一种箱体梁拼装焊接设备的制作方法

本发明涉及箱体梁拼装以及焊接领域，尤其涉及针对箱体梁的腹板、顶板进行拼装和焊接的设备。

背景技术：

在岸桥、场桥、行车、桥梁等存在箱体梁结构。针对这些箱体梁结构的制作，传统方式以人工为主，设备为辅的操作模式。特别是箱体梁的拼装成型以及焊接，其自动化或半自动化程度的占有率应仅约为20％-30％。此种操作模式的缺点是效率低进度慢，劳动强度高工作量大，危险系数高，并且质量也难以得到有效的控制与保障。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种箱体梁拼装焊接设备，适用于自动化操作，利于操作工人身体健康，提高了生产质量和效益。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种箱体梁拼装焊接设备，包括主框架、液压站、滑触线装置、腹板顶进及驱动系统、内隔板找正及固定系统、内部焊接机械手及驱动系统、顶板压紧系统、外部焊接机械手及驱动系统、大车驱动及制动装置，其中主框架承载箱体梁拼装焊接设备部件，液压站为箱体梁拼装焊接设备中的液压机构提供流体动力，滑触线为处于移动状态的箱体梁拼装焊接设备提供电能，内隔板找正及固定系统调整内隔板与底板的相对垂直度、平行度及内隔板与腹板的相对垂直度，在将内隔板与腹板焊接到一起时通过内隔板找正及固定系统的夹紧功能调节腹板与内隔板接触面的间隙，腹板顶进及驱动系统利用顶进、顶紧将腹板拱曲部分顶平直至腹板与内隔板贴合，内部焊接机械手及驱动系统对箱体内部焊缝进行焊接，顶板压紧系统利用压紧功能将顶板拱曲部分压平直至顶板与腹板贴合，外部焊接机械手机驱动系统对箱体外部焊缝进行焊接，大车驱动及制动装置为处于工作状态中的箱体梁拼装焊接设备提供驱动动力并对处于行走状态中的箱体梁拼装焊接设备进行刹车制动。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，主框架包括外部焊接机械手安装支座、大车行走减速器安装支座、制动器安装支座、顶板压紧机构安装支座、内部焊接机械手横向滑轨安装支座、顶进装置滑轨、找正机构安装底座、腹板顶进装置竖向驱动电机安装座。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，滑触线装置包括滑触线导轨和集电器。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，内隔板找正及固定系统包括找正支架固定框、支架及夹紧机构纵向驱动装置、夹紧机构。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，支架及夹紧机构纵向驱动装置包括内隔板找正及固定装置支架、垂直升降液压缸、夹紧机构纵向驱动装置、横向瞄准定位仪、夹紧机构纵向驱动丝杠、纵向瞄准定位仪。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，夹紧机构包括腹板压紧油缸、腹板压紧爪及支架、内隔板找正爪、内隔板找正爪驱动装置、夹紧机构纵向滑轨、夹紧机构纵向驱动丝杠副、夹紧机构纵向驱动油缸、夹紧机构支座、内隔板找正爪驱动丝杠。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，腹板顶进及驱动系统包括腹板顶进机构竖向驱动装置、腹板顶进装置，其中腹板顶进机构竖向驱动装置包括蜗轮减速器、传动丝杠、蜗轮减速器驱动电机，腹板顶进装置包括腹板顶进装置底座、油缸旋转驱动电机、齿圈、顶进油缸支座、电动自锁器、腹板顶进油缸。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，内部焊接机械手及驱动系统包括焊接机械手纵向驱动装置、内部焊接机械手、焊接机械手横向滑轨、驱动丝杠、横向滑轨、焊接机械手竖向驱动装置，焊接机械手纵向驱动装置包括蜗轮减速器、蜗轮减速器驱动电机、驱动丝杠，内部焊接机械手包括连接套、固定轴、第一旋臂及驱动装置、第二旋臂及驱动装置、第三旋臂及驱动装置、第四旋臂及驱动装置、焊炬，焊接机械手竖向驱动装置包括下行限位开关及开关支架、竖向滑轨、蜗轮减速装置及其底座、竖杆竖向驱动电机。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，顶板压紧系统包括压轮及压轮轴、压轮轴支座、压轮支架、液压锁紧装置、压轮支架固定框。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，外部焊接机械手及驱动系统包括滑轨及驱动丝杠、外部焊接机械手、焊机机械手竖向驱动电机，外部焊接机械手包括第一旋臂及驱动装置、第二旋臂及驱动装置、第三旋臂及驱动装置、第四旋臂及驱动装置、焊炬、连接滑块。

根据本发明的箱体梁拼装焊接设备的一实施例，大车驱动及制动装置包括制动器支架、制动器、驱动电机、走轮及支座、联轴节、减速箱。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的箱体梁拼装焊接设备主要由滑触线装置、大车驱动及制动装置、液压站、主框架、顶板压紧系统、内部焊接机械手及驱动系统、内隔板找正及固定系统、腹板顶进及驱动系统、外部焊接机械手及驱动系统等机构零部件组合而成。设备所具有的多项功能可满足箱体梁的主体钢结构70％-80％的拼装及焊接需求。通过设计多组控制系统有效控制各种运动行程。通过设计多组激光瞄准定位装置精确确定拼装件的正确位置。通过设计多组蜗轮蜗杆变速装置所具有的变速及自锁功能有效控制处于工作状态中的各相关机构的各相关动作行程。

附图说明

图1示出了本发明的箱体梁拼装焊接设备的工作现场及工作状态示意图。

图2a和2b分别从正面和背面示出了本发明的箱体梁拼装焊接设备的组成结构示意图。

图3a和3b分别从正面和背面示出了主框架的结构。

图4示出了液压站的结构。

图5a和5b示出了滑触线的结构。

图6a和6b分别从正面和背面示出了内隔板找正及固定系统的结构。

图6c示出了支架及夹紧机构纵向驱动装置的结构。

图6d示出了找正支架固定框的结构。

图6e、6f和6g分别从正面、背面和剖面示出了夹紧机构的结构。

图7a示出了腹板顶进及驱动系统的结构。

图7b示出了腹板顶进机构竖向驱动装置的结构。

图7c示出了腹板顶进装置的结构。

图8a示出了内部焊接机械手及驱动系统的布置。

图8b示出了内部焊接机械手及驱动装置的结构。

图8c示出了焊接机械手纵向驱动装置的结构。

图8d示出了齿条竖杆及内部焊接机械手的结构。

图8e示出了内部焊接机械手的结构。

图8f示出了横向滑轨的结构。

图8g示出了焊接机械手竖向驱动装置的结构。

图9a示出了顶板压紧系统的结构。

图9b示出了压轮支架固定框的结构。

图10a示出了外部焊接机械手的布置。

图10b示出了外部焊接机械手及驱动装置的结构。

图10c示出了外部焊接机械手的结构。

图11a和11b分别从正面和背面示出了大车驱动及制动装置的结构。

图12示出了已组合在一起的内隔板和底板状态图。

图13示出了就位后的腹板(还未焊接定位)的状态示意图。

图14a示出了通过纵向瞄准定位仪与标尺确定内隔板垂直状态的示意图。

图14b示出了内隔板定位原理的示意图。

图15示出了内隔板找正及固定系统的夹紧机构放大(非工作状态)的状态示意图。

图16示出了内隔板找正爪将内隔板夹紧找正状态的示意图。

图17a示出了腹板压紧爪将腹板与内隔板压紧至理想贴合状态的示意图。

图17b示出了腹板压紧爪与内隔板找正抓工作状态示意图。

图18a示出了处于非工作状态的腹板顶进装置的示意图。

图18b示出了电动自锁器与卡槽板配合状态的示意图。

图19a和19b分别是从左视图和右视图的角度示出了利用腹板顶进装置顶紧腹板状态的示意图。

图20示出了启动内部焊接机械手状态的示意图。

图21示出了内部焊接机械手焊接内隔板与腹板(点焊定位)的状态示意图。

图22a和22b分别从左视角度和右视角度示出了利用外部焊接机械臂焊接底板于腹板(点焊定位)状态示意图。

图23示出了利用内部焊接机械臂焊接内部焊缝状态示意图。

图24示出了利用内隔板找正及固定系统调整顶板垂直度原理的示意图。

图25示出了腹板夹紧爪机构下行状态示意图。

图26a示出了以腹板夹紧爪夹紧功能调整顶板垂直度状态的示意图。

图26b示出了利用内隔板找正及固定系统调整顶板垂直状态的示意图。

图27示出了将顶板与腹板焊接定位状态的示意图。

图28示出了焊接外部焊缝状态示意图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明的箱体梁拼装焊接设备的工作现场以及工作状态的情况，底板3上放置箱体大梁1、定距标尺4和箱体梁拼装焊接设备2。箱体梁拼装焊接设备2的具体构造如图2a和2b所示，包括主框架21、液压站22、滑触线装置23、腹板顶进及驱动系统24、内隔板找正及固定系统25、内部焊接机械手及驱动系统26、顶板压紧系统27、外部焊接机械手及驱动系统28、大车驱动及制动装置29。

主框架21用于承载所有与箱体梁拼装焊接设备有关的机构零部件。如图3a和3b所示，主框架21包括外部焊接机械手安装支座211、大车行走减速器安装支座212、制动器安装支座213、顶板压紧机构安装支座214、内部焊接机械手横向滑轨安装支座215、顶进装置滑轨216、找正机构安装底座217、腹板顶进装置竖向驱动电机安装座218。

如图4所示，液压站22安装在主框架21上，用于为箱体梁拼装焊接设备中的液压机构提供流体动力。

如图5a和5b所示，滑触线装置23用于为处于移动状态中的箱体梁拼装焊接设备提供电能。滑触线装置23包括滑触头支架233和集电器234(也称为滑触头)，均安装在主框架21上，主框架21上还安装了配电及控制箱231。集电器234又由滑触线2345(紫铜板)安装在支架2346上组成。

如图6a和6b所示，内隔板找正及固定系统25一方面用于调整内隔板与底板的相对垂直度、平行度以及内隔板与腹板的相对垂直度，另一方面用于在将内隔板与腹板焊接到一起时，通过设备所具备的夹紧功能来调节腹板与内隔板接触面的间隙。内隔板找正及固定系统25包括找正支架固定框251、支架及夹紧机构纵向驱动装置252和夹紧机构253。

如图6c所示，支架及夹紧机构纵向驱动装置252包括内隔板找正及固定装置支架2521、垂直升降液压缸2522、夹紧机构纵向驱动装置2523、横向瞄准定位仪2524、夹紧机构纵向驱动丝杠2525、纵向瞄准定位仪2526。

如图6d所示，找正支架固定框251安装在主框架21，液压锁紧装置安装在找正支架固定框251中。

如图6e至6g所示，夹紧机构253包括腹板压紧油缸2531、腹板压紧爪及支架2532、内隔板找正爪2533、内隔板找正爪驱动装置2534、夹紧机构纵向滑轨2535、夹紧机构纵向驱动丝杠副2536、夹紧机构纵向驱动油缸2537、夹紧机构支座2538、内隔板找正爪驱动丝杠2539。

如图7a所示，由于受到外力作用、温度不均衡多种因素以及结构方面的影响，腹板会产生一定程度的拱曲变形，这种拱曲变形的存在会使腹板不能和内隔板完全贴合。腹板顶进及驱动系统24用于利用其具有的顶进、顶紧的功能，同时在其他相应机构的共同作用下，将腹板拱曲部分顶平，直至腹板与内隔板达到理想贴合状态。腹板顶进及驱动系统24包括位于主框架21上的腹板顶进机构竖向驱动装置241、位于滑轨243上的腹板顶进装置244。如图7b所示，腹板顶进机构竖向驱动装置241包括蜗轮减速器2411、传动丝杠2413、蜗轮减速器驱动电机2414。如图7c所示，腹板顶进装置244包括腹板顶进装置底座2441、油缸旋转驱动电机2442、齿圈2443、顶进油缸支座2444、电动自锁器2445、腹板顶进油缸2446。

如图8a和8b所示，内部焊接机械手及驱动系统26用于在相应驱动机构及控制机构操纵下，对箱体内部焊缝进行焊接。内部焊接机械手及驱动系统26包括焊接机械手纵向驱动装置261、内部焊接机械手262、焊接机械手横向滑轨263、驱动丝杠264、横向滑轨265、焊接机械手竖向驱动装置266。如图8c所示，焊接机械手纵向驱动装置261进一步包括蜗轮减速器2611、蜗轮减速器驱动电机2612、驱动丝杠2613。如图8d所示，内部焊接机械手262的一端是齿条竖杆267。如图8e所示，内部焊接机械手262包括连接套2621、固定轴2622、第一旋臂及驱动装置2623、第二旋臂及驱动装置2624、第三旋臂及驱动装置2627、第四旋臂及驱动装置2625、焊炬2626。横向滑轨265的形状如图8f所示。如图8g所示，焊接机械手竖向驱动装置266包括下行限位开关及开关支架2661、竖向滑轨2662、蜗轮减速装置底座2663a、蜗轮减速装置2663b、竖杆竖向驱动电机2664。

如图9a和9b所示，在箱体梁拼装过程中，由于受到多种因素的影响，顶板会产生一定程度的拱曲变形，这种拱曲变形的存在会使顶板不能和腹板完全贴合。顶板压紧系统27用于利用其具有的压紧功能，同时在其他相应机构的共同作用下，将顶板拱曲部分压平，直至顶板与腹板达到理想贴合状态。顶板压紧系统27包括压轮及压轮轴271、压轮轴支座272、压轮支架273、液压锁紧装置274、压轮支架固定框275。

如图10a和10b所示，外部焊接机械手及驱动系统28用于在相应驱动机构及控制机构操纵下，对箱体外部焊缝进行焊接。外部焊接机械手及驱动系统28包括滑轨及驱动丝杠281、外部焊接机械手282、焊接机械手竖向驱动电机283。如图10c所示，外部焊接机械手282包括第一旋臂及驱动装置2821、第二旋臂及驱动装置2822、第三旋臂及驱动装置2823、第四旋臂及驱动装置2825、焊炬2824、连接滑块2826。

如图11a和11b所示，大车驱动及制动装置29用于为处于工作状态中的箱体梁拼装焊接设备在处于移动状态时提供驱动动力，以及根据箱体梁在拼装时的操作所需，对处于行走状态中的箱体梁拼装焊接设备进行刹车制动。大车驱动及制动装置29包括制动器支架292、制动器293、驱动电机294、走轮及支座295、联轴节296、减速箱297。

以上阐明了本发明的箱体梁拼装焊接设备的结构，以下是对使用该设备进行箱体拼装及焊接的各个步骤的说明。

首先，根据箱体梁的类型和规格选择箱体梁拼装焊接设备。

然后，使用该箱体梁拼装焊接设备进行具体的操作，具体实施步骤如下。

1、如图12所示，首先利用内隔板安装设备按照设计所提供数据将内隔板5拼装焊接到箱体梁底板6上，此时内隔板5呈非垂直状态，底部与箱体梁底板6的焊接为间断固定焊。

2、如图13所示，利用车间行车或其他相应设备将箱体梁两侧的腹板7吊靠到箱体梁底板6上(腹板防倾措施未示出)。

3、如图14a和14b所示，启动纵向瞄准定位仪控制系统，利用纵向瞄准定位仪与标尺的共同作用，确定内隔板找正装置纵向中分点(此中分点与待找正内隔板底部垂直)。内隔板定位原理如图14b所示。

4、如图15所示，启动内隔板找正及固定系统。

5、如图6e至6g以及图16所示，通过内隔板找正爪驱动装置所具有的驱动功能，使两个内隔板找正抓2533相向而行，将待调整垂直度的内隔板5上端夹紧。因为内隔板夹紧找正装置与待调整内隔板底部的相对位置已经预先调整好，所以被夹紧后的待调整内隔板的上端就能够垂直于其内隔板的底部。

6、如图6e至6g以及图17a和17b所示，通过腹板压紧爪驱动装置所具有的驱动功能，使两个腹板压紧爪2532带动箱梁两侧腹板向内相向而行，使待调整腹板7与内隔板5接触面保持理想的装配定位间隙。

7、如图18a和18b所示，启动腹板顶进装置控制系统。

8、如图7a和7b、图19a至19b所示，启动腹板顶进装置244，通过以下步骤对腹板顶进装置244进行控制操作：(1)、开启电动自锁器2445，使之解除对腹板顶进油缸的旋转锁定；(2)、利用油缸旋转驱动电机驱动腹板顶进装置向内旋转(左侧一组腹板顶进装置为正时针旋转，右侧一组腹板顶进装置为逆时针旋转)，左侧油缸在旋转72°，右侧油缸在旋转90°后，在相应电控装置的控制下，油缸旋转驱动电机会自动停止运动，电动自锁器2445的锁舌2445a会同时自动插入卡槽板246的相应插槽245内(作用是限制油缸无节制旋转)；(3)、通过腹板顶进油缸所具有的顶进功能，将两侧腹板同时向内侧顶进；(4)、腹板顶进油缸还可根据需顶进位置的高低不同，而利用其系统中的竖向驱动装置所具有的竖向驱动功能做相应的高度调整。

9、如图20所示，启动内部焊接机械臂下行控制系统，首先使内部焊接机械手下行。当下行至一定距离后，内部焊接机械手会在相关控制装置的控制下，自动停止下行运动。

10、如图21所示，启动内部焊接机械臂控制系统，由机械臂(内部焊接机械臂262、外部焊接机械臂282)端部的焊炬2626对腹板7以及已经调整至垂直状态的内隔板5进行组合定位焊接。

11、如图22a和22b所示，启动外部焊接机械臂控制系统，由外部焊接机械臂282端部焊炬2626对腹板7和底板3进行定位焊接。

12、如图6e至6g、图23所示，启动夹紧机构控制系统，首先使腹板压紧爪2532由内向外张开，以解脱对箱体梁两侧腹板7的夹持，使内隔板找正爪背向分离以脱离对内隔板的夹持，然后通过夹紧机构上行驱动装置使夹紧机构整体做上行运动。最后通过设置在找正支架固定框上的液压锁紧装置，将夹紧机构锁定，使之不能自行下行。最后通过内部焊接机械臂控制系统(预先设定好焊接路径、程序)，使内部焊接机械臂端部的焊炬对箱体内部焊缝进行焊接。

13、利用行车或其他设备将箱体梁顶板吊装至已三面成型的箱体上(未图示)。

14、如图24所示，结合横向瞄准定位仪2524以及横向标尺(未示出)的共同作用，首先确定顶板纵向定位基准点。

15、如图25所示，启动内隔板找正及固定系统控制装置，使腹板压紧爪2532下行。当下行至一定距离后，腹板压紧爪2532会在相关控制装置的控制下自动停止下行运动。

16、如图26a和26b所示，启动大车行走控制系统，同时启动腹板夹紧爪纵向驱动系统，开始对箱体梁顶板垂直度(相对底板)进行校正调整(可将大车行走设置为每前行3-5米停顿一次，在大车停顿的同时也由腹板压紧爪2532对箱体梁顶板9的垂直度校正一次)。由于设备采用的是由计算机控制的plc系统。其瞄准定位仪以及定位系统具有自动跟踪功能。腹板压紧爪2532会在plc系统控制下(参照预先设定的顶板纵向定位基准点，如图24所示)做或做或右的微调运动，以调整顶板9相对于底板3的垂直度。

17、如图27所示，在对顶板做垂直度调整过程中，对于因顶板拱曲而不能和腹板完美贴合的部分，可启动顶板压紧系统27，利用顶板压轮的压紧作用，使顶板9与腹板7完美贴合。待底板3在保证了相对垂直度，并与腹板7完美贴合后即可启动外部焊接机械臂进行外部焊缝的定位焊接。

18、如图28所示，当整块顶板经调整垂直度、贴合度并与腹板做定位焊接后，再次启动顶板压紧机构控制系统，使压轮机构上行。通过设置在压轮支架固定框上的液压锁紧装置将压轮机构锁定，使之不能自行下行。然后启动大车行走控制系统(预先根据外部焊缝焊接速度对大车行走速度做相应设定)，配合外部焊接机械臂对整条外部焊缝进行焊接(外部焊接机械臂共四组，可同时焊接箱体梁的四条外部焊缝)。

19、当箱体梁上所有外部焊缝焊接完毕后，即可关闭箱体梁拼装焊接设备2。

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