CN114473276A - 隧道拱架焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道拱架焊接机器人，包括焊接设备以及位于焊接设备两侧的拱架安装工装I和拱架安装工装II，所述焊接设备包括固定式焊接机构和行走式焊接机构，所述固定式焊接机构和行走式焊接机构之间设置有清枪站，所述行走式焊接机构包括沿拱架安装工装I长度方向设置的第一行走地轨和可沿第一行走地轨行走的第一行走滑台，所述第一行走滑台上安装有第一焊接机器人，所述固定式焊接机构包括第二焊接机器人，所述第二焊接机器人通过基座安装在地面上，所述清枪站处于第二焊接机器人与第一行走地轨之间。本发明具有以下有益效果：1、工作效率较高；2、焊接质量稳定；3、降低劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道拱架焊接机器人，属于隧道拱架焊接技术领域。
背景技术
在隧道支护施工众多方案中，隧道拱架施工对于隧道安全最为重要，隧道拱架本身具有一定强度，能够抗弯，自身质地较硬，待隧道拱架施工成型后，隧道内工作环境会明显改善。隧道拱架一般由多个拱架节段拼装形成一套整体，而拱架节段一般根据隧道设计尺寸在工厂提前预制，拱架节段预制完成后，转运到现场进行拼装。如图11所示，隧道拱架的拱架节包括拱架型钢29，在拱架型钢29的两端焊接连接板30。
现有隧道拱架的拱架节焊接工作99.99％以上都是由人工焊接完成。存在效率低下，质量不可控，工人劳动强度高与身体伤害严重。同时，现有的焊接机器人作业范围较小，也是没采用焊接机器人替代人工焊接隧道拱架的原因之一。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：为解决上述问题之一，提供一种隧道拱架焊接机器人。
本发明所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：包括焊接设备以及位于焊接设备两侧的拱架安装工装I和拱架安装工装II，所述焊接设备包括固定式焊接机构和行走式焊接机构，所述固定式焊接机构和行走式焊接机构之间设置有清枪站，所述行走式焊接机构包括沿拱架安装工装I长度方向设置的第一行走地轨和可沿第一行走地轨行走的第一行走滑台，所述第一行走滑台上安装有第一焊接机器人，所述固定式焊接机构包括第二焊接机器人，所述第二焊接机器人通过基座安装在地面上，所述清枪站处于第二焊接机器人与第一行走地轨之间。
优选地，所述第一行走滑台底部安装有第一行走电机，第一行走电机的动力输出轴上安装有驱动齿轮A，第一齿条沿第一行走地轨的长度方向固定设置在所述第一行走地轨上，所述驱动齿轮A与所述第一齿条相互啮合组成齿轮第一齿条传动机构。
优选地，所述拱架安装工装I包括第二行走地轨，所述第二行走地轨靠近固定式焊接机构的一端固定有固定式机头，还包括可沿第二行走地轨行走的行走式机头，所述行走式机头机壳的下表面具有与第二行走地轨相配合的滑块，所述行走式机头内底部安装有第二行走电机，第二行走电机的动力输出轴上安装有驱动齿轮B，第二齿条沿第二行走地轨的长度方向固定设置在所述第二行走地轨上，所述驱动齿轮B与所述第二齿条相互啮合组成齿轮第二齿条传动机构。
优选地，所述固定式机头机壳的下表面固定在第二行走地轨的一端。
优选地，所述固定式机头上具有夹持隧道拱架的第一旋转式夹持工装，所述行走式机头上具有夹持隧道拱架的第二旋转式夹持工装。
优选地，所述第二旋转式夹持工装包括机箱，所述机箱前侧面的上部通过回转变位机构安装有竖向设置的转盘，所述回转变位机构为转盘提供旋转运动及支撑，所述转盘的外侧面上通过角度调节机构安装有连接板定位夹紧机构。
优选地，所述角度调节机构包括工装安装板，所述工装安装板的一侧铰接有连接轴，所述工装安装板的另一侧固定有铰接板，所述铰接板的另一端铰接在转盘的外侧面上，所述连接轴上套设有能沿连接轴长度方向滑动的套管，所述套管上具有转轴，转轴通过转轴连接座安装在转盘的外侧面上，转轴可相对于转轴连接座旋转，所述转盘上开设有供连接轴贯穿的避让孔，所述套管外壁商开设的螺纹孔内安装有紧定螺钉，所述紧定螺钉的内端抵接在连接轴的外壁上。
优选地，所述连接板定位夹紧机构包括安装在工装安装板上部的顶部连接板夹紧气缸，安装在工装安装板下部的底部连接板夹紧气缸，顶部连接板夹紧气缸伸缩端的夹紧块与底部连接板夹紧气缸伸缩端的夹紧块相向运动、夹紧所述连接板，所述工装安装板的一侧安装有侧向连接板夹紧气缸，工作状态下，侧向连接板夹紧气缸伸缩端的夹紧块抵接在连接板的侧边上。
优选地，所述还包括型钢夹具安装板，所述型钢夹具安装板的两端分别一体成型有一连接筋板，两所述连接筋板的另一端分别固定在工装安装板两侧的转盘上，所述型钢夹具安装板的上表面安装有间隔设置的第一支撑座和第二支撑座，所述第一支撑座上安装有型钢侧面夹紧气缸，第二支撑座内壁具有夹持面，型钢侧面夹紧气缸伸缩端的夹紧块与所述夹持面相对设置，并能够相对靠近或远离所述夹持面，以夹紧或释放拱架型钢，还包括横跨第一支撑座和第二支撑座上的支撑板，支撑板分别通过连接螺栓与第一支撑座、第二支撑座可拆卸连接，所述支撑板上安装有型钢上夹紧气缸，所述型钢夹具安装板的上表面安装有底面定位板，所述型钢上夹紧气缸伸缩端的夹紧块与所述底面定位板相对设置，并能够相对靠近或远离所述底面定位板，以夹紧或释放拱架型钢。
优选地，所述工装安装板的外侧面中部还安装有可拆卸的垫板，垫板的投影面积小于连接板的投影面积，垫高连接板，使连接板与工装安装板脱离，避免对焊枪造成，不利于焊接，还包括侧面定位轴，所述侧面定位轴通过一定位板可拆卸的安装在连接筋板上，侧面定位轴与第二支撑座同侧设置。
优选地，所述第一旋转式夹持工装与第二旋转式夹持工装结构相同，但镜像设置。
优选地，所述回转变位机构为传统的回转支撑，通过其上配置的回转驱动件实现驱动，其两连接端分别与转盘、机箱连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的隧道拱架焊接机器人，具有以下优势：
1、工作效率较高
本焊接***由操作工摆放工件，机器人自动焊接，工件不需要人工反转，由变位机自动反转，机器人根据编好的程序自动焊接，摆放工件和机器人焊接可以同步进行，大大提高生产效率。
2、焊接质量稳定
机器人焊接比人工焊接工作稳定，焊缝美观，能保证良好的焊接质量。
3、降低劳动强度
本***焊机采用CM500水冷焊机，可以不间断连续焊接，工人只需要装卡工件一次，变位机自动带着工件反转，人工焊接需要多次反转工件，劳动强度大，降低了工人的劳动强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构示意图一；
图2为本发明的结构示意图二；
图3为本发明的结构示意图三；
图4为拱架安装工装I的结构示意图一；
图5为拱架安装工装I的结构示意图二；
图6为拱架安装工装I的结构示意图三；
图7为行走式机头的结构示意图一；
图8为行走式机头的结构示意图二；
图9为行走式机头的结构示意图三；
图10为行走式机头的结构示意图四；
图11为隧道拱架的拱架节的结构图。
图中：1、拱架安装工装I 1.1、第二行走地轨 1.2、固定式机头 1.3、行走式机头1.4、第二行走电机 1.5、第二齿条 2、拱架安装工装II 3、固定式焊接机构 4、行走式焊接机构 4.1、第一行走地轨 4.2、第一行走滑台 4.3、第一焊接机器人 4.4、第一行走电机4.5、第一齿条 5、清枪站 6、机箱 7、回转变位机构 8、转盘 9、工装安装板 10、铰接板 11、连接轴 12、套管 13、转轴 14、转轴连接座 15、紧定螺钉 16、顶部连接板夹紧气缸 17、底部连接板夹紧气缸 18、侧向连接板夹紧气缸 19、垫板 20、型钢夹具安装板 21、连接筋板22、第一支撑座 23、第二支撑座 24、型钢侧面夹紧气缸 25、支撑板 26、型钢上夹紧气缸27、底面定位板 28、侧面定位轴 。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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。
实施例
如图1-6所示，所述隧道拱架焊接机器人，包括焊接设备以及位于焊接设备两侧的拱架安装工装I1和拱架安装工装II2，所述焊接设备包括固定式焊接机构3和行走式焊接机构4，所述固定式焊接机构3和行走式焊接机构4之间设置有清枪站5，所述行走式焊接机构4包括沿拱架安装工装I1长度方向设置的第一行走地轨4.1和可沿第一行走地轨4.1行走的第一行走滑台4.2，所述第一行走滑台4.2上安装有第一焊接机器人4.3，所述固定式焊接机构3包括第二焊接机器人，所述第二焊接机器人通过基座安装在地面上，所述清枪站5处于第二焊接机器人与第一行走地轨4.1之间。
本实施例中，所述第一行走滑台4.2底部安装有第一行走电机4.4，第一行走电机4.4的动力输出轴上安装有驱动齿轮A，第一齿条4.5沿第一行走地轨4.1的长度方向固定设置在所述第一行走地轨4.1上，所述驱动齿轮A与所述第一齿条相互啮合组成齿轮第一齿条传动机构；所述拱架安装工装I1包括第二行走地轨1.1，所述第二行走地轨1.1靠近固定式焊接机构3的一端固定有固定式机头1.2，还包括可沿第二行走地轨1.1行走的行走式机头1.3，所述行走式机头1.3机壳的下表面具有与第二行走地轨1.1相配合的滑块，所述行走式机头1.3内底部安装有第二行走电机1.4，第二行走电机1.4的动力输出轴上安装有驱动齿轮B，第二齿条1.5沿第二行走地轨1.1的长度方向固定设置在所述第二行走地轨1.1上，所述驱动齿轮B与所述第二齿条相互啮合组成齿轮第二齿条传动机构；所述固定式机头1.2机壳的下表面固定在第二行走地轨1.1的一端；所述固定式机头1.2上具有夹持隧道拱架的第一旋转式夹持工装，所述行走式机头1.3上具有夹持隧道拱架的第二旋转式夹持工装。
进一步的，参照图7-10，所述第二旋转式夹持工装包括机箱6，所述机箱6前侧面的上部通过回转变位机构7安装有竖向设置的转盘8，所述回转变位机构7为转盘8提供旋转运动及支撑，所述转盘8的外侧面上通过角度调节机构安装有连接板定位夹紧机构；所述角度调节机构包括工装安装板9，所述工装安装板9的一侧铰接有连接轴11，所述工装安装板9的另一侧固定有铰接板10，所述铰接板10的另一端铰接在转盘8的外侧面上，所述连接轴11上套设有能沿连接轴11长度方向滑动的套管12，所述套管12上具有转轴13，转轴13通过转轴连接座14安装在转盘8的外侧面上，转轴13可相对于转轴连接座14旋转，所述转盘8上开设有供连接轴11贯穿的避让孔，所述套管12外壁商开设的螺纹孔内安装有紧定螺钉15，所述紧定螺钉15的内端抵接在连接轴11的外壁上；所述连接板定位夹紧机构包括安装在工装安装板9上部的顶部连接板夹紧气缸16，安装在工装安装板9下部的底部连接板夹紧气缸17，顶部连接板夹紧气缸16伸缩端的夹紧块与底部连接板夹紧气缸17伸缩端的夹紧块相向运动、夹紧所述连接板，所述工装安装板9的一侧安装有侧向连接板夹紧气缸18，工作状态下，侧向连接板夹紧气缸18伸缩端的夹紧块抵接在连接板的侧边上；所述还包括型钢夹具安装板20，所述型钢夹具安装板20的两端分别一体成型有一连接筋板21，两所述连接筋板21的另一端分别固定在工装安装板9两侧的转盘8上，所述型钢夹具安装板20的上表面安装有间隔设置的第一支撑座22和第二支撑座23，所述第一支撑座22上安装有型钢侧面夹紧气缸24，第二支撑座23内壁具有夹持面，型钢侧面夹紧气缸24伸缩端的夹紧块与所述夹持面相对设置，并能够相对靠近或远离所述夹持面，以夹紧或释放拱架型钢，还包括横跨第一支撑座22和第二支撑座23上的支撑板25，支撑板25分别通过连接螺栓与第一支撑座22、第二支撑座23可拆卸连接，所述支撑板25上安装有型钢上夹紧气缸26，所述型钢夹具安装板20的上表面安装有底面定位板27，所述型钢上夹紧气缸26伸缩端的夹紧块与所述底面定位板27相对设置，并能够相对靠近或远离所述底面定位板27，以夹紧或释放拱架型钢。
进一步的，所述工装安装板9的外侧面中部还安装有可拆卸的垫板19，垫板19的投影面积小于连接板的投影面积，垫高连接板，使连接板与工装安装板9脱离，避免对焊枪造成，不利于焊接还包括侧面定位轴28，所述侧面定位轴28通过一定位板可拆卸的安装在连接筋板21上，侧面定位轴28与第二支撑座23同侧设置；所述第一旋转式夹持工装与第二旋转式夹持工装结构相同，但镜像设置；所述回转变位机构7为传统的回转支撑，通过其上配置的回转驱动件实现驱动，其两连接端分别与转盘8、机箱6连接。
本发明的焊接流程：
1、工人把先把固定式机头1.2及行走式机头1.3上的工装安装板9调整到合适位置（具体根据待加工拱架型钢29的长度及弧度调节），拿着定位板30放到垫板19表面，利用顶部连接板夹紧气缸16、底部连接板夹紧气缸17及侧向连接板夹紧气缸18夹紧连接板，固定式机头1.2及行走式机头1.3上分别固定一定位板30，两个定位板30的安装流程相同；
2、根据拱架型钢29长短，调整行走式机头1.3的位置，用吊具夹紧拱架型钢29，用行车吊装到工装位置，拱架型钢29的一端支撑在固定式机头1.2的底面定位板27的上表面，拱架型钢29的另一端支撑在行走式机头1.3的底面定位板27的上表面，先把固定式机头1.2处的拱架型钢29顶紧连接板30位置，装上固定式机头1.2上的支撑板25，固定式机头1.2上的型钢侧面夹紧气缸24伸缩端的夹紧块与所述夹持面相对设置，相对靠近，以夹紧固定式机头1.2处的紧拱架型钢29；
3、微移行走式机头1.3，再调整行走式机头1.3处的拱架型钢29顶紧连接板30位置，装上行走式机头1.3上的支撑板25，行走式机头1.3上的型钢侧面夹紧气缸24伸缩端的夹紧块与所述夹持面相对设置，相对靠近，以夹紧固定式机头1.2处的紧拱架型钢；
4、第一焊接机器人4.3及第二焊接机器人根据预先编辑好的程序自动焊接钢拱架，工件不需要人工反转，由变位机自动反转；
5、焊接完成后拆卸焊接好的钢拱架；
6、机械臂自动清枪；
7、焊接另一工位。
工装安装板9的调整方式为：通过紧定螺钉15改变套管12在连接轴11上的位置，进行调节，套管12与工装安装板9之间的距离增大，使得工装安装板9与转盘8之间的夹角变大。
工作状态下，型钢上夹紧气缸26伸缩端的夹紧块抵接在拱架型钢29的腹板上，型钢侧面夹紧气缸24伸缩端的夹紧块抵接在拱架型钢29的其中一个翼板上，第二支撑座23的夹持面与另一翼板抵接定位。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种隧道拱架焊接机器人，其特征在于：包括焊接设备以及位于焊接设备两侧的拱架安装工装I（1）和拱架安装工装II（2），所述焊接设备包括固定式焊接机构（3）和行走式焊接机构（4），所述固定式焊接机构（3）和行走式焊接机构（4）之间设置有清枪站（5），所述行走式焊接机构（4）包括沿拱架安装工装I（1）长度方向设置的第一行走地轨（4.1）和可沿第一行走地轨（4.1）行走的第一行走滑台（4.2），所述第一行走滑台（4.2）上安装有第一焊接机器人（4.3），所述固定式焊接机构（3）包括第二焊接机器人，所述第二焊接机器人通过基座安装在地面上，所述清枪站（5）处于第二焊接机器人与第一行走地轨（4.1）之间。
2.根据权利要求1所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述第一行走滑台（4.2）底部安装有第一行走电机（4.4），第一行走电机（4.4）的动力输出轴上安装有驱动齿轮A，第一齿条（4.5）沿第一行走地轨（4.1）的长度方向固定设置在所述第一行走地轨（4.1）上，所述驱动齿轮A与所述第一齿条相互啮合组成齿轮第一齿条传动机构。
3.根据权利要求2所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述拱架安装工装I（1）包括第二行走地轨（1.1），所述第二行走地轨（1.1）靠近固定式焊接机构（3）的一端固定有固定式机头（1.2），还包括可沿第二行走地轨（1.1）行走的行走式机头（1.3），所述行走式机头（1.3）机壳的下表面具有与第二行走地轨（1.1）相配合的滑块，所述行走式机头（1.3）内底部安装有第二行走电机（1.4），第二行走电机（1.4）的动力输出轴上安装有驱动齿轮B，第二齿条（1.5）沿第二行走地轨（1.1）的长度方向固定设置在所述第二行走地轨（1.1）上，所述驱动齿轮B与所述第二齿条相互啮合组成齿轮第二齿条传动机构。
4.根据权利要求3所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述固定式机头（1.2）机壳的下表面固定在第二行走地轨（1.1）的一端。
5.根据权利要求4所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述固定式机头（1.2）上具有夹持隧道拱架的第一旋转式夹持工装，所述行走式机头（1.3）上具有夹持隧道拱架的第二旋转式夹持工装。
6.根据权利要求5所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述第二旋转式夹持工装包括机箱（6），所述机箱（6）前侧面的上部通过回转变位机构（7）安装有竖向设置的转盘（8），所述回转变位机构（7）为转盘（8）提供旋转运动及支撑，所述转盘（8）的外侧面上通过角度调节机构安装有连接板定位夹紧机构。
7.根据权利要求6所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述角度调节机构包括工装安装板（9），所述工装安装板（9）的一侧铰接有连接轴（11），所述工装安装板（9）的另一侧固定有铰接板（10），所述铰接板（10）的另一端铰接在转盘（8）的外侧面上，所述连接轴（11）上套设有能沿连接轴（11）长度方向滑动的套管（12），所述套管（12）上具有转轴（13），转轴（13）的中心线与连接轴（11）的中心线垂直相交，转轴（13）通过转轴连接座（14）安装在转盘（8）的外侧面上，转轴（13）可相对于转轴连接座（14）旋转，所述转盘（8）上开设有供连接轴（11）贯穿的避让孔，所述套管（12）外壁上开设的螺纹孔内安装有紧定螺钉（15），所述紧定螺钉（15）的内端抵接在连接轴（11）的外壁上。
8.根据权利要求7所述的隧道拱架焊接机器人，其特征在于：所述连接板定位夹紧机构包括安装在工装安装板（9）上部的顶部连接板夹紧气缸（16），安装在工装安装板（9）下部的底部连接板夹紧气缸（17），顶部连接板夹紧气缸（16）伸缩端的夹紧块与底部连接板夹紧气缸（17）伸缩端的夹紧块相向运动、夹紧所述连接板，所述工装安装板（9）的一侧安装有侧向连接板夹紧气缸（18），工作状态下，侧向连接板夹紧气缸（18）伸缩端的夹紧块抵接在连接板的侧边上。
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