CN110216401A - 全自动管桩焊接设备及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动管桩焊接设备和焊接方法；该设备包括焊接组件和上料组件；焊接组件包括两根导线，第一导线设有上磁头，第二导线设有下磁头；该焊接组件还包括第一竖向驱动缸、上水平驱动缸、下水平驱动缸、上气动手指和下气动手指；第一竖向驱动缸的活塞杆设有连接板，两个水平驱动缸的缸体分别固定在连接板的上下表面，每个水平驱动缸的活塞杆与对应的气动手指的固定部连接；该方法的关键在于：利用两根导线对两端板通电，使原本就相互靠拢的两端板通电短路，由此产生的高温熔化两端板之间的焊料，实现焊接。该设备和方法能实现自动焊接和自动上料。

Description

全自动管桩焊接设备及焊接方法

技术领域

本发明涉及土木工程中的桩基施工技术领域，具体讲是一种全自动管桩焊接设备及利用该设备进行管桩焊接的方法。

背景技术

管桩有PHC、PC、PTC等多种形式，是一种很成熟的桩基施工工艺，由于其具备工艺简单、施工质量容易把控、施工效率高、工期短、竖向承载力强等优点，在全国各地应用广泛。

现有技术的管桩多是采用逐段焊接施工的，具体的说，是将下桩节沉入土体，再将上桩节悬吊对准下桩节，下放上桩节使得两桩节的两端板相互靠拢，再环绕两端板接缝处焊接一圈，使上下桩节成为整体，再继续沉桩，然后将另一段桩节吊装就位，再焊接，再沉桩，如此循环。上述的沉桩一般是利用静压或锤击完成。

现有技术的管桩焊接的施工方法存在以下弊端：需要人工进行焊接操作，即手持焊枪绕上下桩节的接缝环形焊接一圈，焊接劳动强度大，焊接质量受人工因素影响大，且焊接场地条件普遍较差，尤其是静压沉桩时，工人需要钻到静压机机架下部逼仄狭窄的空间操作，空间受限，作业光线也不好，操作不方便，焊接质量难于把控，甚至存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能自动将焊接电路的两根导线分别与上下桩节的两个端板对接导通；且能自动将焊料搁置在下桩节的上端板的全自动管桩焊接设备。

本发明的一种技术解决方案是，提供一种全自动管桩焊接设备；它包括焊接组件和上料组件；

焊接组件包括两根导线，其中，第一导线设有用于吸附上桩节下端板的上磁头，第二导线设有用于吸附下桩节上端板的下磁头；该焊接组件还包括第一竖向驱动缸、上水平驱动缸、下水平驱动缸、用于夹持上磁头的上气动手指和用于夹持下磁头的下气动手指；第一竖向驱动缸的活塞杆设有连接板，两个水平驱动缸的缸体分别固定在连接板的上下表面，每个水平驱动缸的活塞杆与对应的气动手指的固定部连接；

上料组件包括竖向料筒、推料驱动缸、斜滑槽和底平台，推料驱动缸的活塞杆设有用于将料筒底层的焊料推移至斜滑槽的推板，料筒侧壁底部贯通有供推板穿过的长缺口，斜滑槽底端与底平台连通，底平台设有阻止焊料继续下滑的挡板，底平台还设有抓住位于挡板前方焊料的上料手臂。

采用以上结构的全自动管桩焊接设备与现有技术相比，具有以下优点。

该设备实现了焊接电路的两根导线与上下两桩节的两端板的对接和脱离，具体的说，通过第一竖向驱动缸使上下磁头分别位于上下端板的标高后，驱动上下两水平驱动缸，使上下两磁头与上下两端板分别吸附固定，再松开上下两气动手指，回退上下两水平驱动缸，以远离避让焊接点，避免焊伤；焊接结束，则前进并张紧上下两气动手指，抓紧上下磁头后再回退，实现两磁头与两端板的脱离，避免干涉到后续沉桩；而且，利用磁头与对应端板吸附的方式设计合理，吸附力度适中，在通电时能利用电流进一步增大吸力以保障导线与对应端板连接牢固、焊接稳定，焊接完成断电后需要脱离时，可以利用驱动缸轻松的牵引脱离；况且，上下两水平驱动缸在连接板的分隔布设也颇具巧思，即便于三者的安装，又自然的产生了高度差，便于两磁头分别对准不同高度的两端板，且完全间隔开了两导线的两磁头，避免两磁头因为意外接触提前短路，杜绝了安全隐患。甚至，该设备还同时实现了焊料的自动上料过程，工人只需一次性将多块焊料堆叠入料筒，推料驱动缸就会逐一将其推入斜滑槽，并由底部的上料手臂自动抓取上料，其自动化程度高，替代了人工上料的过程，降低了劳动强度，降低了用工成本，解放了劳动力。

焊接组件优选为：第一竖向驱动缸居于连接板宽度向中间，从俯视方向看，上水平驱动缸和下水平驱动缸沿连接板的宽度向中线对称倾斜分布；这样，便于两个磁头正对管桩，确保两个磁头与上下两个端板吸附牢固。

焊接组件的进一步优选为：上气动手指的前端设有第一距离传感器，下气动手指前端设有第二距离传感器；这样，两个距离传感器可以为两个磁头的最终定位提供精确依据，具体的说，将两个距离传感器下降至下桩节标高，横向移动两个磁头，当第一距离传感器和第二距离传感器读数相同，则表面两个磁头均对准下桩节的轴心，两个磁头的水平向到位；再驱动第一竖向驱动缸，使得两个磁头上升，当第一距离传感器忽然无法读数而第二距离传感器读数正常，则说明下磁头与下桩节上端板正对而上磁头对空，两个磁头的竖向到位；再下降上桩节，使得上下两桩节靠拢，此时，上磁头的读数正常且与下磁头读数相同；则进一步验证了两个磁头的竖向到位，使得两个磁头的最终定位完成，即上磁头正对上桩节下端板，而下磁头正对下桩节上端板。

焊接组件的再进一步优选为，它还包括一根横向轨道和滑动配合在轨道内的小车，第一竖向驱动缸的缸体安装在小车上；这样，提高了焊接组件的活动范围，扩大了焊接时焊接组件与焊接点的避让距离，进一步避免机械手臂焊伤。

上料手臂优选为，它包括第二竖向驱动缸、上料水平驱动缸和用于抓取焊料的上料气动手指，第二竖向驱动缸的活塞杆与上料水平驱动缸的缸体固定，上料水平驱动缸的活塞杆与上料气动手指的固定部固定。这样，上述结构装配方便，功能稳定可靠。

上料手臂的进一步优选为，上料气动手指的前手指上设有上料距离传感器；底平台靠近下桩节的侧板上分布有左距离传感器、中距离传感器和右距离传感器，左中右三个距离传感器位于同一水平线上，从位于底平台的焊料圆心向下桩节轴心做一条连线，中距离传感器位于该连线上。这样，可以实现精准上料，具体的说，当左中右三个距离传感器均存在读数，且左右读数相同而中间读数最小时，则证明位于底平台的焊料与下桩节正对；此时，启动第二竖向驱动缸抬升上料气动手指，当上料距离传感器读数从正常变为无法读取时，则证明上料气动手指的高度刚好超过下桩节顶部，则停止第二竖向驱动缸，且上料距离传感器最后的正常读数为上料气动手指与下桩节的间距，以该间距加上下桩节的环宽作为行程驱动上料水平驱动缸，就能使焊料移动到下桩节正上方，此时松开上料气动手指，就完成了焊料的自动上料。

上料组件的优选为，它还包括一台行走车，竖向料筒、推料驱动缸的缸体、斜滑槽、底平台和第二竖向驱动缸的缸体均固定在行走车上。这样，增大了上料组件的整体性，扩大其移动范围，提升了移动能力，便于搬运和使用。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能实现自动焊接和自动上料，完全无需人工操作的利用本发明全自动管桩焊接设备来焊接管桩的方法。

本发明的另一种技术解决方案是，提供一种利用本发明全自动管桩焊接设备来焊接管桩的方法，其步骤包括：

将下桩节沉入土体，用吊机将上桩节悬吊对准；

在下桩节的上端板上搁置环形焊料；

小车沿轨道滑动，该状态下第一距离传感器和第二距离传感器均位于下桩节标高，当第一距离传感器和第二距离传感器读数相同，则停止小车，此状态表明两个磁头均对准下桩节的轴心，两个磁头的水平向到位；再驱动第一竖向驱动缸，使得两个磁头上升，当第一距离传感器忽然无法读数而第二距离传感器读数正常，则说明下磁头与下桩节上端板正对而上磁头对空，两个磁头的竖向到位；

再下降上桩节，使得上下两桩节的两端板靠拢并压紧焊料，此时，上磁头的读数正常且与下磁头读数相同；

驱动上水平驱动缸和下水平驱动缸，使得上磁头和下磁头分别吸附住上端板和下端板；再松开上气动手指和下气动手指，并回退上水平驱动缸和下水平驱动缸，使其避让开焊接点；

导通焊接电路，使得上端板和下端板通电，进而融化两端板之间的焊料，实现焊接；且焊接过程中，利用静压或锤击为焊接处提供压力。

采用以上焊接管桩的方法与现有技术相比，具有以下优点。

上述方法的一大亮点为，创造性的提出一种新的管桩焊接方式，即利用两根导线对两端板通电，使原本就相互靠拢的两端板通电短路，由此产生的高温熔化两端板之间的焊料，实现焊接，从而显著提升了焊接的质量和焊接的效率；而且，利用焊接组件，实现了两导线与两端板的全自动对接和全自动分离，完全替代了现有技术人工环形焊接一圈的过程，甚至连搁置焊料都是全自动化，完全无需人工操作，故大幅度提高了生产效率，缩短了工期，降低了劳动强度，将工人从逼仄狭隘的恶劣现场焊接环境中解放出来；而且，上述方法和设备适用于静压或锤击等两种沉桩工序，适应性广，通用性强，具备巨大的经济价值和推广潜力；况且，两根导线分别位于连接板上下表面，避免其提前接触短路，而且整个焊接过程无需人工操作，安全稳定，杜绝隐患；而且，上述设备利用距离传感器精准控制两个磁头的位置和运行轨迹，操作精度高，故障率低。

该焊接管桩的方法中搁置焊料的具体过程如下。

将多块环形焊料堆叠在竖向料筒中，启动推料驱动缸，使推板沿长缺口进入料筒并将最底层的一块焊料推送至斜滑槽，该焊料滑落至底平台的挡板前方，被上料气动手指抓取；

行走车前进，当左中右三个距离传感器均存在读数，且左右读数相同而中间读数最小时，则停止行走车，此时，位于底平台的焊料与下桩节正对；

启动第二竖向驱动缸抬升上料气动手指，当上料距离传感器读数从正常变为无法读取时，则证明上料气动手指的高度超过下桩节顶部，则停止第二竖向驱动缸，且上料距离传感器最后的正常读数为上料气动手指与下桩节的间距，以该间距加上下桩节的环宽作为行程驱动上料水平驱动缸，就能使焊料移动到下桩节正上方，此时松开上料气动手指，就完成了焊料的自动上料。

这样，上料过程精准、高效、自动化程度高。

附图说明

图1是本发明全自动管桩焊接设备的结构示意图。

图2是本发明全自动管桩焊接设备的正视结构示意图。

图3是本发明全自动管桩焊接设备的焊接组件的结构示意图。

图4是本发明全自动管桩焊接设备的上料组件的结构示意图。

图5是本发明全自动管桩焊接设备的上料组件的偏转一定角度后的结构示意图。

图中所示 1、第一导线，2、上桩节，3、下端板，4、上磁头，5、第二导线，6、下桩节，7、上端板，8、下磁头，9、第一竖向驱动缸，10、上水平驱动缸，11、下水平驱动缸，12、上气动手指，13、下气动手指，14、连接板，15、第一距离传感器，16、第二距离传感器，17、轨道，18、小车，19、料筒，20、推料驱动缸，21、斜滑槽，22、底平台，23、焊料，24、推板，25、长缺口,26、挡板，27、第二竖向驱动缸，28、上料水平驱动缸，29、上料气动手指，30、上料距离传感器，31、左距离传感器，32、中距离传感器，33、右距离传感器，34、行走车。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明全自动管桩焊接设备，它包括焊接组件和上料组件。

焊接组件包括第一导线1和第二导线5，第一导线1的自由端设有用于吸附管桩上桩节2下端板3的上磁头4，第二导线5的自由端设有用于吸附管桩下桩节6上端板7的下磁头8；上述两根导线的非自由端分别与焊接电源的两极连接。

该焊接组件还包括第一竖向驱动缸9、上水平驱动缸10、下水平驱动缸11、用于夹持上磁头4的上气动手指12和用于夹持下磁头8的下气动手指13。第一竖向驱动缸9的活塞杆设有连接板14，上水平驱动缸10的缸体固定在连接板14上表面，上水平驱动缸10的活塞杆与上气动手指12的固定部固定。下水平驱动缸11的缸体固定在连接板14的下表面，下水平驱动缸11的活塞杆与下气动手指13的固定部固定。第一竖向驱动缸9居于连接板14宽度向中间，从俯视方向看，上水平驱动缸10和下水平驱动缸11对称倾斜分布。上气动手指12的前端设有第一距离传感器15，下气动手指13前端设有第二距离传感器16。

本实施例的焊接组件优选为，该组件还包括一根横向轨道17和滑动配合在轨道17内的小车18，第一竖向驱动缸9的缸体安装在小车18上。该横向轨道17两端固定有两根撑地的立柱。当然，第一竖向驱动缸9的缸体还可以固定在其它滑动件的滑块上，如还可以设置一根横向的滚珠丝杠副，而第一竖向驱动缸9的缸体固定在滚珠丝杠副的滑块上。

上料组件包括竖向料筒19、推料驱动缸20、斜滑槽21和底平台22。竖向料筒19内堆叠有多块焊料23。推料驱动缸20的活塞杆设有用于将料筒19底层的焊料23推移至斜滑槽21的推板24，料筒19侧壁底部贯通有供推板24穿过的长缺口25。斜滑槽21底端与底平台22连通，底平台22设有阻止焊料23继续下滑的挡板26。底平台22还设有抓住位于挡板26前方焊料23的上料手臂。

上料手臂优选为，它包括第二竖向驱动缸27、上料水平驱动缸28和用于抓取焊料23的上料气动手指29，第二竖向驱动缸27的活塞杆与上料水平驱动缸28的缸体固定，上料水平驱动缸28的活塞杆与上料气动手指29的固定部固定。

上料气动手指29的前手指上设有上料距离传感器30；底平台22靠近下桩节6的侧板上分布有左距离传感器31、中距离传感器32和右距离传感器33，左中右三个距离传感器位于同一水平线上，从俯视方向看，从位于底平台22的焊料23圆心向下桩节6轴心做一条连线，中距离传感器32位于该连线上。

本实施例的上料组件的承载结构优选为，它还包括一台行走车34，竖向料筒19、推料驱动缸20的缸体、斜滑槽21、底平台22和第二竖向驱动缸27的缸体均固定在行走车34上。当然，也可以不采用行走车14，而是利用一个整体式的支架，将上料组件的各个部件安装在支架上。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，利用本发明全自动管桩焊接设备来焊接管桩的方法，其步骤如下。

将下桩节6沉入土体，用吊机将上桩节2悬吊对准。本申请中的沉桩均采用常规的静压或锤击工艺。

在下桩节6的上端板7上搁置环形焊料23。

小车18沿轨道17滑动，该状态下第一距离传感器15和第二距离传感器16均位于下桩节6标高，当第一距离传感器15和第二距离传感器16读数相同，则停止小车18，此状态表明两个磁头均对准下桩节6的轴心，两个磁头的水平向到位；再驱动第一竖向驱动缸9，使得两个磁头上升，当第一距离传感器15忽然无法读数而第二距离传感器16读数正常，则说明下磁头8与下桩节6上端板7正对而上磁头4对空，两个磁头的竖向到位。

再下降上桩节2，使得上下两桩节的两端板靠拢并压紧焊料23，此时，由于第一距离传感器15正对下落的上桩节2，故上磁头4的读数恢复正常且与下磁头8读数相同；所以，根据第一距离传感器15读数是否恢复正常可以验证两个磁头尤其是上磁头4的高度向是否到位。

驱动上水平驱动缸10和下水平驱动缸11，使得上磁头4和下磁头8分别吸附住上端板7和下端板3；再松开上气动手指12和下气动手指13，并回退上水平驱动缸10和下水平驱动缸11，使其避让开焊接点；必要时，甚至可以开走小车18，使得该焊接组件最大限度的远离焊接点。

导通焊接电路，使得上端板7和下端板3通电，进而融化两端板之间的焊料23，实现焊接；且焊接过程中，利用静压或锤击为焊接处提供压力。

本实施例中，搁置焊料23的过程是全自动的，当然，也可以依靠人工手动搁置。本实施例的具体上料过程如下。

将多块环形焊料23堆叠在竖向料筒19中，启动推料驱动缸20，使推板24沿长缺口25进入料筒19并将最底层的一块焊料23推送至斜滑槽21，该焊料23滑落至底平台22的挡板26前方，被上料气动手指29抓取。

行走车34前进，当左中右三个距离传感器均存在读数，且左右读数相同而中间读数最小时，则停止行走车34，此时，位于底平台22的焊料23与下桩节6正对。

启动第二竖向驱动缸27抬升上料气动手指29，当上料距离传感器30读数从正常变为无法读取时，则证明上料气动手指29的高度刚好超过下桩节6顶部，所以读数骤然增大甚至无法读取。则停止第二竖向驱动缸27，且上料距离传感器30最后的正常读数为上料气动手指29与下桩节6的间距，以该间距加上下桩节6的环宽作为行程，以该行程驱动上料水平驱动缸28，就能使焊料23移动到下桩节6正上方，此时松开上料气动手指29，就完成了焊料23的自动上料。

举例说明，第二竖向驱动缸27抬升上料气动手指29的过程中，如果上料距离传感器30的读数一直都是40cm，骤然上升到无法读取，则说明上料气动手指29与下桩节6的间距为40cm，加上下桩节6的5cm的环宽，上料水平驱动缸28的目标行程为45cm。

当然，本焊接方法并不仅仅限于管桩，带端板的实心方桩或空心方桩也同样能采用本方法施工。

Claims (9)

1.一种全自动管桩焊接设备，其特征在于：它包括焊接组件和上料组件；

焊接组件包括两根导线，其中，第一导线(1)设有用于吸附上桩节(2)下端板(3)的上磁头(4)，第二导线(5)设有用于吸附下桩节(6)上端板(7)的下磁头(8)；该焊接组件还包括第一竖向驱动缸(9)、上水平驱动缸(10)、下水平驱动缸(11)、用于夹持上磁头(4)的上气动手指(12)和用于夹持下磁头(8)的下气动手指(13)；第一竖向驱动缸(9)的活塞杆设有连接板(14)，两个水平驱动缸的缸体分别固定在连接板(14)的上下表面，每个水平驱动缸的活塞杆与对应的气动手指的固定部连接；

上料组件包括竖向料筒(19)、推料驱动缸(20)、斜滑槽(21)和底平台(22)，推料驱动缸(20)的活塞杆设有用于将料筒(19)底层的焊料(23)推移至斜滑槽(21)的推板(24)，料筒(19)侧壁底部贯通有供推板(24)穿过的长缺口(25)，斜滑槽(21)底端与底平台(22)连通，底平台(22)设有阻止焊料(23)继续下滑的挡板(26)，底平台(22)还设有抓住位于挡板(26)前方焊料(23)的上料手臂。

2.根据权利要求1所述的全自动管桩焊接设备，其特征在于：第一竖向驱动缸(9)居于连接板(14)宽度向中间，从俯视方向看，上水平驱动缸(10)和下水平驱动缸(11)对称倾斜分布。

3.根据权利要求1所述的全自动管桩焊接设备，其特征在于：上气动手指(12)的前端设有第一距离传感器(15)，下气动手指(13)前端设有第二距离传感器(16)。

4.根据权利要求1所述的全自动管桩焊接设备，其特征在于：焊接组件还包括一根横向轨道(17)和滑动配合在轨道(17)内的小车(18)，第一竖向驱动缸(9)的缸体安装在小车(18)上。

5.根据权利要求1所述的全自动管桩焊接设备，其特征在于：上料手臂包括第二竖向驱动缸(27)、上料水平驱动缸(28)和用于抓取焊料(23)的上料气动手指(29)，第二竖向驱动缸(27)的活塞杆与上料水平驱动缸(28)的缸体固定，上料水平驱动缸(28)的活塞杆与上料气动手指(29)的固定部固定。

6.根据权利要求1所述的全自动管桩焊接设备，其特征在于：上料气动手指(29)的前手指上设有上料距离传感器(30)；底平台(22)靠近下桩节(6)的侧板上分布有左距离传感器(31)、中距离传感器(32)和右距离传感器(33)，左中右三个距离传感器位于同一水平线上，从位于底平台(22)的焊料(23)圆心向下桩节(6)轴心做一条连线，中距离传感器(32)位于该连线上。

7.根据权利要求5所述的全自动管桩焊接设备，其特征在于：上料组件还包括一台行走车(34)，竖向料筒(19)、推料驱动缸(20)的缸体、斜滑槽(21)、底平台(22)和第二竖向驱动缸(27)的缸体均固定在行走车(34)上。

8.利用权利要求1～7所述全自动管桩焊接设备来焊接管桩的方法，其特征在于：其步骤包括：

将下桩节(6)沉入土体，用吊机将上桩节(2)悬吊对准；

在下桩节(6)的上端板(7)上搁置环形焊料(23)；

小车(18)沿轨道(17)滑动，该状态下第一距离传感器(15)和第二距离传感器(16)均位于下桩节(6)标高，当第一距离传感器(15)和第二距离传感器(16)读数相同，则停止小车(18)，此状态表明两个磁头均对准下桩节(6)的轴心，两个磁头的水平向到位；再驱动第一竖向驱动缸(9)，使得两个磁头上升，当第一距离传感器(15)忽然无法读数而第二距离传感器(16)读数正常，则说明下磁头(8)与下桩节(6)上端板(7)正对而上磁头(4)对空，两个磁头的竖向到位；

再下降上桩节(2)，使得上下两桩节的两端板靠拢并压紧焊料(23)，此时，上磁头(4)的读数正常且与下磁头(8)读数相同；

驱动上水平驱动缸(10)和下水平驱动缸(11)，使得上磁头(4)和下磁头(8)分别吸附住上端板(7)和下端板(3)；再松开上气动手指(12)和下气动手指(13)，并回退上水平驱动缸(10)和下水平驱动缸(11)，使其避让开焊接点；

导通焊接电路，使得上端板(7)和下端板(3)通电，进而融化两端板之间的焊料(23)，实现焊接；且焊接过程中，利用静压或锤击为焊接处提供压力。

9.根据权利要求8所述的焊接管桩的方法，其特征在于：搁置焊料(23)的过程如下：

将多块环形焊料(23)堆叠在竖向料筒(19)中，启动推料驱动缸(20)，使推板(24)沿长缺口(25)进入料筒(19)并将最底层的一块焊料(23)推送至斜滑槽(21)，该焊料(23)滑落至底平台(22)的挡板(26)前方，被上料气动手指(29)抓取；

行走车(34)前进，当左中右三个距离传感器均存在读数，且左右读数相同而中间读数最小时，则停止行走车(34)，此时，位于底平台(22)的焊料(23)与下桩节(6)正对；

启动第二竖向驱动缸(27)抬升上料气动手指(29)，当上料距离传感器(30)读数从正常变为无法读取时，则证明上料气动手指(29)的高度超过下桩节(6)顶部，则停止第二竖向驱动缸(27)，且上料距离传感器(30)最后的正常读数为上料气动手指(29)与下桩节(6)的间距，以该间距加上下桩节(6)的环宽作为行程驱动上料水平驱动缸(28)，就能使焊料(23)移动到下桩节(6)正上方，此时松开上料气动手指(29)，就完成了焊料(23)的自动上料。