罩（55）的两侧还对称转动连接有抵触轮（552）；

所述主滑台（1）上对称滑动连接有两组夹持机构（4），所述夹持机构（4）包括与主滑台（1）相匹配的第二滑座（41），所述第二滑座（41）上固定有两组对称设置的支架（42），两组所述支架（42）间转动连接有驱动辊（422），所述驱动辊（422）的两侧还对称设有两组从动辊（421），所述第二滑座（41）的一侧固定有升降机构（43），所述升降机构（43）包括升降气缸（431），所述升降气缸（431）的输出端固定有上夹块（432），所述支架（42）上设有调节两组从动辊（421）间距的调节机构，所述支架（42）上还设有带动驱动辊（422）旋转的驱动机构；

所述主滑台（1）上对称滑动连接有两组同轴机构（2），所述同轴机构（2）用于调节两组待焊接塔筒（3）的同轴度，同轴机构（2）包括与主滑台（1）相匹配的第一滑座（21），所述第一滑座（21）上固定有升降线性模组（22），所述升降线性模组（22）的输出端转动连接有锥形塞（23）；所述驱动机构包括固定在支架（42）上的驱动电机（48），所述驱动电机（48）的输出端固定有花键轴（481），所述花键轴（481）上套接有驱动齿轮（49），所述驱动齿轮（49）上设有与花键轴（481）相匹配的花键槽（491），所述驱动辊（422）上设有防滑纹理，所述驱动辊（422）的两端均固定有从动齿轮（4221），所述从动齿轮（4221）与驱动齿轮（49）相啮合；

所述调节机构包括四组相对设置的夹持架（44），所述从动辊（421）转动连接在两组相对的夹持架（44）间，所述夹持架（44）沿水平方向滑动连接在支架（42）上，所述夹持架（44）的底部均固定有调节杆（45），同一侧的两组所述调节杆（45）呈旋转对称设置，所述调节杆（45）的一侧设有限位轨（453），所述调节杆（45）的另一侧设有调节齿条（451），两组所述调节杆（45）上的调节齿条（451）相对设置，所述调节齿条（451）与驱动齿轮（49）分时啮合，两组所述调节杆（45）相对的一侧还设有第一锁紧齿条（452）；两组所述调节杆（45）的一侧还设有锁紧机构（47），所述锁紧机构（47）上设有两组对称设置的限位滑槽（472），所述限位滑槽（472）与限位轨（453）相匹配，所述锁紧机构（47）上还设有两组对称设置的第二锁紧齿条（471），所述第二锁紧齿条（471）与第一锁紧齿条（452）相匹配，所述锁紧机构（47）整体转动连接在驱动齿轮（49）的一端，所述锁紧机构（47）与花键轴（481）间还固定有复位拉簧（482）；

所述调节齿条（451）与驱动齿轮（49）间通过分时机构（46）实现分时啮合，所述分时机构（46）包括固定在第二滑座（41）上的执行气缸（461），所述执行气缸（461）的输出端固定有连杆（462），所述连杆（462）的两端对称固定有楔形块（463），所述楔形块（463）上设有与花键轴（481）相对应的插入豁口；

所述复位拉簧（482）具有驱使锁紧机构（47）及驱动齿轮（49）靠近花键轴（481）的弹力，所述复位拉簧（482）在自由状态下，所述驱动齿轮（49）与从动齿轮（4221）相啮合，此时所述第二锁紧齿条（471）与第一锁紧齿条（452）相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备，其特征在于，所述摆臂（52）由摆幅电机（53）驱动，所述摆幅电机（53）为伺服电机，所述抵触轮（552）为金属轮结构，所述抵触轮（552）内置温度传感器，所述焊接罩（55）内还设有排烟风机，所述焊枪（551）为二氧化碳气保焊枪。

3.根据权利要求1所述的一种高强度钢塔筒用全自动焊接设备，其特征在于，所述锥形塞（23）的锥面斜度为四十五度，所述锥形塞（23）的外壁还胶接有防滑橡胶垫。