具有较大操作空间横梁升降型全液压驱动数控摩擦叠焊机的制作方法

本发明涉及一种全液压驱动数控摩擦叠焊机，特别是涉及一种具有较大操作空间横梁升降型全液压驱动数控摩擦叠焊机。

背景技术：

当今世界海底资源得到各国的高度重视，海底资源的开采利用愈演愈烈。用于海底资源开采的设备修复也相应地被重视起来。

专利文献CN103071914A公开了一种全液压驱动可重构数控摩擦叠焊机水下作业装置。该设备主要包括弧形机架和焊接机构，设置在弧形机架上面的支撑焊接机构分别沿弧形机架的轴向和环向移动的移动支架，分别设置在弧形机架两侧的用于固定被焊管件的夹紧机构。该设备应用时，横梁与待修复管道之间的操作空间较小，从而导致水下作业效率低下，无法满足快速修复的要求。再者，其一次装卡焊接范围有限；夹紧机构适应性差，控制复杂，不够经济。因此有待改进。

专利文献CN104259653A和CN204075502U公开了一种水下摩擦叠焊机。该设备主要包括左右对称设置的两套定位夹紧机构、移动支撑架、周向移动机构、主轴架、轴向移动机构、低速主轴头和高速主轴头几部分。整个装置安装在待修复的管道位置附近，通过轴向移动机构和周向移动机构完成主轴头定位，由低速主轴头完成钻孔过程，然后由高速主轴头完成焊接过程。双主轴的控制比较麻烦，且存在重复定位的问题，对装置的定位精度要求很高。这对于水下60m的设备上述要求比较苛刻，焊接过程中主轴头部位受到较大的轴向力，装置的夹紧定位机构比较薄弱，恐无法满足焊接过程的夹紧定位要求。

专利文献CN103350278A公开了一种压力控制搅拌摩擦焊主轴头装置，主要包括液压系统、主轴油缸外壳和主轴活塞机构；主轴油缸外壳由同轴连接的前壳体和后壳体构成。该主轴具有尺寸小、结构紧凑、集成度高、旋转驱动方式灵活以及压力控制原理简单、精确等特点。但是，该主轴行程较短，导致水下摩擦叠焊设备的横向移动机构与待修复管道之间空间较小，无法满足潜水员对于水下操作空间的要求。

综上所述，上述装备的局限性在于：操作空间小，水下作业效率低下；Z向移动不够灵活，一次装卡焊接范围有限，夹紧机构适应性差，不够经济；存在重复定位的问题，且夹紧定位机构强度较差。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有较大操作空间横梁升降型全液压驱动数控摩擦叠焊机。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种具有较大操作空间横梁升降型全液压驱动数控摩擦叠焊机，包括机架及连接在其上的夹紧机构、周向移动机构和焊接装置，所述焊接装置包括焊接支架、主轴支撑架和主轴；所述焊接支架包括左右对称的两个侧板Ⅱ，两个所述侧板Ⅱ通过前后对称设置的两根连系梁固接在一起，两根所述连系梁和两个侧板Ⅱ形成框架结构；所述主轴支撑架包括设置在所述焊接支架内部的框架式横梁和主轴安装架，所述主轴安装架沿X向滑动连接在所述框架式横梁内；所述框架式横梁设有两个X向横梁和两个Y向横梁；在所述框架式横梁的两端各设有一Z向驱动缸，所述Z向驱动缸安装在所述叠焊支架上；所述主轴安装在所述主轴安装架内。

所述机架包括左右对称设置的两个固定支撑结构，所述固定支撑结构跨设在管道上，每个固定支承结构设有内外两个侧板Ⅰ，在两个所述侧板Ⅰ之间设有一个所述夹紧机构；所述夹紧机构包括与管道适配的弧形固定块和对称设置在管道两侧的两个夹紧臂，所述夹紧臂的中部连接有铰链轴，所述夹紧臂下部设有与管道适配的弧形爪，所述夹紧臂的上端由夹紧液压缸驱动，所述弧形固定块、所述铰链轴和所述夹紧液压缸与两个所述侧板Ⅰ固接，所述弧形固定块设置在所述夹紧臂的弧形爪的上方。

在每一个所述固定支撑结构与所述侧板Ⅱ之间设有一个所述周向移动机构，所述周向移动机构包括与所述固定支承结构内侧固接的弧形导板，在所述弧形导板上设有弧形导槽，在所述弧形导槽内装配有导向块，所述导向块与所述弧形导槽滑动连接，所述导向块固接在所述侧板Ⅱ，在所述侧板Ⅱ上连接有上下位置可调的调节块，在所述调节块上支撑有弧形导板；在所述侧板Ⅱ上固接有沿其高度方向延伸的导轨，在所述导轨上配合有滑块，所述滑块与销轴转动连接，所述销轴与所述导轨垂直，所述销轴固定在传动块上，所述传动块固定在周向双作用杆液压缸的缸筒上，所述周向双作用杆液压缸的活塞杆沿Y向布置并安装在所述机架上。

在所述框架式横梁的端面与位于其外侧的所述侧板Ⅱ之间设有间隙调节结构。

所述间隙调节结构有4个，4个所述间隙调节结构分别布置在所述框架式横梁的四个角部的外侧；每个所述间隙调节结构包括形成在X向横梁端面外角部的倒角面，所述倒角面沿所述X向横梁端面的整个高度延伸，在所述倒角面上设有上下对称布置的楔形块Ⅰ，位于上部的楔形块Ⅰ小端朝上，位于下部的楔形块Ⅰ小端朝下；在每个所述楔形块Ⅰ上均设有一个与其适配的楔形块Ⅱ。所述楔形块Ⅱ滑动配合在所述侧板Ⅱ上，在所述楔形块Ⅱ的大端设有与其垂直固接的压板，在所述压板与相应的所述楔形块Ⅰ的小端之间设有垫片组，所述压板、所述垫片组和所述楔形块Ⅰ采用螺栓连接在一起。

所述主轴安装架与传动座连接，所述传动座固定在X向双作用液压缸的缸筒上，所述X向双作用液压缸的活塞杆沿X向布置并固装在所述框架式横梁上。

在所述X向横梁的内侧形成有X向滑动配合面，在所述主轴安装架的外侧设有与所述X向滑动配合面适配的滑块。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)通过运用可升降的框架式横梁使得设备的可操作空间大，工作范围大，运动灵活，能完成复杂形状裂纹修复。

2)驱动装置均为液压元件，不易受水下环境的影响。夹紧机构由液压夹紧缸和弧形固定板两部分组成，且在夹紧臂的弧形爪和弧形固定板的圆弧面上附上一层橡胶，增大摩擦系数，夹紧可靠；通过更换不同尺寸的弧形固定块同时变换夹紧臂弧形爪上的橡胶层厚度，使得夹紧机构对不同直径的管状物有一定的适应性。

3)主轴的行程加上Z向驱动缸的行程即可满足设备在Z向的移动范围，保证设备在Z向上运动灵活，可修复管状物上不同深度、形状复杂的裂纹。

4)框架式横梁和焊接支架之间设置有楔形导向间隙调整机构，可以随时调整横梁Z向移动的间隙，使得设备运动更加平稳。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明的结构示意图之二；

图3为本发明的夹紧机构安装在机架上的结构；

图4为本发明的框架式横梁装配在焊接支架内的结构示意图；

图5为本发明的间隙调节机构安装在框架式横梁上的结构示意图；

图6为本发明的间隙调节机构结构示意图；

图7为本发明的X向双作用液压缸结构示意图；

图8为本发明的周向移动机构安装在焊接支架上的结构示意图。

图中：1、机架，11、固定支承结构，111、侧板Ⅰ，2、夹紧机构，21、弧形固定块，22、夹紧臂，23、夹紧液压缸，24、铰链轴；3、周向移动机构，31、弧形导板，32、导向块，33、调节块，34、导轨，35、滑块，36、销轴，37、传动块，38、周向双作用杆液压缸，381、缸筒，382、活塞杆，4、焊接装置，41、焊接支架，411、侧板Ⅱ，412、连系梁，42、主轴支撑架，421、框架式横梁，4211、X向横梁，4212、Y向横梁，422、主轴安装架，423、Z向驱动缸，43、主轴，5、管道，6、间隙调节机构，61、楔形块Ⅰ，62、楔形块Ⅱ，63、压板，64、垫片组，7、X向双作用液压缸，71、传动座，72、缸筒；73、活塞杆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图8，一种具有较大操作空间横梁升降型全液压驱动数控摩擦叠焊机，包括机架1及连接在其上的夹紧机构2、周向移动机构3和焊接装置4。

所述焊接装置4包括焊接支架41、主轴支撑架42和主轴43；所述焊接支架41包括左右对称的两个侧板Ⅱ411，两个所述侧板Ⅱ411通过前后对称设置的两根连系梁412固接在一起，两根所述连系梁412和两个侧板Ⅱ411形成框架结构。

所述主轴支撑架42包括设置在所述焊接支架41内部的框架式横梁421和主轴安装架422，所述主轴安装架422沿X向滑动连接在所述框架式横梁421内；所述框架式横梁421设有两个X向横梁4211和两个Y向横梁4212；在所述框架式横梁421的两端各设有一Z向驱动缸423，所述Z向驱动缸423安装在所述叠焊支架41上。

所述主轴43安装在所述主轴安装架422内。

本发明通过将主轴43安装在可升降的框架式横梁421上扩大了主轴43的Z向移动范围，进而扩大了操作空间。

在本实施例中，为了提高主轴43的运行精度，在所述框架式横梁421的端面与位于其外侧的所述侧板Ⅱ411之间设有间隙调节结构6。进一步地，所述间隙调节结构6有4个，4个所述间隙调节结构6分别布置在所述框架式横梁421的四个角部的外侧；每个所述间隙调节结构6包括形成在X向横梁端面外角部的倒角面，所述倒角面沿所述X向横梁端面的整个高度延伸，在所述倒角面上设有上下对称布置的楔形块Ⅰ61，位于上部的楔形块Ⅰ61小端朝上，位于下部的楔形块Ⅰ61小端朝下；在每个所述楔形块Ⅰ61上均设有一个与其适配的楔形块Ⅱ62。所述楔形块Ⅱ62滑动配合在所述侧板Ⅱ411上，在所述楔形块Ⅱ62的大端设有与其垂直固接的压板63，在所述压板63与相应的所述楔形块Ⅰ61的小端之间设有垫片组64，所述压板63、所述垫片组64和所述楔形块Ⅰ61采用螺栓连接在一起。

为了提高夹紧的可靠性和对不同直径管道的适应性，所述机架1包括左右对称设置的两个固定支撑结构11，所述固定支撑结构11跨设在管道5上，每个固定支承结构11设有内外两个侧板Ⅰ111，在两个所述侧板Ⅰ111之间设有一个所述夹紧机构2。

所述夹紧机构2包括与管道5适配的弧形固定块21和对称设置在管道5两侧的两个夹紧臂22，所述夹紧臂22的中部连接有铰链轴24，所述夹紧臂22下部设有与管道5适配的弧形爪，所述夹紧臂22的上端由夹紧液压缸23驱动，所述弧形固定块21、所述铰链轴24和所述夹紧液压缸23与两个所述侧板Ⅰ111固接，所述弧形固定块21设置在所述夹紧臂22的弧形爪的上方。

在本发明中，为了提高夹紧的可靠性和对不同直径管道的适应性，在所述夹紧臂22的弧形爪和所述弧形固定块21的圆弧面上附着有橡胶层，能够增大摩擦系数，增强夹紧可靠性；通过更换不同尺寸的弧形固定块同时变换夹紧臂弧形爪上的橡胶层厚度，可使夹紧机构2对不同直径的管状物有一定的适应性。上述夹紧液压缸23采用机械自锁式液压缸。

在本实施例中，为了扩大焊接范围，所述主轴安装架422与传动座71连接，所述传动座固定在X向双作用液压缸7的缸筒72上，所述X向双作用液压缸7的活塞杆73沿X向布置并固装在所述框架式横梁421上。

在本实施例中，为了提高周向移动的精度，在每一个所述固定支撑结构11与所述侧板Ⅱ411之间设有一个所述周向移动机构3，所述周向移动机构3包括与所述固定支承结构11内侧固接的弧形导板31，在所述弧形导板31上设有弧形导槽，在所述弧形导槽内装配有导向块32，所述导向块32与所述弧形导槽滑动连接，所述导向块32固接在所述侧板Ⅱ411，在所述侧板Ⅱ411上连接有上下位置可调的调节块33，在所述调节块33上支撑有弧形导板31；在所述侧板Ⅱ411上固接有沿其高度方向延伸的导轨34，在所述导轨34上配合有滑块35，所述滑块35与销轴36转动连接，所述销轴36与所述导轨34垂直，所述销轴36固定在传动块37上，所述传动块37固定在周向双作用杆液压缸38的缸筒381上，所述周向双作用杆液压缸38的活塞杆382沿Y向布置并安装在所述机架1上。设备的周向移动是由所述周向双作用液压缸38驱动实现的。

在本实施例中，为了减少加工面，降低成本，在所述X向横梁4211的内侧形成有X向滑动配合面，在所述主轴安装架422的外侧设有与所述X向滑动配合面适配的滑块。

在发现并定位水下管状物裂纹后，通过机架1将设备初步固定在易于实施焊接的位置，再用夹紧机构2将焊接装置固定在管状物上，为焊接安全进行提供保障。根据裂缝的具体位置由X向双向液压缸7和周向移动机构2调整主轴头43的姿态。根据焊接的深度和焊接刀具的长度，通过给Z向驱动缸423供油，使框架式横梁421沿Z向移动，将主轴43调整到合适的高度，在主轴43上安装钻头，进行钻孔，再通过特制的刀具加工出塞孔，将主轴头抬高，更换塞棒，在主轴43驱动下完成焊接；更换砂轮，切掉残余塞棒，再更换铣刀，铣去焊接留下的飞边，至此完成第一个塞焊单元的焊接；再根据裂纹的走向，做出适当的姿态调整，进行下一个塞焊单元的焊接，最终一系列焊接单元相互搭接形成完整的焊缝。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。