一种风电塔筒外壁喷砂机的制作方法

1.本技术属于大型工件的喷砂设备领域，尤其涉及一种风电塔筒外壁喷砂机。


背景技术：

2.目前，国内风电塔筒外壁大多数企业仍然在用手动喷砂，手动喷砂劳动强度大，工作环境恶劣，受到从业者的抵触；同时手动喷砂效率低，喷砂后工件的清洁度和粗糙度难以保证；特别对于大型筒体而言，由于尺寸高，作业面积大，还需要使用梯子和工作台，导致整体工作效率和安全性下降。为降低人工作业量，保证作业效率和安全性，可以使用自动喷砂系统，但现有的自动喷砂系统整体结构和控制方式复杂，同时由于喷砂房内恶劣的工作环境的需求，导致应用自动喷砂系统时，需要对喷砂房、喷砂设备以及工件支撑调动等辅助结构进行大幅改变和替换，同时自动喷砂系统控制和工作原理复杂，对于中小型企业来说维护和使用成本均难以承受。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于，提供一种结构和控制原理更加高效简洁，整体实施成更低，可充分利用现有的喷砂设备结构，够针对风电塔筒等大型工件进行高效高质量喷砂的风电塔筒外壁喷砂机。
4.为实现上述目的，本技术采用如下技术方案。
5.一种风电塔筒外壁喷砂机，包括壁挂式行走小车1、控制臂组2、工件支撑架6，用于去除筒体外表面的氧化皮；
6.壁挂式行走小车1包括行走驱动装置10、行走机架11；
7.行走机架11沿喷砂房内壁上的轨道上水平运动；轨道包括用于行走支撑的工字型轨道110以及用于辅助导向的h型轨道111；
8.行走机架11包括支撑框架110以及设于支撑框架上的轮组；轮组包括：沿工字型轨道110上表面滚动的主动轮11a和从动轮、沿工字型轨道110侧面滚动的导向轮11b、紧贴h型轨道111下侧内壁滚动的下导向轮11c；
9.行走驱动装置10包括第一伺服电机100、第一行星减速器；第一伺服电机100通过第一行星减速器与主动轮11a驱动连接；行走驱动装置装在密封的防砂罩内，避免飞砂碰击；
10.控制臂组包括：长臂臂体20、长臂驱动装置21、长臂连接件22、转动臂臂体30、旋转执行元件31、连接法兰32、摆动臂臂体40、摆动臂驱动装置、喷枪夹持件42；
11.长臂驱动装置21包括通过第二行星减速器211及联轴器212驱动连接的第二伺服电机210和涡轮蜗杆减速机213；
12.长臂连接件22与涡轮蜗杆减速机213的输出轴连接受第二行星减速器211驱动，摆动角度通过安装在第二伺服电机210上的位置编码器获得；长臂臂体20与长臂连接件22连接；
13.旋转执行元件31内设于长臂臂体20中，旋转执行元件31的输出轴从长臂臂体20上伸出且与转动臂臂体30驱动连接；
14.摆动臂驱动装置41内设于摆动臂臂体40，包括第三伺服电机410和第三行星减速器；喷枪夹持件42与第三行星减速器输出轴连接受第三伺服电机410驱动；
15.工件支撑架6包括主动滚轮架60，从动滚轮架61；
16.主动滚轮架60包括：支撑框架60a、行走滚轮60b、第四伺服电机60c、支撑滚轮60d、第五伺服电机60e；
17.行走滚轮60b设于支撑框架60a底部两侧；第四伺服电机60c用于驱动行走撑滚轮60b转动；支撑滚轮60d设于支撑框架60a顶部两侧，第五伺服电机60e用于驱动支撑滚轮60d转动；
18.从动滚轮架61与主动滚轮架60结构相同但不设置伺服电机以及对应的驱动连接结构。
19.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，支撑框架60a包括：平板支撑架600、设于平板支撑架600底部的行走滚轮架601、设于平板支撑架600顶部的支撑滚轮架602；行走滚轮架601和支撑滚轮架602通过螺栓组安装在平板支撑架600上。
20.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，导向轮11b成对设置在主动轮11a和从动轮下侧；且导向轮11b的下缘凸出用以卡住工字型轨道110形成防脱结构。
21.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，工字型轨道110和h型轨道111一上一下水平设置；
22.喷砂房内壁设置有多个立柱52，立柱52上设置有用于支撑工字型轨道110和h型轨道111的钢制支撑件。
23.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，工字型轨道110的上侧设置有同步带50，同步带50与工字型轨道110平行设置；壁挂式行走小车1上设置有与同步带50啮合滚动的同步轮组51以及测量同步轮组转动角的编码器。
24.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，长臂臂体20、转动臂臂体30和摆动臂臂体40为钢板焊接形成的中空体经退火处理后得到；
25.旋转执行元件31、第二伺服电机210、第二行星减速器211、第三伺服电机410和第三行星减速器采用内置安装方式设置于相应臂体的中空结构内部；摆动臂4外表面用橡胶套套住，以达到保护和减震作用。
26.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，长臂连接件22上下摆动的角度通过安装在第二伺服电机210上的位置编码器获得。
27.对前述风电塔筒外壁喷砂机结构的进一步改进或者具体结构内容，喷枪夹持器是钢焊接件，安装在行星减速器法兰输出端，对称地夹持二把喷枪；喷砂效率可以通过自动摆动喷嘴来提高；摆动时，喷嘴在一定的范围内以中心点为中心摆动，摆动角度45-60
°
。
28.其有益效果在于：
29.本发明的目的针对风电塔筒外壁喷砂清理工作难度大，工作效率和质量难以保证的的问题，提供了一种风电塔筒外壁喷砂机，利用多臂体协同结构在保证良好的工作控制性能的同时，有效扩大作业区域和范围，保证针对大型筒状结构喷砂时能够保证喷砂距离
和角度的一致性和稳定性，配合底部主动式工件控制结构，能够保证大型筒体表面的均匀处理，同时前述结构能够方便的与现有的人工引导之家和构建转运平车等传统手工喷砂结构进行结合改进或者在原有结构上进行升级改造，对核心的基础支撑结构不需要进行答复设计更换，实现更低成本的系统生产线升级改造，降低企业技术迭代的成本；
30.通过中空臂体以及内置式执行元件和驱动元件的结构设计，可以保证配线、配管等结构内藏之臂体之中，减少结构干涉的同时，能够对较为软弱的线管等结构进行良好保护和隔离，减少防护结构以及维护作业的投入。
附图说明
31.图1是风电塔筒外壁喷砂机的侧视图；
32.图2是风电塔筒外壁喷砂机的前视图；
33.图3是风电塔筒外壁喷砂机的局部大图；
34.图4是控制臂组的侧视图；
35.图5是控制臂组的俯视图；
36.图6是控制臂组的局部示意图；
37.图7是主动滚轮架的前视图；
38.图8是从动滚轮架的前视图；
39.图9是主动滚轮架的侧视图。
具体实施方式
40.以下结合具体实施例对本技术作详细说明。
41.本技术风电塔筒外壁喷砂机主要用于大型风电塔筒外壁喷砂清理，具体是指可去除筒体外表面的氧化皮，使筒体外表面达到后续涂覆等作业前的表面要求，适用于风电塔筒、压力容器、核电、化工筒体等机械制造企业。
42.如图1、图2、图3所示，为本技术的风电塔筒外壁喷砂机的基本结构，包括壁挂式行走小车1、控制臂组2、工件支撑架6，用于去除筒体外表面的氧化皮；
43.壁挂式行走小车1包括行走驱动装置10、行走机架11；
44.行走机架11沿喷砂房内壁上的轨道上水平运动；轨道包括用于行走支撑的工字型轨道110以及用于辅助导向的h型轨道111；
45.行走机架11包括支撑框架110以及设于支撑框架上的轮组；轮组包括：沿工字型轨道110上表面滚动的主动轮11a和从动轮、沿工字型轨道110侧面滚动的导向轮11b、紧贴h型轨道111下侧内壁滚动的下导向轮11c；
46.行走驱动装置10包括第一伺服电机100、第一行星减速器；第一伺服电机100通过第一行星减速器与主动轮11a驱动连接；行走驱动装置装在密封的防砂罩内，避免飞砂碰击；
47.具体实施时，工字型轨道110和h型轨道111一上一下水平设置；喷砂房内壁设置有多个立柱52，立柱52上设置有用于支撑工字型轨道110和h型轨道111的钢制支撑件。
48.壁挂式行走小车沿着喷砂房内墙壁的两条轨道上平稳运动，节省喷砂房内的空间，壁挂式行走小车立柱与喷砂房立柱共用，实现结构重复利用，同时保证各结构之间结构
尺寸基准的一致性，实际实施时，通过h型钢焊接在立柱牛腿上，轨道安装在h型钢上，其支撑稳定直线度好，行程可以满足风电塔筒长度达30m要求。
49.同时，工字型轨道110的上侧设置有同步带50，同步带50与工字型轨道110平行设置；壁挂式行走小车1上设置有与同步带50啮合滚动的同步轮组51以及测量同步轮组转动角的编码器。滚轮在钢轨滚动，遇钢砂和杂物容易打滑，伺服电机编码器测量位置不准确，因此采用编码器和同步带测量位置，保证行走部件位置测量的精度和有效性。
50.行走机架由钢管和钢板焊接后退火处理再精加工，有效避免焊后变形，满足强度和刚要求，保证尺寸精度的长期稳定性。考虑行走小车可靠性和平稳性，行走机架机械结构采用框架结构，且重心尽量靠近两条轨道。上轨道作为行走主轨道，下轨道作为辅助轨道起导向作用，两个下导向轮靠紧下轨道，也解决了壁挂式行走小车运行平稳的技术难题。
51.本技术中，壁挂式行走小车承载偏心负载，为保证行走部分的稳定性和寿命，通过安装导向装置保证壁挂式行走小车运行平稳，不脱轨，不倾翻。
52.为更好的保证装置稳定运行，导向轮11b成对设置在主动轮11a和从动轮下侧；且导向轮11b的下缘凸出用以卡住工字型轨道110形成防脱结构。主动轮、从动轮前后安装刮砂装置，清除大颗粒钢砂和杂物。滚轮和轨道的接触方式为线接触，使得滚轮通过“刮擦”运动，可以把灰尘、钢砂等杂质从导轨面上刮除，保持导轨面的清洁，从而非常适合在恶劣环境下使用。采用滚轮和轨道解决了在恶劣环境下行走小车的轨道使用难题，并且不需要使用风琴式防护罩。从动轮、主动轮采用防尘结构，避免灰尘进入影响内部的轴承等内部结构的使用寿命，同时调节从动轮、主动轮高度紧贴轨道，能够保证行走机架平稳运动。驱动装置装在密封的防砂罩内，避免飞砂碰击。因为驱动装置运动精度主要由高精度交流伺服电机、高精度行星减速器决定。
53.如图4、图5、图6所示，本技术中，控制臂组包括：长臂臂体20、长臂驱动装置21、长臂连接件22、转动臂臂体30、旋转执行元件31、连接法兰32、摆动臂臂体40、摆动臂驱动装置、喷枪夹持件42；
54.长臂驱动装置21包括通过第二行星减速器211及联轴器212驱动连接的第二伺服电机210和涡轮蜗杆减速机213；
55.长臂连接件22与涡轮蜗杆减速机213的输出轴连接受第二行星减速器211驱动，摆动角度通过安装在第二伺服电机210上的位置编码器获得；长臂臂体20与长臂连接件22连接；
56.旋转执行元件31内设于长臂臂体20中，旋转执行元件31的输出轴从长臂臂体20上伸出且与转动臂臂体30驱动连接；
57.摆动臂驱动装置41内设于摆动臂臂体40，包括第三伺服电机410和第三行星减速器；喷枪夹持件42与第三行星减速器输出轴连接受第三伺服电机410驱动；
58.本技术中，长臂、转动臂、摆动臂臂体构成3轴机械臂系统，通过3轴精密机械臂联动，可以在必要的工件直径(2.5-6m)内灵活操控，对工件表面进行高效喷砂。为控制成本，同时便于结合内置结构进行安装使用，臂体采用优质钢板焊接后退火处理再精加工，保证精度的长期稳定性，同时将伺服驱动装置内置安装在臂体内部，避免杂质进入驱动控制节后中影响寿命。
59.如图7、图8、图9所示，工件支撑架6包括主动滚轮架60，从动滚轮架61；主动滚轮架
60包括：支撑框架60a、行走滚轮60b、第四伺服电机60c、支撑滚轮60d、第五伺服电机60e；行走滚轮60b设于支撑框架60a底部两侧；第四伺服电机60c用于驱动行走撑滚轮60b转动；支撑滚轮60d设于支撑框架60a顶部两侧，第五伺服电机60e用于驱动支撑滚轮60d转动；
60.从动滚轮架61与主动滚轮架60结构相同但不设置伺服电机以及对应的驱动连接结构。
61.支撑框架60a包括：平板支撑架600、设于平板支撑架600底部的行走滚轮架601、设于平板支撑架600顶部的支撑滚轮架602；行走滚轮架601和支撑滚轮架602通过螺栓组安装在平板支撑架600上。
62.主动滚轮架起支撑和驱动的作用，从动架起支撑工件的作用负责运输筒体和驱动筒体旋转。滚轮架底座位于设备最下端，用于连接滚轮座部件及承载工件重量。底座采用钢板焊接箱体结构，焊后经退火消除应力并精加工。进一步实施时，底座上表面设置定位孔，通过螺栓与定位孔用于滚轮座和固定滚轮座间距，以便于实现更灵活的结构设置，持续保证针对不同尺寸的作业目标的精度以及整体的稳定性。
63.主动滚轮座侧面还设有驱动机构连接法兰，以便安装和将驱动转矩传递给滚轮轴，实现滚轮转动。滚轮座采用焊接框架机构，焊后退火消除焊接应力并经一次性装卡镗孔加工轴孔。
64.滚轮座侧面设有导向块，与底座上面板侧面配合，便于滚轮座在调整间距时不易倾覆。采用钢芯全聚氨酯面滚轮，胶轮采用钢芯外胶面结构，钢芯外缘圆周向、轴向加工有凹槽，喷砂后采用压注工艺进行包胶，胶层与钢芯接触面大、附着牢固，长期使用不脱胶；从动架滚轮无驱动力，主动滚轮架滚轮配有驱动机构。
65.驱动机构安装于主动滚轮座端部法兰，通过键连接与滚轮轴连接实现传动；采用两套驱动机构同步驱动，配以三相交流电机进行变频调速控制；减速机构采用涡轮-蜗杆与摆线减速器配合减速，自锁安全性和传动效率兼顾；采用紧凑型蜗轮蜗杆减速机，使整机重心偏移更小，避免设备吊装碰撞。
66.由电气箱和有线手控盒组成。电气箱内置变频器、控制板、开关器件等；手控盒具有联动/手动功能，既能和焊接操作机联动控制又可单独使用，可实现滚轮正转\反转、转动速度显示和调速等控制，操作简单、方便。
67.长臂臂体20、转动臂臂体30和摆动臂臂体40为钢板焊接形成的中空体经退火处理后得到；
68.旋转执行元件31、第二伺服电机210、第二行星减速器211、第三伺服电机410和第三行星减速器采用内置安装方式设置于相应臂体的中空结构内部；摆动臂4外表面用橡胶套套住，以达到保护和减震作用。
69.长臂连接件22上下摆动的角度通过安装在第二伺服电机210上的位置编码器获得。
70.喷枪夹持器是钢焊接件，安装在行星减速器法兰输出端，对称地夹持二把喷枪；喷砂效率可以通过自动摆动喷嘴来提高；摆动时，喷嘴在一定的范围内以中心点为中心摆动，摆动角度45-60
°
。
71.风电塔筒外壁喷砂机工艺流程：
72.(1)行走滚轮架开到喷砂房外一定位置停止；
73.(2)筒体工件通过行车吊至行走滚轮架上，工件进入喷砂前准备工位后，预先使用防护工装对螺纹孔、进气管、机加面等不需要喷砂的部位进行防护；
74.(3)行走滚轮架进入到喷砂工位即喷砂房内停止行走。启动滚轮架，筒体工件开始转动。壁挂式行走小车、长臂、转动臂、摆动臂使用4轴控制器控制，编程时采用示教器；用示教器采用点对点编程，计算喷砂路径并生成喷砂轨迹进行喷砂；
75.(4)喷砂完后再选择清砂程序，利用高压风从上到下的顺序吹砂清洁。
76.(5)清砂程序结束后，行走滚轮开到喷砂房外一定位置停止,吊离工件。进入下一个循环。
77.目前，国内风电塔筒外壁大多数企业仍然在用手动喷砂，手动喷砂劳动强度大，喷砂效率低，最大20m2/h；喷砂精度差，喷砂后工件的清洁度和粗糙度达不到可以直接涂覆的清理要求；作业过程艰苦且危险并有害健康；随着制造业的快速发展趋势，自动喷砂替代人工喷砂的趋势越来越多，但由于大型工件整体尺寸和作业面积大等问题，导致相应的自动喷砂系统整体结构和结构设计变得复杂，实施成本过高，不利于中小型生产企业控制生产成本和质量，而本技术的风电塔筒外壁喷砂机在设计应用之初，及考虑到现有企业的生产和设备实施现状，结合现有结构中的挂壁式升降台结构以及运料平车等基础结构进行设计，本技术中喷砂机中的的挂壁式行走小车、工件支撑架等结构可以充分利用现有的传统喷砂房中的现有基础设施结构进行改造利用，充分利用现有资源的基础上，着力简化整体结构设计和使用的复杂度，通过多种方式简化防砂隔砂结构，降低整体防护结构的复杂性和实施难度，在保证大型工件的作业质量的同时，有效压缩设备投入和改造成本，有效降低企业技术迭代成本，使企业具备大型筒体结构的精密喷砂处理的能力。
78.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对本技术保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本技术作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的实质和范围。