CN104785943A - 一种筒体加强圈组焊工作站及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种筒体加强圈组焊工作站及筒体加强圈的焊接方法，筒体加强圈组焊工作站包括用于支撑并运送筒体的支撑装置、用于对筒体进行液压校圆和支撑的筒体校圆支撑机构、用于放置加强圈并可运送加强圈的加强圈固定及行走机构和加强圈装配机构。使用本发明，会将智能化、柔性化、自动化的先进生产技术引进到传统制造行业，带来高效、友好、绿色生产方式的转变，实现传统产业的转型升级。

Description

一种筒体加强圈组焊工作站及其焊接方法

技术领域

本发明涉及一种高压注气锅炉生产技术领域，具体涉及一种用于注气锅炉筒体加强圈的筒体加强圈组焊工作站及其焊接方法。

背景技术

在注气锅炉筒体的生产中，由于筒体直径及筒体长的大幅度增加，容器筒体需要多个单节筒体通过环缝焊接连接组成一个容器筒体，单节筒体则采用钢板压制成形并以1条或2条纵缝组焊而成。

注气锅炉筒体一般都要承受高温及压力，为了保证环缝焊接连接处的焊缝的结构稳固，在生产工艺中，通常采用在环缝处增加加强圈起到结构补强的作业，为筒体生产中的关键工序。目前，一般采用人工手动装配、手动焊接生产方式，生产技术质量不稳定、成本高、效率低，需大量人力，现已成为现代化生产的瓶颈工序。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种用于注气锅炉筒体加强圈的筒体加强圈组焊工作站及其焊接方法，能免除手工劳动、质量稳定、效率高且成本低。

一种筒体加强圈组焊工作站，包括用于支撑并运送筒体的支撑装置、用于对筒体进行液压校圆和支撑的筒体校圆支撑机构、用于放置加强圈并可运送加强圈的加强圈固定及行走机构和加强圈装配机构；

所述筒体校圆支撑机构包括机座和筒形支撑座，筒形支撑座一端与机座固定连接，筒形支撑座的外周面上设置有多排顶杆导向管，顶杆导向管内设置有液压顶杆，液压顶杆与液压油缸的输出端连接；

加强圈固定及行走机构包括托架，托架上设置有放置架，放置架的侧壁上设置有用于限位加强圈的卡槽，托架的底部设置有导轨，可使加强圈固定及行走机构沿导轨移动，导轨沿筒体校圆支撑机构长度方向设置；

所述加强圈装配机构包括龙门机架、焊接机器人、移动滑台和加强圈抓取压紧机构，所述移动滑台由X向滑台、Y向滑台和Z向滑台构成，X向滑台设置在龙门机架的底部，X向滑台与所述导轨方向平行，Y向滑台设置在所述龙门支架的横梁上，Z向滑台设置在所述龙门支架的立柱上，Y向滑台与Z向滑台相连接，焊接机器人与可在Y向滑台和Z向滑台上移动的滑块固定连接；加强圈抓取压紧机构用于抓取和移动加强圈，设置在龙门机架的框架内。

其中，优选地，所述支撑装置包括主动滚轮架和被动滚轮架，主动滚轮架和被动滚轮架均包括底座、立柱和滚轮架体，立柱的一端固定在底座上，滚轮架体穿过立柱并可沿立柱上下移动，滚轮架体上设置有相对设置有两个滚轮座，滚轮座上设置有可绕轴转动的滚轮，滚轮座下设置有丝杠，利用左右旋调节丝杠对称调节滚轮轮距，以适应不同直径大小的筒体。

其中，优选地，所述主动滚轮架上的两个滚轮与驱动电机相连接。

其中，优选地，所述筒形支撑座的横截面为正七边形，每排顶杆导向管的数量为7个，沿所述筒形支撑座外周面均匀分布。

其中，优选地，还包括用于支撑所述筒形支撑座的支撑架，所述支撑架包括机架和滚轮组，滚轮组通过螺栓安装在滚轮轴承座上，滚轮轴承座安装在机架上；机架的底部设置有行走轮，可沿所述导轨移动。

其中，优选地，所述卡槽由设置在放置架侧壁上的相邻个两限位齿的间隙构成，限位齿成排设置，每排限位齿从上往下依次向外形成阶梯结构，以适应加强圈的弧度；托架内还置有用于举升放置架的举升机构。

其中，优选地，所述加强圈抓取压紧机构包括设置在所述龙门机架框架内的多个夹具，多个夹具按加强圈形状分布，夹具通过气动和电动实现夹紧。

其中，优选地，所述焊接机器人有两套，可单独或同时工作。

一种体加强圈组焊工作站的筒体加强圈的焊接方法，包括以下步骤：

1)校圆：根据筒体直径的大小，调整支撑装置滚轮的轮矩和支撑装置的高度；移动支撑装置，将筒体输送到筒体校圆支撑机构的工作位置，筒体校圆支撑机构工作，将筒体托起、校圆；

2)加强圈组对：加强圈装配机构将加强圈从加强圈固定及行走机构上抓取半环形加强圈后，分别组对到预设位置后，机器人对加强圈及筒体进行点固；半环点固后筒体校圆支撑机构缩回，筒体落到支撑装置上，支撑装置使筒体旋转180度后，筒体校圆支撑机构重复上述半环点固动作，直到将加强圈全部组对完成；

3)焊接：焊接机器人执行焊接程序，自动寻位，检测加强圈与筒体之间的间隙，滚轮架带动筒体旋转，焊接机器人开始焊接，完成所有加强圈圆周焊缝的焊接。

本发明的有益效果：

1.生产效率高：使用本发明可以实现产品的装配、组对及焊接自动化作业，大大提高生产效率，经测算与原有的手工作业相比可以提高生产效率10倍，可节省劳动力20人。

2.质量稳定：使用本发明可以实现产品的装配、组对自动化作业及智能化机器人焊接，降低了废品率，大幅度地提高产品质量稳定性，减少浪费、降低成本。

3.生产方式转变：使用本发明，会将智能化、柔性化、自动化的先进生产技术引进到传统制造行业，带来高效、友好、绿色生产方式的转变，实现传统产业的转型升级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的后提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明筒体加强圈组焊工作站的布局图；

图2为图1沿A向视图；

图3为图2沿B向视图；

图4为本发明中筒体校圆支撑机构的结构示意图；

图5为本发明中加强圈固定及行走机构的结构示意图；

图6为本发明中主动滚轮架的结构示意图；

图7为本发明中被动滚轮架的结构示意图。

图中，1.机座，2.筒形支撑座，3.顶杆导向管，4.液压顶杆，5.支撑架，51.机架，52.滚轮组，53.滚轮轴承座，54.行走轮，6.导轨，7.加强圈固定及行走机构，71.托架，72.放置架，73.限位齿，8.龙门机架，9.焊接机器人，10.X向滑台，11.Y向滑台，12.Z向滑台，13.夹具，14.支撑装置，141.底座，142.立柱，143.滚轮架体，144.滚轮座，145.滚轮，146.丝杠，147.驱动电机

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、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动后提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图3所示，本发明提供一种筒体加强圈组焊工作站，包括用于支撑并运送筒体的支撑装置14、用于对筒体进行液压校圆和支撑的筒体校圆支撑机构、用于放置加强圈并可运送加强圈的加强圈固定及行走机构7和加强圈装配机构；

筒体校圆支撑机构的结构如图4所示，包括机座1和筒形支撑座2，筒形支撑座2一端与机座1固定连接，筒形支撑座2的外周面上设置有六排顶杆导向管3，顶杆导向管3内设置有液压顶杆4，液压顶杆4与液压油缸的输出端连接；

其中，作为本发明优选地技术方案，筒形支撑座2的横截面为正七边形，每排顶杆导向管3的数量为7个，沿筒形支撑座2外周面均匀分布。

为了增加筒体校圆支撑机构的稳固性，作为发明优选地技术方案，还包括用于支撑筒形支撑座2的支撑架5，支撑架5包括机架51和滚轮组52，滚轮组52通过螺栓安装在滚轮轴承座53上，滚轮组52抵触在筒形支撑座2的底部，用于支撑筒形支撑座2，滚轮轴承座53安装在机架51上；机架51的底部设置有行走轮54，可沿导轨6移动。

选用三台多头泵同时供油，截止阀零截止封油，经过控制阀组同时控制42条油缸，确保给每条油缸单独供油，油缸配有内置位移传感器，可控制油缸的伸出长度，适用于多种筒体结构，进而实现油缸带动模具从内部撑圆各种规格筒体的动作。

主要技术参数

加强圈固定及行走机构7的结构如图5所示，包括托架71，托架71上设置有放置架72，放置架72的侧壁上设置有用于限位加强圈的卡槽，托架71的底部设置有导轨6，可使加强圈固定及行走机构7沿导轨6移动，导轨6沿筒体校圆支撑机构长度方向设置；

其中，卡槽由设置在放置架72侧壁上的相邻个两限位齿73的间隙构成，限位齿73成排设置，每排限位齿73从上往下依次向外形成阶梯结构，以适应加强圈的弧度；托架71内还置有用于举升放置架72的举升机构。举升机构为现有技术常用的举升机构，如液压杆及由电动机带动的其它传动设备。

加强圈固定及行走机构7可以从加强圈预制工位沿轨道运动到加强圈焊接工位，加强圈固定及行走机构7具有移动、举升功能，在加强圈预制工位电动行走车举升部分落下，便于操作者将成型的加强圈放置到指定位置上，在加强圈焊接工位电动行走车将加强圈举升到指定高度，便于加强圈自动装配机抓取工件。

加强圈装配机构包括龙门机架8、焊接机器人9、移动滑台和加强圈抓取压紧机构，移动滑台由X向滑台10、Y向滑台11和Z向滑台12构成，X向滑台10设置在龙门机架8的底部，X向滑台10与导轨6方向平行，Y向滑台11设置在龙门支架的横梁上，Z向滑台12设置在龙门支架的立柱142上，Y向滑台11与Z向滑台12相连接，焊接机器人9与可在Y向滑台11和Z向滑台12上移动的滑块固定连接；加强圈抓取压紧机构用于抓取和移动加强圈，设置在龙门机架8的框架内。

其中，焊接机器人9具有防碰撞检测功能、多层多道焊接功能和电焊接缝自动跟踪功能。加强圈抓取压紧机构包括设置在龙门机架8框架内的多个夹具13，多个夹具13按加强圈形状分布，夹具13通过气动和电动实现夹紧。本实施例中，夹具13的数量为5个。

焊接机器人9可以沿着X、Y、Z方向滑动，确保焊接机器人9能够达到最佳的焊接姿态。焊机、焊丝桶和焊枪清理器随滑台X轴移动，节省了线缆长度和清枪时间，大大提高了工作效率。

X轴(双驱)为外部伺服控制，Y轴、Z(双驱)轴伺服电机采用机器人外部轴电机。通过机器人编程可以控制滑台滑动方向，满足机器人自动化焊接时，对焊接可达性的要求。带动机器人滑动，保证机器人始终处于最佳的焊接姿态，获得良好的焊缝质量。

主要技术参数如下：

X轴(双驱)：

伺服电机、控制器、连接电缆；

精密减速器；

立柱142框架(带辅助支撑)、H型钢焊接横梁框架；

高精度直线导轨、齿轮齿条传动机构、导线保护拖链、行程开关(软限位)、限位缓冲块、机械零点检测；

有效行程：16m；

重复精度：±0.2mm；

最大移动速度：300mm/s；

Y轴：

伺服电机、控制器、连接电缆；

精密减速器；

矩形钢管框架；

高精度直线导轨、齿轮齿条传动机构、导线保护拖链、行程开关(软限位)、限位缓冲块、机械零点检测；

有效行程：4m；

重复精度：±0.2mm；

最大移动速度：400mm/s；

Z轴(双驱)：

伺服电机、控制器、连接电缆；

精密减速器；

矩形钢管框架；

高精度直线导轨、齿轮齿条传动机构、导线保护拖链、行程开关(软限位)、限位缓冲块、机械零点检测；

有效行程行程：3m；

重复精度：±0.2mm；

最大移动速度：400mm/s；

焊接机器人9采用标准的工业PC控制，操作***执行机器人***语言命令、处理基本机器人运动规划、内部及外部I/O设备装置通讯、通讯接口扩展、数据与文件管理等。

焊接机器人9还设置有机器人焊烟除尘净化***，电焊接缝自动跟踪功能通过激光焊缝跟踪***实现。

支撑装置14的结构如图6和图7所示，包括主动滚轮架和被动滚轮架，主动滚轮架和被动滚轮架均包括底座141、立柱142和滚轮架体143，立柱142的一端固定在底座141上，滚轮架体143穿过立体并可沿立柱142上下移动，滚轮架体143上设置有相对设置有两个滚轮座144，滚轮座144上设置有可绕轴转动的滚轮145，滚轮座144下设置有丝杠146，利用左右旋调节丝杠146达到对称调节滚轮145轮矩，以适应不同直径大小的筒体。其中，主动滚轮架上的两个滚轮145与驱动电机147相连接。

支撑装置14包括主、从动滚轮架各一套，能够通过伺服电机驱动实现工件的旋转、举升、沿轴线的行走以及两滚轮中心距的调整(适应不同筒径)。滚轮架带有外部码盘***，检测筒体旋转的角度，并带有手控盒，能够人工控制各部分的运动。

滚轮架能在焊接过程中帮助实现容器、管子、管道和其他物体的支撑和旋转。通过滚轮架***，能将工件始终放置在最有利于焊接的位置。采用滚轮架后，还能将安装时间缩短到最低。

主要技术参数：

承载能力：30T

驱动能力：30T

适应工件直径：

举升高度：800mm

旋转速度：130-1300mm/min(5-50Hz)

行走速度：310-3100mm/min

升降速度：Max 145mm/min

焊接机器人9有两套，可单独或同时工作。

本发明还提供一种应用筒体加强圈组焊工作站的筒体加强圈的焊接方法，包括以下步骤：

(1)工件安装

筒体由物流预备班的操作人员，通过起重设备将其放置到滚轮架上。加强圈由作业班的操作人员，经预制卷制成型后，将其吊装到加强圈固定及行走机构7上。

(2)工作站启动

作业班的操作人员，在对工作站的各种设备、原材料检查无误后，按下启动按钮、启动工作站，开始工作。

(3)筒体校圆

滚轮架移动机构通过伺服电机及精密减速器的驱动及齿轮齿条的传动，沿导轨滑轨开始移动，将筒体输送到液压校圆的工作位置。在滚轮架的移动过程中，伺服电机的码盘实时反馈其运动参数信息，确保机构按照PLC控制***设置的软件程序，精确地运动到指定位置，保证到位精度。

筒体到位后，液压校圆支撑机构检测工件到位情况，开始进行校圆工作。由三台多头液压泵同时供油，截止阀零截止封油，经过控制阀组同时控制42条油缸，确保给每条油缸单独供油，油缸配有内置位移传感器，可控制油缸的伸出长度，适用于多种筒体结构，进而实现油缸带动撑圆模具从内部撑圆并托起筒体，保证筒体圆度的精度要求，满足加强圈与筒体的装配精度要求。

(4)加强圈自动装配

液压校圆完成筒体的自动校圆后，加强圈装配机构按照PLC控制***设置的程序，通过伺服电机及精密减速器的驱动及齿轮齿条的传动，沿X轴滑轨开始移动，装配机构的抓具将安装在加强圈固定及行走机构7上的第1个加强圈自动抓取，并带动到与筒体装配焊接的位置，完成加强圈与筒体的自动装配。强圈自动装配机构的到位精度由伺服电机的码盘实时反馈，定位夹具的定位装置、加强圈自动装配机构的抓具的动作及到位情况，均由传感器进行检测，与PLC控制***进行实时通讯。

到位及装配检测完成后，由PLC控制***向焊接机器人9发出指令，焊接机器人9开始对加强圈与筒体进行点固焊接。加强圈自动装配机构通过Y轴、Z轴的伺服电机及精密减速器的驱动及齿轮齿条的传动，带动双焊接机器人9沿Y轴、Z轴滑轨开始协调运动，实现对加强圈与筒体各个位置的点固焊接。

同样，其余加强圈将依次完成与筒体的点固焊接。

(5)加强圈自动焊接

加强圈与筒体自动装配的点固焊接完成后，PLC控制***向液压校圆结构发出指令，控制阀组同时控制42条油缸动作，液压校圆支撑机构从筒体内缩回，筒体落到滚轮架上，机器人开始执行预先设置的自动焊接程序。

滚轮架带动筒体旋转时，其带有外部码盘***，检测筒体旋转的角度，保证筒体旋转精度，同时焊接机器人9附带的激光跟踪装置对加强圈与筒体之间的间隙进行检测，当检测结果满足机器人自动焊接的工艺要求后，机器人开始自动焊接，并激光跟踪装置进行实施跟踪，完成所有加强圈圆周焊缝的焊接。

(6)成品运输

焊接机器人9完成加强圈圆周焊缝的焊接后，机器人返回原位置，向PLC控制***发出信号。接到指令，滚轮架由其伺服电机及精密减速器的驱动及齿轮齿条的传动，沿X轴滑轨开始移动到成品运输的指定位置。

检测到位，滚轮架的举升装置，通过伺服电机及精密减速器的驱动及螺母丝杠146的传动，将筒体举升到位，发出信号，物流搬运车AGV进入到位，滚轮架举升下降，将筒体安放在物流搬运车AGV的定位夹具上，移动到下一工位，完成整个作业。

(7)工作站控制***

控制***主要配置有PLC***、伺服控制***、变频控制***，机器人及焊接***、加强圈输送***、滚轮架输送***、以及ET200S远程I/O控制***等。通过PLC***的组合，可以实现加强圈的自动送件，筒体的自动涨圆，以及自动点定与满焊；***配置有距离检测传感器，当人工将筒体放置于滚轮架上之后，***将自动实现“找零”(定义基准位置)工作，同时检测该筒体放置的位置与初始调试时的筒***置的偏差，并自动传递于PLC中，作为加强圈伺服送件机构，以及机器人焊接***的补偿值，以便于实现***的自动“纠偏”工作。实现自动化的生产过程。

(8)安全防护及焊烟除尘净化装置

安全防护设置有安全围栏，安全继电器、安全光幕、门开关以及三色指示灯等设备，确保***正常运行以及人身安全。

焊烟除尘净化采用移动式高负压烟尘净化器实施对现场焊接烟尘的自净化，最大限度地减少环境污染，确保人员的作业环境与人身健康。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于，包括用于支撑并运送筒体的支撑装置、用于对筒体进行液压校圆和支撑的筒体校圆支撑机构、用于放置加强圈并可运送加强圈的加强圈固定及行走机构和加强圈装配机构；

所述筒体校圆支撑机构包括机座和筒形支撑座，筒形支撑座一端与机座固定连接，筒形支撑座的外周面上设置有多排顶杆导向管，顶杆导向管内设置有液压顶杆，液压顶杆与液压油缸的输出端连接；

加强圈固定及行走机构包括托架，托架上设置有放置架，放置架的侧壁上设置有用于限位加强圈的卡槽，托架的底部设置有导轨，可使加强圈固定及行走机构沿导轨移动，导轨沿筒体校圆支撑机构长度方向设置；

所述加强圈装配机构包括龙门机架、焊接机器人、移动滑台和加强圈抓取压紧机构，所述移动滑台由X向滑台、Y向滑台和Z向滑台构成，X向滑台设置在龙门机架的底部，X向滑台与所述导轨方向平行，Y向滑台设置在所述龙门支架的横梁上，Z向滑台设置在所述龙门支架的立柱上，Y向滑台与Z向滑台相连接，焊接机器人与可在Y向滑台和Z向滑台上移动的滑块固定连接；加强圈抓取压紧机构用于抓取和移动加强圈，设置在龙门机架的框架内。

2.根据权利要求1所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：所述支撑装置包括主动滚轮架和被动滚轮架，主动滚轮架和被动滚轮架均包括底座、立柱和滚轮架体，立柱的一端固定在底座上，滚轮架体穿过立柱并可沿立柱上下移动，滚轮架体上设置有相对设置有两个滚轮座，滚轮座上设置有可绕轴转动的滚轮，滚轮座下设置有丝杠，利用左右旋调节丝杠对称调节滚轮轮距，以适应不同直径大小的筒体。

3.根据权利要求2所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：所述主动滚轮架上的两个滚轮与驱动电机相连接。

4.根据权利要求1所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：所述筒形支撑座的横截面为正七边形，每排顶杆导向管的数量为7个，沿所述筒形支撑座外周面均匀分布。

5.根据权利要求4所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：还包括用于支撑所述筒形支撑座的支撑架，所述支撑架包括机架和滚轮组，滚轮组通过螺栓安装在滚轮轴承座上，滚轮轴承座安装在机架上；机架的底部设置有行走轮，可沿所述导轨移动。

6.根据权利要求1所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：所述卡槽由设置在放置架侧壁上的相邻个两限位齿的间隙构成，限位齿成排设置，每排限位齿从上往下依次向外形成阶梯结构，以适应加强圈的弧度；托架内还置有用于举升放置架的举升机构。

7.根据权利要求1所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：所述加强圈抓取压紧机构包括设置在所述龙门机架框架内的多个夹具，多个夹具按加强圈形状分布，夹具通过气动和电动实现夹紧。

8.根据权利要求1所述的一种筒体加强圈组焊工作站，其特征在于：所述焊接机器人有两套，可单独或同时工作。

9.一种应用权利要求1所述的筒体加强圈组焊工作站的筒体加强圈的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)校圆：根据筒体直径的大小，调整支撑装置滚轮的轮矩和支撑装置的高度；移动支撑装置，将筒体输送到筒体校圆支撑机构的工作位置，筒体校圆支撑机构工作，将筒体托起、校圆；

2)加强圈组对：加强圈装配机构将加强圈从加强圈固定及行走机构上抓取半环形加强圈后，分别组对到预设位置后，机器人对加强圈及筒体进行点固；半环点固后筒体校圆支撑机构缩回，筒体落到支撑装置上，支撑装置使筒体旋转180度后，筒体校圆支撑机构重复上述半环点固动作，直到将加强圈全部组对完成；

3)焊接：焊接机器人执行焊接程序，自动寻位，检测加强圈与筒体之间的间隙，滚轮架带动筒体旋转，焊接机器人开始焊接，完成所有加强圈圆周焊缝的焊接。