环形焊接机的制作方法

本发明涉及焊接装备技术领域，尤其涉及一种便于携带的环形焊接机。

背景技术：

由于今年来我国经济的迅猛发展，致使东西部能源供需矛盾日益突出，为解决此矛盾，随着钢管制造水平与焊接技术的提高，长输管道运输这种经济高效的长距离流体介质运输方式也得到了越来越充分的应用。近年西气东输、西部管道、兰郑长管道、西气东输二线等一系列大口径管道的陆续施工，标志着我国长输管道的第四次建设高峰已到来。

长输管道一般具有野外作业、焊接环境不稳定、非固定电源取电网取电、管道定位不准确、焊道内部成型难以观测等特点，目前现有的野外焊接设备都十分庞大，这在工作中表现出的问题就是焊接效率低，很多情况还是需要人工完成。现有设备大多不能移动或者是类似吊管机一样的大型车辆，对于地形小、复杂的野外作业条件完全不能适应。

因此，如何提供一种野外作业方便操作与拆装的焊接机，是本领域的技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种环形焊接机，通过将焊枪借助于环形导轨和链式驱动轨道安装在待焊接钢管外侧，快速实现钢管的焊接，而且各个部分采用组装结构，便于拆卸，尤其适用于野外作业。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种环形焊接机，包括环形导轨、行走小车、机械臂、焊枪、链式驱动轨道、驱动小车和送丝管，所述焊枪借助于机械臂安装在行走小车一侧，行走小车借助于y形支架连接在环形导轨外表面，行走小车用于限制焊枪沿环形导轨的外缘行走，所述链式驱动轨道与环形导轨并列安装，驱动小车卡装在链式驱动轨道外侧、且驱动小车与链式驱动轨道啮合安装，驱动小车与行走小车并列安装、且通过两根传动轴连接，链式驱动轨道用于将驱动小车固定在焊接工件外侧、且链式驱动轨道围成的驱动轨迹为与环形导轨同轴的圆形轨迹。

所述链式驱动轨道包括若干借助于销轴首尾相接的单元链节，单元链节为端面呈t形的块状结构，其两端分别对应设置凸块和凹槽，位于后端的单元链节的凸块插入位于前端的单元链节凹槽内、且水平穿设销轴，位于链式驱动轨道最前端的单元链节的开放端设置倒齿状插杆，位于链式驱动轨道最末端的单元链节的开放端设置有倒齿状插孔，插杆和插孔用于在链式驱动轨道围成环形轨道时插接。

所述环形导轨为外壁开设有导槽和限位槽环形结构，环形导轨用于套装在待焊接钢管外侧，环形导轨的内径与待焊接钢管的外径相等，环形导轨外侧设置环形的导槽，环形导槽的截面呈上中部开口的矩形，环形导轨外表面还设有两道限位槽，两道限位槽分别位于导槽的两侧。

所述驱动小车包括壳体、驱动电机、主动齿轮、从动齿轮和导向轮组，所述壳体包括侧板、端板和顶板，两块侧板、两块端板和一块顶板围成半封闭结构，端板的长度为侧板长度的一半，驱动电机固定安装在半封闭结构内，驱动电机动力输出端固定安装主动齿轮，半封闭结构内还安装从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，从动齿轮用于和链式驱动轨道啮合，两块侧板内侧固定安装导向轮组，导向轮组包括四套导向轮，每块侧板内侧下端固定安装两套导向轮，四套导向轮的周线位于同一水平面内。

所述行走小车包括车架、行走轮、定位块和两根传动轴，两根传动轴平行安装、且两端分别与驱动小车和车架轴承连接，行走轮包括两套，两套行走轮借助于转轴安装在车架外侧，两套行走轮卡接在环形轨道外侧的限位槽内。

所述传动轴中部固定安装链轮，与链轮啮合安装链条，链条用于焊接钢管时将驱动小车和行走小车捆绑在待焊接钢管外侧。

所述环形轨道的导槽内卡装限位架，限位架包括横轴、u形支架、卡爪和限位轮，u形支架开口端内侧对称安装用于连接车架中部的卡爪，u形支架下端借助于竖向连杆安装横轴，横轴两端设置限位轮，横轴和限位轮位于导槽内侧，横轴的周线与导槽侧壁垂直。

所述机械臂包括基座、第一摆臂、第二摆臂、关节销轴和关节臂，基座包括底板、回转装置和铰支座，铰支座借助于回转装置安装在底板上，铰支座上端通过销轴连接第一摆臂，第一摆臂末端通过摆动机构连接第二摆臂，第二摆臂末端通过关节销轴连接关节臂，关节臂末端固定连接焊枪。

所述焊枪包括送丝管、枪头、转接块、固定臂、摆架和液压缸，所述摆架与关节臂末端固定连接，摆架中部借助于销轴连接转接块，枪头固定安装在转接块下方，摆架上表面固定安装呈l形的固定臂，所述转接块上表面铰接液压缸的缸体尾端，液压缸的活塞杆末端与固定臂开放端铰接，液压缸用于驱动枪头绕转接块和摆架之间的销轴的轴线摆动。

所述枪头包括外壳、固定板、导丝管、送丝机构、伸缩电机、丝杠螺母、伸缩套管和焊接头，所述外壳为圆管状结构、且其末端与转接块固定连接，外壳中部通过导管与送丝管连接，固定板竖向安装在外壳内，固定板上自上而下固定设置导丝管、送丝机构和伸缩机构，伸缩机构末端安装焊接头，穿过送丝管和导管的焊丝穿入送丝机构，送丝机构用于将焊丝送至焊接头，伸缩机构包括在固定板同一面左右对称安装的两套伸缩电机、两套丝杠、两套丝杠螺母和两套伸缩套管，两套丝杠螺母与固定板连接，两套丝杠螺母分别于两套丝杠螺母螺纹安装，丝杠末端螺纹连接伸缩套管，焊接头固定安装在伸缩套管末端，伸缩电机动力输出端通过齿轮传动机构连接对应侧的丝杠末端，两根伸缩套管之间设置联接板，联接板与固定板表面滑动配合。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过利用环形导轨作为行走小车的导向装置，并在行走小车上安装焊枪，是的焊枪能够绕待焊接轨道循环运动，而且行走小车通过限位架和限位轮与环形导轨外壁上的导槽和限位槽卡接，使行走小车的行走更加稳定，便于进行焊接；本发明还利用可以合围在待焊接钢管外侧链式驱动轨道作为驱动辅助装置，驱动小车通过齿轮啮合的方式与链式驱动轨道连接，而链式驱动轨道可以根据待焊接钢管的直径确定安装多少单元链节，单元链节采用的是端面呈t形的块状结构，在合围待焊接钢管后，驱动小车的导向轮组位于待焊接钢管与单元链节之间，确保驱动小车的稳定性；同时，本发明中的链式驱动轨道、驱动小车、行走小车、机械臂和焊枪之间均为可拆卸式结构，能够快速组装，方便拆卸，尤其适用于进行野外作业。

本发明还通过在枪头内设置伸缩机构，伸缩机构驱动焊接头沿着导管轴线运动，从而实现焊接头的伸缩，这大大提高了灵活性，便于满足焊接作业的精度要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明机械臂结构示意图；

图3是焊枪结构示意图；

图4是枪头内部构造示意图；

图5环形导轨结构示意图；

图6是图5的局部放大图；

图7是驱动小车结构示意图；

图8是图7的内部结构示意图；

图9是行走小车结构示意图；

图10是链式驱动轨道结构示意图；

图11是链式驱动轨道前端单元链节的结构示意图；

图12是链式驱动轨道尾端结构示意图；

图13是限位架结构示意图；

其中：1、链式驱动轨道；1-1、单元链节；1-2、销孔；1-3、插杆；1-4、插孔；2、链条；3、驱动小车；3-1、壳体；3-2、导向轮组；3-3、从动齿轮；；3-4、主动齿轮；3-5、驱动电机；4、送丝管；5、机械臂：5-1、基座；5-2、第一摆臂；5-3、第二摆臂；5-4、关节销轴；5-5、关节臂；6、焊枪；6-1、固定臂；6-2、液压缸；6-3、摆架；6-4、枪头；6-4-1、固定板；6-4-2、导丝管；6-4-3、送丝机构；6-4-4、伸缩电机；6-4-5、丝杠螺母；6-4-6、伸缩套管；6-4-7、焊接头；7、环形导轨；7-1、导轨本体；7-2、导槽；7-3、限位槽；8、行走小车；8-1、链轮；8-2、传动轴；8-3、定位块；8-4、车架；8-5、行走轮；9、限位架；9-1、卡爪；9-2、u形支架；9-3、限位轮。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种环形焊接机，包括环形导轨7、行走小车8、机械臂5、焊枪6、链式驱动轨道1、驱动小车3和送丝管4，所述焊枪6借助于机械臂5安装在行走小车8一侧，行走小车8借助于y形支架连接在环形导轨7外表面，行走小车8用于限制焊枪6沿环形导轨7的外缘行走，所述链式驱动轨道1与环形导轨7并列安装，驱动小车3卡装在链式驱动轨道1外侧、且驱动小车3与链式驱动轨道1啮合安装，驱动小车3与行走小车8并列安装、且通过两根传动轴8-2连接，链式驱动轨道1用于将驱动小车3固定在焊接工件外侧、且链式驱动轨道1围成的驱动轨迹为与环形导轨7同轴的圆形轨迹。

参见附图10-12所述链式驱动轨道1包括若干借助于销轴首尾相接的单元链节1-1，单元链节1-1为端面呈t形的块状结构，其两端分别对应设置凸块和凹槽，位于后端的单元链节1-1的凸块插入位于前端的单元链节1-1凹槽内、且水平穿设销轴，位于链式驱动轨道1最前端的单元链节1-1的开放端设置倒齿状插杆1-3，位于链式驱动轨道1最末端的单元链节1-1的开放端设置有倒齿状插孔1-4，插杆1-3和插孔1-4用于在链式驱动轨道1围成环形轨道时插接。

参见附图2-3，所述环形导轨7为外壁开设有导槽7-2和限位槽7-3环形结构，环形导轨7用于套装在待焊接钢管外侧，环形导轨7的内径与待焊接钢管的外径相等，环形导轨7外侧设置环形的导槽7-2，环形导槽7-2的截面呈上中部开口的矩形，环形导轨7外表面还设有两道限位槽7-3，两道限位槽7-3分别位于导槽7-2的两侧。

参见附图7-8，所述驱动小车3包括壳体3-1、驱动电机3-5、主动齿轮3-4、从动齿轮3-3和导向轮组3-2，所述壳体3-1包括侧板、端板和顶板，两块侧板、两块端板和一块顶板围成半封闭结构，端板的长度为侧板长度的一半，驱动电机3-5固定安装在半封闭结构内，驱动电机3-5动力输出端固定安装主动齿轮3-4，半封闭结构内还安装从动齿轮3-3，从动齿轮3-3与主动齿轮3-4啮合，从动齿轮3-3用于和链式驱动轨道1啮合，两块侧板内侧固定安装导向轮组3-2，导向轮组3-2包括四套导向轮，每块侧板内侧下端固定安装两套导向轮，四套导向轮的周线位于同一水平面内，行走小车的从动齿轮在运行过程中与链式驱动轨道啮合，每个单元链节相当于一个齿，在使用时，链式驱动轨道围绕安装在待焊接钢管外侧，首尾相接，形成环形轨道，而且其内侧面与待焊接钢管外壁贴紧，防止驱动小车径向和轴向偏移。

参见附图9，所述行走小车8包括车架8-4、行走轮8-5、定位块8-3和两根传动轴8-2，两根传动轴8-2平行安装、且两端分别与驱动小车3和车架8-4轴承连接，行走轮8-5包括两套，两套行走轮8-5借助于转轴安装在车架8-4外侧，两套行走轮8-5卡接在环形轨道外侧的限位槽7-3内，行走小车在运行过程中处于被动状态，其通过两根传动轴连接驱动小车，驱动小车的从动齿轮与链式驱动轨道啮合，行走小车的两套行走轮卡接在环形导轨的限位槽内，限位架与车架之间柔性连接，共同起到支撑和带动焊枪的作用，另外一方面，为了确保行走小车的稳定性，与两根传动轴上的链轮配套设置链条，链条分别与两个链轮啮合，链条位于传动轴外侧，同时，链条的首尾两端相连接，形成连续的链条，行走小车在行走过程中，两套链轮均位于链条的内侧。

参见附图9，所述传动轴8-2中部固定安装链轮8-1，与链轮8-1啮合安装链条2，链条2用于焊接钢管时将驱动小车3和行走小车8捆绑在待焊接钢管外侧，链条的作用在于能够压紧传动轴，进而压紧行走小车和驱动小车，防止驱动小车从动齿轮与链式驱动轨道的啮合失效。

参见附图5-6，所述环形轨道的导槽7-2内卡装限位架9，限位架9包括横轴、u形支架、卡爪和限位轮，u形支架开口端内侧对称安装用于连接车架8-4中部的卡爪，卡爪与车架之间采用柔性连接，u形支架下端借助于竖向连杆安装横轴，竖向连杆外侧套装复位弹簧，复位弹簧下端与竖向连杆连接，上端顶紧u形支架下端，u形支架套装在竖向连杆上端，横轴两端设置限位轮，横轴和限位轮位于导槽7-2内侧，横轴的周线与导槽7-2侧壁垂直，环形导轨的作用是使行走小车能够带动焊枪在待焊接管道外壁实现圆周运动，环形导轨需要根据待焊接管道的外径进行定制，不同直径钢管选用不同直径的环形导轨，在环形导轨外壁上分别设置导槽和限位槽，将行走小车与其限位卡接，确保行走小车在导槽内稳定运行，改善焊枪的位置精度。

参见附图2，所述机械臂5包括基座5-1、第一摆臂5-2、第二摆臂5-3、关节销轴5-4和关节臂5-5，基座5-1包括底板、回转装置和铰支座，铰支座借助于回转装置安装在底板上，铰支座上端通过销轴连接第一摆臂5-2，第一摆臂5-2末端通过摆动机构连接第二摆臂5-3，第二摆臂5-3末端通过关节销轴5-4连接关节臂5-5，关节臂5-5末端固定连接焊枪6。

参见附图3，所述焊枪6包括送丝管4、枪头6-4、转接块、固定臂6-1、摆架6-3和液压缸6-2，所述摆架6-3与关节臂5-5末端固定连接，摆架6-3中部借助于销轴连接转接块，枪头6-4固定安装在转接块下方，摆架6-3上表面固定安装呈l形的固定臂6-1，所述转接块上表面铰接液压缸6-2的缸体尾端，液压缸6-2的活塞杆末端与固定臂6-1开放端铰接，液压缸6-2用于驱动枪头6-4绕转接块和摆架6-3之间的销轴的轴线摆动，有效改善焊枪运动自由度，改善焊接作业适应性。

参见附图4，所述枪头6-4包括外壳、固定板6-4-1、导丝管6-4-2、送丝机构6-4-3、伸缩电机6-4-4、丝杠螺母6-4-5、伸缩套管6-4-6和焊接头6-4-7，所述外壳为圆管状结构、且其末端与转接块固定连接，外壳中部通过导管与送丝管连接，固定板6-4-1竖向安装在外壳内，固定板6-4-1上自上而下固定设置导丝管6-4-2、送丝机构6-4-3和伸缩机构，伸缩机构末端安装焊接头6-4-7，穿过送丝管和导管的焊丝穿入送丝机构6-4-3，送丝机构6-4-3用于将焊丝送至焊接头6-4-7，伸缩机构包括在固定板6-4-1同一面左右对称安装的两套伸缩电机6-4-4、两套丝杠、两套丝杠螺母6-4-5和两套伸缩套管6-4-6，两套丝杠螺母6-4-5与固定板6-4-1连接，两套丝杠螺母6-4-5分别于两套丝杠螺母6-4-5螺纹安装，丝杠末端螺纹连接伸缩套管6-4-6，焊接头6-4-7固定安装在伸缩套管6-4-6末端，伸缩电机6-4-4动力输出端通过齿轮传动机构连接对应侧的丝杠末端，两根伸缩套管6-4-6之间设置联接板，联接板与固定板6-4-1表面滑动配合，送丝机构与现有3d打印机送料机构相似，包括两个转向相反的对搓轮，对搓轮由电机驱动，焊丝加持在两个对搓轮之间，通过控制电机的转速来调节送丝速度。

在具体应用过程中，本发明通过利用环形导轨作为行走小车的导向装置，并在行走小车上安装焊枪，是的焊枪能够绕待焊接轨道循环运动，而且行走小车通过限位架和限位轮与环形导轨外壁上的导槽和限位槽卡接，使行走小车的行走更加稳定，便于进行焊接；本发明还利用可以合围在待焊接钢管外侧链式驱动轨道作为驱动辅助装置，驱动小车通过齿轮啮合的方式与链式驱动轨道连接，而链式驱动轨道可以根据待焊接钢管的直径确定安装多少单元链节，单元链节采用的是端面呈t形的块状结构，在合围待焊接钢管后，驱动小车的导向轮组位于待焊接钢管与单元链节之间，确保驱动小车的稳定性；同时，本发明中的链式驱动轨道、驱动小车、行走小车、机械臂和焊枪之间均为可拆卸式结构，能够快速组装，方便拆卸，尤其适用于进行野外作业。