大型圆筒内外圆埋弧焊接系统的制作方法

本发明大型圆筒内外圆埋弧焊接系统，属于圆筒内外圆埋弧焊接技术领域。

背景技术：

目前随着大型圆形管道、圆形压力容器的使用范围在不断的扩大，对于两个圆筒的接缝处需要进行焊接，通常大型的圆形管道、圆形压力容器在进行对接焊缝焊接加工时，需要先根据进行对接的两个圆筒内圆的焊接位置，计算好自动埋弧焊机的安装位置，确定好安装位置后将自动埋弧焊机安装于该位置，吊装要焊接的两个圆筒到圆辊上，调整圆筒的位置，将焊接位置对准自动埋弧焊机，调整好焊接电流，启动圆辊电机，带动圆筒进行旋转，完成内圆的焊缝焊接，但是圆辊电机的速度控制基本依靠操作人员的目视进行观测，并通过操作人员的经验进行调定，存在一定误差，内圆焊接完后，需要拆装焊接装置继续进行外圆的焊接，导致作业的人工辅助时间过长，焊接效率低，且焊接质量难以保证。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种大型圆筒内外圆埋弧焊接系统硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：大型圆筒内外圆埋弧焊接系统，包括导轨和并列设置于导轨两端的圆辊，所述圆辊通过驱动电机控制驱动；

所述导轨上还设置有移动小车，所述移动小车上设置有圆弧焊接装置和随车控制柜，所述移动小车通过安装在小车底板上的行走电机控制驱动；

所述圆弧焊接装置中设置有一对升降立柱、埋弧焊机安装臂、埋弧焊机，所述升降立柱具体为垂直设置于移动小车上的升降立柱，所述两个升降立柱之间还设置有升降丝杆，所述升降立柱的顶部安装设置有升降电机，所述升降电机的转轴通过联轴器与升降丝杆传动连接；

所述升降立柱上还设置有升降立柱导轨，所述升降立柱的一侧还设置有操作控制箱，所述操作控制箱的正面还设置有hmi触摸屏；

所述埋弧焊机安装臂通过升降连接器固定在升降立柱上，所述升降连接器安装在升降丝杆上，所述埋弧焊机安装臂的延伸端设置有埋弧焊机，所述埋弧焊机的一侧还设置有摄像头；

所述导轨的一侧还设置有地面控制柜，所述地面控制柜的正面设置有摄像显示屏和控制面板；

所述导轨的上方还设置有电缆滑动架。

所述圆辊的数量为四个，四个圆辊分别通过驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4控制驱动，所述驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4的控制端通过导线与变频器x2输出端相连；

所述移动小车具体通过行走电机m5控制驱动；

所述升降丝杆具体通过升降电机m6控制驱动。

所述地面控制柜的控制面板上设置有启动开关sb1、急停开关sb2；

所述地面控制柜内部设置有圆辊变频电机控制回路，所述圆辊变频电机控制回路中设置有控制器x1，所述控制器x1的pid端口通过导线与变频器x2相连，所述控制器x1的信号输出端分别与继电器线圈km1-km9相连，所述继电器线圈km1-km9的联动触点分别为常开触点km1.1-km9.1；

所述圆辊变频电机控制回路的电源输入端设置有保护开关ql0、保护开关ql1、相序保护器ka0、继电器线圈km0，所述相序保护器ka0的联动触点为常闭触点ka0.1，所述继电器线圈km0的联动触点为常开触点km0.1，所述圆辊变频电机控制回路的电源电路结构为：

所述启动开关sb1与急停开关sb2连接形成启动开关，所述启动开关的进线端与常开触点km0.1的进线端相连，所述启动开关的出线端串接常闭触点ka0.1后与继电器线圈km0的输入端相连，所述常开触点km0.1的出线端串接保护开关ql1和常开触点km1.1后与变频器x2的电源输入端相连；所述常开触点km0.1的出线端还与24v整流器的输入端相连。

所述圆辊变频电机控制回路的电路结构为：

所述变频器x2的输出端依次并接常开触点km2.1的进线端、常开触点km3.1的进线端、常开触点km4.1的进线端后与常开触点km5.1的进线端相连；

所述常开触点km2.1的出线端串接热继电器fr1后与驱动电机m1的电源进线端相连；

所述常开触点km3.1的出线端串接热继电器fr2后与驱动电机m2的电源进线端相连；

所述常开触点km4.1的出线端串接热继电器fr3后与驱动电机m3的电源进线端相连；

所述常开触点km5.1的出线端串接热继电器fr4后与驱动电机m4的电源进线端相连。

所述行走电机m5控制回路的电源输入端与常开触点km0.1的出线端相连，所述常开触点km6.1设置在行走电机m5的正转控制回路上，所述常开触点km7.1设置在行走电机m5的反转控制回路上；

所述升降电机m6控制回路的电源输入端与常开触点km0.1的出线端相连，所述常开触点km8.1设置在升降电机m6的正转控制回路上，所述常开触点km9.1设置在升降电机m6的反转控制回路上；

所述行走电机m5控制回路上还设置有热继电器fr5；

所述升降电机m6控制回路上还设置有热继电器fr6。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过设置在导轨上可水平移动的移动小车，并在移动小车上安装可升降的埋弧焊接装置，在圆筒内外圆弧焊接时实现不更换焊接设备即可完成对圆筒内外圆弧的焊接，通过在埋弧焊机处设置摄像头，在地面控制柜设置摄像显示屏，方便操作人员对整个焊接作业过程进行实时观测，实现远程监控作业，提升了焊接效率和焊接质量，降低了操作人员的工作强度。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的埋弧焊机升降部分结构示意图；

图3为本发明实施例内圆焊接时焊接装置移动位置示意图；

图4为本发明实施例内圆焊接时埋弧焊机移动至作业点示意图；

图5为本发明实施例外圆焊接时焊接装置起升示意图；

图6为本发明实施例外圆焊接时焊接装置对接焊缝示意图；

图7为本发明的控制电路结构示意图；

图8为本发明的电机驱动电路结构示意图；

图中：1为导轨、2为圆辊、3为移动小车、4为圆弧焊接装置、5为随车控制柜、6为升降立柱、7为埋弧焊机安装臂、8为埋弧焊机、9为升降丝杆、10为联轴器、11为升降立柱导轨、12为操作控制箱、13为升降连接器、14为摄像头、15为地面控制柜、16为摄像显示屏、17为电缆滑动架。

具体实施方式

如图1至图8所示，本发明大型圆筒内外圆埋弧焊接系统，包括导轨1和并列设置于导轨1两端的圆辊2，所述圆辊2通过驱动电机控制驱动；

所述导轨1上还设置有移动小车3，所述移动小车3上设置有圆弧焊接装置4和随车控制柜5，所述移动小车3通过安装在小车底板上的行走电机控制驱动；

所述圆弧焊接装置4中设置有一对升降立柱6、埋弧焊机安装臂7、埋弧焊机8，所述升降立柱6具体为垂直设置于移动小车3上的升降立柱，所述两个升降立柱6之间还设置有升降丝杆9，所述升降立柱6的顶部安装设置有升降电机，所述升降电机的转轴通过联轴器10与升降丝杆9传动连接；

所述升降立柱6上还设置有升降立柱导轨11，所述升降立柱6的一侧还设置有操作控制箱12，所述操作控制箱12的正面还设置有hmi触摸屏；

所述埋弧焊机安装臂7通过升降连接器13固定在升降立柱6上，所述升降连接器13安装在升降丝杆9上，所述埋弧焊机安装臂7的延伸端设置有埋弧焊机8，所述埋弧焊机8的一侧还设置有摄像头14；

所述导轨1的一侧还设置有地面控制柜15，所述地面控制柜15的正面设置有摄像显示屏16和控制面板；

所述导轨1的上方还设置有电缆滑动架17。

所述圆辊2的数量为四个，四个圆辊2分别通过驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4控制驱动，所述驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4的控制端通过导线与变频器x2输出端相连；

所述移动小车3具体通过行走电机m5控制驱动；

所述升降丝杆9具体通过升降电机m6控制驱动。

所述地面控制柜15的控制面板上设置有启动开关sb1、急停开关sb2；

所述地面控制柜15内部设置有圆辊变频电机控制回路，所述圆辊变频电机控制回路中设置有控制器x1，所述控制器x1的pid端口通过导线与变频器x2相连，所述控制器x1的信号输出端分别与继电器线圈km1-km9相连，所述继电器线圈km1-km9的联动触点分别为常开触点km1.1-km9.1；

所述圆辊变频电机控制回路的电源输入端设置有保护开关ql0、保护开关ql1、相序保护器ka0、继电器线圈km0，所述相序保护器ka0的联动触点为常闭触点ka0.1，所述继电器线圈km0的联动触点为常开触点km0.1，所述圆辊变频电机控制回路的电源电路结构为：

所述启动开关sb1与急停开关sb2连接形成启动开关，所述启动开关的进线端与常开触点km0.1的进线端相连，所述启动开关的出线端串接常闭触点ka0.1后与继电器线圈km0的输入端相连，所述常开触点km0.1的出线端串接保护开关ql1和常开触点km1.1后与变频器x2的电源输入端相连；所述常开触点km0.1的出线端还与24v整流器的输入端相连。

所述圆辊变频电机控制回路的电路结构为：

所述变频器x2的输出端依次并接常开触点km2.1的进线端、常开触点km3.1的进线端、常开触点km4.1的进线端后与常开触点km5.1的进线端相连；

所述常开触点km2.1的出线端串接热继电器fr1后与驱动电机m1的电源进线端相连；

所述常开触点km3.1的出线端串接热继电器fr2后与驱动电机m2的电源进线端相连；

所述常开触点km4.1的出线端串接热继电器fr3后与驱动电机m3的电源进线端相连；

所述常开触点km5.1的出线端串接热继电器fr4后与驱动电机m4的电源进线端相连。

所述行走电机m5控制回路的电源输入端与常开触点km0.1的出线端相连，所述常开触点km6.1设置在行走电机m5的正转控制回路上，所述常开触点km7.1设置在行走电机m5的反转控制回路上；

所述升降电机m6控制回路的电源输入端与常开触点km0.1的出线端相连，所述常开触点km8.1设置在升降电机m6的正转控制回路上，所述常开触点km9.1设置在升降电机m6的反转控制回路上；

所述行走电机m5控制回路上还设置有热继电器fr5；

所述升降电机m6控制回路上还设置有热继电器fr6。

本发明通过设置在导轨上的移动小车将圆弧焊接装置固定,移动小车通过设置在前端车轮上方处固定于移动小车底板上的行走电机m5驱动控制移动小车在导轨上前后运行；圆弧焊接装置上设置有升降设备,自动埋弧焊机安装在升降设备上,升降设备通过并排固定在移动小车底板上的升降立柱进行放置安装,升降立柱顶端通过顶板安装有升降电机m6,两个升降立柱中间安装有升降丝杆,通过安装在升降立柱顶板下方的联轴器与升降电机m6连接；在升降立柱上还设置有升降立柱导轨，在两个升降立柱上安装有升降连接器，通过升降连接器连接埋弧焊机安装臂，升降连接器通过升降立柱导轨控制升降方向使其平稳上下滑动；在埋弧焊机安装臂的延伸端尾端固定有埋弧焊机，埋弧焊机上安装有自动埋弧焊机，在埋弧焊机的一侧还安装有摄像头用于对焊机作业位置进行作业画面图像数据采集。

在移动小车底板上圆弧焊接装置一侧还安装有随车控制柜，用于将行走电机m5和升降电机m6的低压控制元件和自动埋弧焊机电源低压控制元件进行安装连接；在升降立柱下方一侧还设置有操作控制箱，操作控制箱表面设置有控制按钮和hmi触摸屏；在导轨两端设置有并列的两排圆辊，分别通过驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4驱动控制，驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4通过变频器实现电机转速控制，从而实现圆辊转动带动圆筒转动；在导轨一侧还设置有地面控制柜，用于圆辊变频控制，地面控制柜表面还设置有摄像显示屏用于实时显示圆筒内外圆弧焊接时的作业状态；在导轨一侧上方设置有电缆滑动架，用于将地面控制柜及随车控制柜的接线电缆进行整理放置。

在hmi触摸屏上安装有上位机软件，用于控制行走电机m5和升降电机m6的启动、停止，以及驱动电机m1、驱动电机m2、驱动电机m3、驱动电机m4的启动、停止和电机转速的设置；在进行圆筒内外圆弧焊接作业前，操作人员通过安装在操作控制箱的hmi触摸屏，控制升降电机m6完成自动埋弧焊机上下位置的调整，再通过控制行走电机m5，控制移动小车的位置从而实现自动埋弧焊机前后位置的调整；圆筒转动由圆辊带动，圆辊通过变频器控制驱动电机m1至驱动电机m4转速从而实现圆辊旋转，圆辊旋转速度由操作人员根据焊接工件大小、厚度，通过安装在hmi触摸屏的上位机软件进行驱动电机m1至驱动电机m4电机转速的设定，通过变频器控制电机转速；通过安装在地面控制柜的摄像显示屏，将安装在焊接位置的摄像头拍摄的焊接位置作业情况进行实时显示。

图3为本发明的内圆焊接时焊接装置移动位置示意图，根据图3所示，在进行圆筒内圆焊接时，首先将需要进行焊缝对接焊接作业的两个筒段放置到圆辊上，并列的两排圆辊，对中间距可根据筒段直径大小进行调整；调整好对接焊缝的位置后，需要对设备进行上电，设备上电后，打开上位机软件，设置好电机运行参数，操作人员通过hmi触摸屏启动行走电机m5控制移动小车运行，从而带动整个焊接装置移动到两筒段焊缝对接处，然后通过hmi触摸屏控制行走电机m5停止；完成图3焊缝位置移动后，如图4所示，操作人员通过hmi触摸屏启动升降电机m6控制升降电机运转，升降丝杆带动埋弧焊机安装臂下降到对接焊缝处后停止升降电机，调整自动埋弧焊机焊接头出料口对准焊缝，操作人员通过hmi触摸屏，输入筒段旋转速度，控制圆辊驱动电机m1至驱动电机m4运转，圆辊驱动电机m1至驱动电机m4通过圆辊轮带动两个筒段按同一方向、相同速度旋转，观察筒段运转是否平稳，焊缝是否有左右串动、上下抖动的情况，若出现上述情况，对筒段重新进行位置调整，若没有上述情况，则在筒段平稳旋转后，按工艺要求设定自动埋弧焊机焊接电压、电流，启动自动埋弧焊机进行焊缝焊接，操作人员离开焊接作业面，通过摄像头显示屏观察焊接情况。

按焊接工艺，在内圆弧焊接完成后，接下来进行筒段对接焊缝外圆弧焊接作业，如图5所示为本发明的外圆焊接时焊接装置起升示意图，完成内圆弧对接焊缝焊接作业后，操作人员通过hmi触摸屏启动升降电机m6控制升降电机运转，升降丝杆带动埋弧焊机安装臂上升到筒段中心位置，然后控制升降电机停止；操作人员通过hmi触摸屏启动行走电机m5从而控制移动小车移动，带动整个焊接装置移动到初始位置脱离焊接筒段，操作人员通过hmi触摸屏启动升降电机m6控制升降电机运转，升降丝杆带动埋弧焊机安装臂上升至高于筒段顶部位置后停止升降电机运转；焊接装置位置调整到位后，如图6所示为本发明的外圆焊接时焊接装置对接焊缝示意图，操作人员通过hmi触摸屏启动行走电机m5控制移动小车前进，带动整个焊接装置移动到外圆焊缝位置，然后按工艺要求设定自动埋弧焊机焊接电压、电流，启动自动埋弧焊机进行外圆弧焊缝焊接作业；操作人员通过hmi触摸屏，输入筒段旋转速度，控制圆辊驱动电机m1至驱动电机m4运转，圆辊驱动电机m1至驱动电机m4通过圆辊轮带动两个筒段按同一方向、相同速度旋转，此时操作人员离开焊接作业面，通过摄像头显示屏观察焊接情况。

当圆筒内外圆弧焊缝焊接作业均完成后，通过hmi触摸屏控制行走电机m5和升降电机m6将移动小车和焊接装置调整回原始位置，然后关闭上位机软件，关闭设备电源等待下一次焊接作业再开启。

在地面控制柜内部设置有控制电路,控制电路外部电源进线端设置有保护开关ql0，对电源过载和短路故障进行保护；控制电路外部电源进线端还设置有相序保护器ka0，可以对电源进行缺相和相序保护，确保电机转动方向与要求一致，同时也杜绝了由于缺相故障导致的电机运转故障或损坏；地面控制柜表面设置有控制面板,控制面板上设置有启动开关sb1和急停开关sb2，启动开关sb1用于焊接装置的系统电源启停，合上启动开关sb1，继电器线圈km0得电，常开触点km0.1闭合，系统上电；急停开关sb2可在系统运行至紧急状态或故障时，拍下sb1，实现系统断电；dc24v电源为控制器x1提供电源。

控制器x1通过rs232口与kmi触摸屏连接，通过在hmi触摸屏上安装的上位机软件完成对焊接装置电机的动作控制；控制器x1通过pid口连接变频器x2，实现变频器x2输出电机速度控制，从而实现对圆辊驱动电机m1至驱动电机m4的速度控制即圆辊旋转速度控制，控制筒段旋转速度，从而实现对焊接速度的控制；hmi触摸屏通过设置在上位机软件上的功能按钮，通过控制器x1控制继电器线圈km6至继电器线圈km9的状态，从而实现继电器吸合、断开触点的动作，实现行走电机m5和升降电机m6的正反转，从而实现移动小车在导轨上水平移动前进或后退的功能，以及升降连接器在升降立柱上上升或下降的动作控制。

控制器x1通过端口4至端口7分别控制继电器线圈km2至继电器线圈km5的状态，从而通过控制对应常开触点km2.1至常开触点km5.1的闭合达到对驱动电机m1至驱动电机m4的同步电机控制；控制器x1通过端口21至端口24分别控制继电器线圈km6至继电器线圈km9的状态，从而控制行走电机m5、升降电机m6正反转，具体为通过控制常开触点km6.1闭合，控制行走电机m5正转从而实现移动小车在导轨上前进，控制常开触点km7.1闭合，行走电机m5反转从而实现移动小车在导轨上后退；控制常开触点km8.1闭合，升降电机m6正转从而实现升降连接器上升，控制常开触点km9.1闭合，升降电机m6反转从而实现升降连接器下降。

本发明采用一种大型圆筒内外圆埋弧焊接装置，应用自动埋弧焊机焊接质量稳定、焊接生产效率高、无弧光少烟尘的优点，完成大型圆形管道、圆形压力容器内外对接焊缝的焊接加工；采用摄像监控技术，实现了远程焊接作业监控；通过控制器x1、hmi触摸屏、变频器实现圆筒旋转速度数字化控制；采用带水平移动和升降功能的自动埋弧焊接装置，可以完成一次装卡，不换设备，从而实现对内外圆焊缝焊接的功能；不仅提高了生产，而且降低了操作人员劳动强度、提高了设备安全性。

本发明使用的控制电机均为现有现有模块，具体为：

所述驱动电机m1-m4的型号为110fh100-05；

所述行走电机m5和升降电机m6的型号为nkla22-s。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。