CN117817224A - 一种隧道施工用焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体提供了一种隧道施工用焊接设备，包括焊枪和移动机构，移动机构包括运输小车，调节机构包括丝杆滑台模组，丝杆滑台模组在运输小车上，升降电缸固定在丝杆滑台模组的滑台上，齿轮齿条移动模组固定在升降电缸的杆头，夹持机构用于夹紧焊枪；夹持机构包括限位座，限位轮固定在限位座的顶部，焊枪的顶部高度小于限位轮的顶部高度，调节机构将焊枪移动至待焊接部位，并通过调节机构带动焊枪做匀速直线移动，进行平稳焊接，焊枪移动过程中，夹持机构的限位轮始终与钢衬板抵接，对焊枪进行限位，焊枪嘴部与钢衬板之间保持固定间隙进行移动，使焊枪能够自动适应隧道顶部的高度变化，提高了焊缝的焊接质量。

Description

一种隧道施工用焊接设备

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种隧道施工用焊接设备。

背景技术

钢板衬砌作为一种常见的有压隧洞衬砌型式，已被广泛应用于抽水蓄能压力斜井的衬砌中。洞内钢衬施工主要包括组装、焊接和质量检测等工序，其中钢衬焊接是保证衬砌施工质量中的重点，尤其是在隧道有限空间内进行多角度、无死角的焊接作业十分困难。

专利文献公开号为CN115255755A的一种适用于隧道的多自由度机械臂焊接装置，包括承载部件，通过直线导向副安装在支撑板的顶面，在第一驱动机构驱动下，沿直线导向副在支撑板的长度方向滑动；托盘，通过弧形导向副安装在承载部件上，在第二驱动机构驱动下，沿弧形导向副滑动，且滑动轨迹与承载部件的滑动轨迹垂直；机械臂，安装在托盘上，远离托盘的一端安装有焊枪。此专利通过承载部件在支撑板上滑动，且驱动电机带动摆动板摆动，从而带动机械臂转动，再通过机械臂伸缩带动焊枪进行焊接作业，减少焊接死角的情况出现。然而，该专利依然存在一些不足：1.在对不同弧度的隧道顶部进行焊接时需要现场调整机械臂的校准参数，使焊枪保持在合适的焊接距离进行焊接，操作困难。2.机械臂在隧道的恶劣环境中容易出现故障且运输和维修十分困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决隧道顶部多角度焊接时焊接距离调整困难的问题，本发明提供了一种隧道施工用焊接设备来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧道施工用焊接设备，包括焊枪，所述焊枪用于焊接钢衬板，还包括移动机构、调节机构和夹持机构，所述移动机构包括用于在隧道内移动的运输小车，所述调节机构包括丝杆滑台模组、升降电缸和齿轮齿条移动模组，所述丝杆滑台模组的中部转动安装在所述运输小车上，所述升降电缸固定在所述丝杆滑台模组的滑台上，所述齿轮齿条移动模组固定在所述升降电缸的杆头顶部，所述齿轮齿条移动模组用于带动所述夹持机构做匀速直线运动，所述夹持机构用于夹紧所述焊枪；所述夹持机构包括限位座、限位轮和夹头，所述限位座固定在所述齿轮齿条移动模组上，所述限位座可伸缩，所述限位轮固定在所述限位座的顶部，所述夹头固定在所述限位座的侧面，当所述焊枪固定在所述夹头时，所述焊枪的顶部高度小于所述限位轮的顶部高度。

作为优选，所述齿轮齿条移动模组包括底板、两个导向滑轨、齿条、齿轮、伺服电机和托板，所述底板固定在所述升降电缸的杆头顶部，所述托板滑动安装在两个导向滑轨上，所述齿条平行于所述导向滑轨且固定在所述底板上，所述齿轮转动安装在所述托板的底部并且与所述齿条啮合，所述伺服电机固定在所述托板的上方，所述伺服电机的输出轴穿过所述托板后与所述齿轮同轴固定连接，所述夹持机构固定在所述托板上。

作为优选，所述限位座包括导向杆、支撑杆、弹簧、轮座和支撑板，所述导向杆和支撑杆相互平行并且垂直滑动安装在所述托板上，所述弹簧套设在所述导向杆上并且两端分别与所述导向杆和所述托板抵接，所述支撑板固定在所述支撑杆的顶端，所述轮座固定在所述支撑板的中间位置，所述限位轮转动安装在所述轮座上，所述夹头固定在所述轮座上。

作为优选，所述夹头与所述轮座的连接处通过铰链转动连接，所述铰链能够进行0°~90°的角度调节。

作为优选，所述支撑板的两端分别固定有一个清扫机构，每个所述清扫机构均包括清扫辊刷、辊刷罩、清扫电机和电机座，所述清扫辊刷转动安装在所述辊刷罩内，所述辊刷罩的开口向上设置，所述清扫电机的输出轴与所述清扫辊刷同轴固定连接，所述清扫电机固定在所述电机座上，所述电机座固定在所述支撑板上，两个所述清扫辊刷分别布设在所述焊枪的两侧，两个所述电机座朝向外侧倾斜设置。

作为优选，所述电机座包括固定板和活动板，所述固定板的一端与所述支撑板固定连接，所述固定板的另一端与所述活动板通过转轴转动连接，所述转轴上套设有扭簧，所述扭簧的两端分别与所述固定板和所述活动板固定连接，所述清扫电机固定在所述活动板上。

作为优选，所述辊刷罩的边缘固定有两块橡胶板，所述橡胶板对称布设在所述清扫辊刷轴线的两侧。

作为优选，所述运输小车的边缘固定有围挡板，所述围挡板下边缘朝向小车的外侧倾斜设置。

本发明的有益效果是，设置有调节机构和夹持机构，通过调节机构将夹持机构夹持的焊枪移动至钢衬板的待焊接部位，并通过调节机构的齿轮齿条移动模组带动焊枪做匀速直线移动，进行平稳焊接，焊枪移动过程中，夹持机构的限位轮始终与钢衬板抵接，进而对焊枪的位置进行限位，焊枪嘴部与钢衬板之间保持固定间隙进行移动，使焊枪能够自动适应隧道顶部的高度变化，提高了焊缝的焊接质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种隧道施工用焊接设备的最优实施例的结构示意图；

图2是本发明一种隧道施工用焊接设备的运输小车的结构示意图；

图3是本发明一种隧道施工用焊接设备的升降电缸的结构示意图；

图4是本发明一种隧道施工用焊接设备的夹持机构的结构示意图；

图5是本发明一种隧道施工用焊接设备的齿轮齿条移动模组的结构示意图；

图6是本发明一种隧道施工用焊接设备的限位轮的结构示意图；

图7是本发明一种隧道施工用焊接设备的电机座的结构示意图。

附图标记：1、焊枪；2、移动机构；3、调节机构；4、围挡板；5、夹持机构；6、运输小车；7、丝杆滑台模组；8、升降电缸；9、齿轮齿条移动模组；10、限位座；11、限位轮；12、夹头；13、底板；14、导向滑轨；15、齿条；16、齿轮；17、伺服电机；18、托板；19、导向杆；20、支撑杆；21、弹簧；22、轮座；23、支撑板；24、铰链；25、清扫辊刷；26、辊刷罩；27、清扫电机；28、电机座；29、固定板；30、活动板；31、扭簧；32、橡胶板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图7所示，本发明提供了一种隧道施工用焊接设备的实施例，包括焊枪1，焊枪1用于钢衬板，还包括移动机构2、调节机构3和夹持机构5，移动机构2包括用于在隧道内移动的运输小车6，调节机构3包括丝杆滑台模组7、升降电缸8和齿轮齿条移动模组9，丝杆滑台模组7的中部转动安装在运输小车6上，例如可以将丝杆滑台模组7安装在电动转盘或是手动转盘上，通过转动转盘调整丝杆滑台模组7的位置，使丝杆滑台模组7的滑台能够沿水平面上的任意方向移动，升降电缸8固定在丝杆滑台模组7的滑台上，齿轮齿条移动模组9固定在升降电缸8的杆头顶部，齿轮齿条移动模组9用于带动夹持机构5做匀速直线运动，夹持机构5用于夹紧焊枪1。

在对隧道顶部的钢衬板进行焊接时，将运输小车6移动至指定工位，之后通过丝杆滑台模组7将升降电缸8精确移动至待焊接钢衬板的下方，通过升降电缸8升起使齿轮齿条移动模组9、夹持机构5和焊枪1靠近钢衬板，焊枪1靠近钢衬板后通过焊枪1对钢衬板进行焊接，焊接过程中通过齿轮齿条移动模组9带动焊枪1直线匀速移动，以便对焊缝进行稳定焊接。

夹持机构5包括限位座10、限位轮11和夹头12，限位座10固定在齿轮齿条移动模组9上，限位座10可伸缩，限位轮11固定在限位座10的顶部，夹头12固定在限位座10的侧面，当焊枪1固定在夹头12时，焊枪1的顶部高度小于限位轮11的顶部高度。

限位座10包括导向杆19、支撑杆20、弹簧21、轮座22和支撑板23，导向杆19和支撑杆20相互平行并且垂直滑动安装在托板18上，弹簧21套设在导向杆19上并且两端分别与导向杆19和托板18抵接，支撑板23固定在支撑杆20的顶端，轮座22固定在支撑板23的中间位置，限位轮11转动安装在轮座22上，夹头12固定在轮座22上。

夹头12与轮座22的连接处通过铰链24转动连接，铰链24能够进行0°~90°的角度调节。

升降电缸8将夹持机构5升起后，限位轮11首先与隧道顶部的钢衬板接触，由于焊枪1的顶部高度小于限位轮11的顶部高度，因此当限位轮11与钢衬板接触后，焊枪1则能够与钢衬板保持固定间距，使焊枪1能够自动适应隧道顶部的高度变化，以便焊丝能够从焊枪1嘴部伸出固定长度对钢衬板进行焊接，提高了焊缝质量；在对钢衬板和钢梁的接缝处进行焊接时，若焊枪1保持竖直状态，由于焊缝的一侧被钢梁立起的侧面遮挡，可能会造成焊枪1侧面与钢梁侧面摩擦导致焊枪1嘴部晃动，因此设置能够调节角度的铰链24连接夹头12和轮座22，通过对铰链24的角度进行调节，使夹头12和焊枪1倾斜一定角度，以便焊枪1的嘴部能够顺利对准至钢梁与钢衬板的接缝处，避免焊枪1与钢梁或者钢衬板发生接触。

齿轮齿条移动模组9包括底板13、两个导向滑轨14、齿条15、齿轮16、伺服电机17和托板18，底板13固定在升降电缸8的杆头顶部，托板18滑动安装在两个导向滑轨14上，齿条15平行于导向滑轨14且固定在底板13上，齿轮16转动安装在托板18的底部并且与齿条15啮合，伺服电机17固定在托板18的上方，伺服电机17的输出轴穿过托板18后与齿轮16同轴固定连接，夹持机构5固定在托板18上。在进行焊接时，伺服电机17带动齿轮16旋转进而带动托板18沿导向滑轨14方向匀速移动，托板18匀速移动带动夹持机构5和焊枪1匀速移动进行焊接。

支撑板23的两端分别固定有一个清扫机构，每个清扫机构均包括清扫辊刷25、辊刷罩26、清扫电机27和电机座28，清扫辊刷25转动安装在辊刷罩26内，辊刷罩26的开口向上设置，清扫电机27的输出轴与清扫辊刷25同轴固定连接，清扫电机27固定在电机座28上，电机座28固定在支撑板23上，两个清扫辊刷25分别布设在焊枪1的两侧，两个电机座28朝向外侧倾斜设置。

隧道内的钢衬板在焊接前，待焊接的焊缝位置容易被尘土污染覆盖，若不对焊缝进行清理，则容易影响焊缝质量，因此在进行焊接前，通过清扫电机27带动焊枪1两侧的清扫辊刷25转动，当升降电缸8将焊枪1升起后，清扫辊刷25正好与钢衬板的焊缝处接触，清扫辊刷25随着焊枪1一同移动，旋转的清扫辊刷25对焊缝进行清理后，再通过焊枪1对钢衬板的焊缝进行焊接，提高了隧道内钢衬板的焊接质量。

电机座28包括固定板29和活动板30，固定板29的一端与支撑板23固定连接，固定板29的另一端与活动板30通过转轴转动连接，转轴上套设有扭簧31，扭簧31的两端分别与固定板29和活动板30固定连接，清扫电机27固定在活动板30上。

由于隧道的顶部具有一定弧度，因此当焊枪1升高到位后，限位轮11与隧道顶部的钢衬板抵接，限位轮11两边的隧道顶部高度要略低于限位轮11抵接的位置，而固定板29和活动板30采用扭簧31连接的方式，使清扫辊刷25在接触到较低位置的隧道顶部后，能够略微下移以适应隧道顶部的弧度变化，进而通过扭簧31提供的力使清扫刷能够始终抵紧在隧道顶部。

辊刷罩26的边缘固定有两块橡胶板32，橡胶板32对称布设在清扫辊刷25轴线的两侧。在清扫辊刷25进行清扫前，先通过两块橡胶板32将较大的土块颗粒刮下，避免清扫辊刷25上附着土块，延长清扫辊刷25的使用寿命。

运输小车6的边缘固定有围挡板4，围挡板4下边缘朝向小车的外侧倾斜设置，移动机构2在施工中的隧道内移动时，隧道内的路面上可能会堆积有泥土或碎石，当运输小车6移动时，围挡板4能够将泥土和碎石推开，并且起到一定的平整路面的效果，方便运输小车6在隧道内行进。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

Claims (8)

1.一种隧道施工用焊接设备，包括焊枪（1），所述焊枪（1）用于焊接钢衬板，其特征在于：还包括移动机构（2）、调节机构（3）和夹持机构（5），所述移动机构（2）包括用于在隧道内移动的运输小车（6），所述调节机构（3）包括丝杆滑台模组（7）、升降电缸（8）和齿轮齿条移动模组（9），所述丝杆滑台模组（7）的中部转动安装在所述运输小车（6）上，所述升降电缸（8）固定在所述丝杆滑台模组（7）的滑台上，所述齿轮齿条移动模组（9）固定在所述升降电缸（8）的杆头顶部，所述齿轮齿条移动模组（9）用于带动所述夹持机构（5）做匀速直线运动，所述夹持机构（5）用于夹紧所述焊枪（1）；

所述夹持机构（5）包括限位座（10）、限位轮（11）和夹头（12），所述限位座（10）固定在所述齿轮齿条移动模组（9）上，所述限位座（10）可伸缩，所述限位轮（11）固定在所述限位座（10）的顶部，所述夹头（12）固定在所述限位座（10）的侧面，当所述焊枪（1）固定在所述夹头（12）时，所述焊枪（1）的顶部高度小于所述限位轮（11）的顶部高度。

2.如权利要求1所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述齿轮齿条移动模组（9）包括底板（13）、两个导向滑轨（14）、齿条（15）、齿轮（16）、伺服电机（17）和托板（18），所述底板（13）固定在所述升降电缸（8）的杆头顶部，所述托板（18）滑动安装在两个导向滑轨（14）上，所述齿条（15）平行于所述导向滑轨（14）且固定在所述底板（13）上，所述齿轮（16）转动安装在所述托板（18）的底部并且与所述齿条（15）啮合，所述伺服电机（17）固定在所述托板（18）的上方，所述伺服电机（17）的输出轴穿过所述托板（18）后与所述齿轮（16）同轴固定连接，所述夹持机构（5）固定在所述托板（18）上。

3.如权利要求2所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述限位座（10）包括导向杆（19）、支撑杆（20）、弹簧（21）、轮座（22）和支撑板（23），所述导向杆（19）和支撑杆（20）相互平行并且垂直滑动安装在所述托板（18）上，所述弹簧（21）套设在所述导向杆（19）上并且两端分别与所述导向杆（19）和所述托板（18）抵接，所述支撑板（23）固定在所述支撑杆（20）的顶端，所述轮座（22）固定在所述支撑板（23）的中间位置，所述限位轮（11）转动安装在所述轮座（22）上，所述夹头（12）固定在所述轮座（22）上。

4.如权利要求3所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述夹头（12）与所述轮座（22）的连接处通过铰链（24）转动连接，所述铰链（24）能够进行0°~90°的角度调节。

5.如权利要求3所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述支撑板（23）的两端分别固定有一个清扫机构，每个所述清扫机构均包括清扫辊刷（25）、辊刷罩（26）、清扫电机（27）和电机座（28），所述清扫辊刷（25）转动安装在所述辊刷罩（26）内，所述辊刷罩（26）的开口向上设置，所述清扫电机（27）的输出轴与所述清扫辊刷（25）同轴固定连接，所述清扫电机（27）固定在所述电机座（28）上，所述电机座（28）固定在所述支撑板（23）上，两个所述清扫辊刷（25）分别布设在所述焊枪（1）的两侧，两个所述电机座（28）朝向外侧倾斜设置。

6.如权利要求5所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述电机座（28）包括固定板（29）和活动板（30），所述固定板（29）的一端与所述支撑板（23）固定连接，所述固定板（29）的另一端与所述活动板（30）通过转轴转动连接，所述转轴上套设有扭簧（31），所述扭簧（31）的两端分别与所述固定板（29）和所述活动板（30）固定连接，所述清扫电机（27）固定在所述活动板（30）上。

7.如权利要求5所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述辊刷罩（26）的边缘固定有两块橡胶板（32），所述橡胶板（32）对称布设在所述清扫辊刷（25）轴线的两侧。

8.如权利要求1所述的一种隧道施工用焊接设备，其特征在于：所述运输小车（6）的边缘固定有围挡板（4），所述围挡板（4）下边缘朝向小车的外侧倾斜设置。