一种针对大型箱体的模块化焊接装置的制作方法

本发明涉及一种焊接装置，尤其涉及一种针对大型箱体的模块化焊接装置，属于特种焊接自动化设备领域。

背景技术：

焊接自动化技术，贯穿着我国当代焊接工业的发展，成为建设工业强国必不可少的核心技术。对于公司而言，焊接自动化技术对于改善收益、增进公司形象有着重要意义。

对于像船体、集装箱这样的焊件而言，这类焊件都是由若干个模块焊接而成，但是由于体型庞大，多数情况下只能手动焊接，浪费时间，而且容易发生事故。因此，实现焊接工装的自动化和模块化，是保障人身安全、节约时间和成本的前提，也是当今焊接工装设计的重点研究方向。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种针对大型箱体的模块化焊接装置。

本发明的目的是这样实现的：包括底部运载系统、中部运载系统、顶部运载系统、焊接系统，底部运载系统实现整体的运移和转向以及高度的调整，所述中部运载系统设置在底部运载系统上方，顶部运载系统设置在中部运载系统上，焊接系统设置在底部运载系统上，顶部运载系统主体为钢丝绳车、用于吊起大型箱体并改变箱体的方位以配合焊接系统的焊接，焊接系统的主体为折臂式焊接机。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述底部运载系统包括至少一个底部运载模块，每个底部运载模块包括四个底盘车，在每个底盘车上设置有一液压升降机，在每两个液压升降机上端之间设置有一方形钢梁，在每个方形钢梁的两侧分别设置有气压雌锁和气压雄锁，相邻两个底部运载模块通过对应的气压雌锁和气压雄锁的配合实现连接，所述方形钢梁上端面焊接有两个槽钢导轨，在两个槽钢导轨之间的方形钢梁上焊接有多孔钢，在方形钢梁侧面上焊接有两个工字钢导轨，两个工字钢导轨之间焊接有一齿条。

2.所述中部运载系统包括设置在每个方形钢梁上的两个运移天车、设置在两个运移天车上端的导轨支架，运移天车包括天车车架、设置在天车车架下端的四个天车轮、对称设置在天车车架两端的两个锁紧气缸一，锁紧气缸一的活塞杆与多孔钢上的孔配合实现锁紧，在导轨支架的两侧分别设置有多个均布锁紧孔，四个天车轮设置在槽钢导轨中。

3.所述顶部运载系统包括设置在每个导轨支架上的两个钢丝绳车，每个钢丝绳车包括钢丝车车架、设置在钢丝车车架下端的四个钢丝车车轮、对称设置在钢丝车车架两端上的两个锁紧气缸二、设置在钢丝车车架上端的钢丝滚筒、缠绕在钢丝滚筒上的钢丝绳，钢丝车车轮设置在导轨支架的导轨中，锁紧气缸二的输出端与导轨支架上的锁紧孔配合实现锁紧，钢丝绳的端部穿过钢丝车车架后连接有吊钩，钢丝滚筒由滚筒液压锁紧马达驱动控制。

4.所述焊接系统包括通过导轨板设置在工字钢导轨上的底座、设置在底座上的移动伺服电机、设置在移动电机伺服电机输出端的移动齿轮、设置在底座上的盖子、设置在盖子端面上的伺服电机、安装在伺服电机输出端上的主动锥齿轮、设置在底座内的从动转向轴、设置在从动转向轴上且与主动齿轮啮合的从动锥齿轮、与从动转向轴上端连接的回转盘、铰接在回转盘上的长机械臂、与长机械臂端部铰接的短机械臂，与短机械臂通过液压缸连接的伸缩臂、设置在伸缩臂端部的腕臂、与腕臂铰接的指臂、与指臂连接的焊枪，移动齿轮与设置在两个工字钢导轨之间的齿条啮合，在腕臂与指臂连接处、腕臂与伸缩臂连接处、短机械臂与长机械臂连接处、长机械臂与回转盘的连接处分别设置有驱动机构。

所述整个装置均设有电气回路系统、液压回路系统、传感器系统等控制系统，保证整个设备的协调、有序地运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：整个装置的运移用底盘车，并采用液压驱动，实现整体运移的平稳性和精准性。液压升降机确保整个装置根据焊件需要平稳、精确地升降。气压雌、雄锁采用锥状，实现两个模块装置拼接的紧密性和快捷性。各个天车的相互运动实现模块箱体的运移、对接和变位。折臂式焊接机多采用液压控制，实现焊接的精确性。并且能根据需要完全折叠成一条直线，防止焊件与设备之间发生干涉而造成事故。该装置集结于模块箱体运移、对接、变位、焊接四种功能为一体，可以根据焊件的长度需要增加或减少，从而实现了大型箱体焊接的模块化和自动化，解决了目前大型模块箱体因体型庞大而造成的焊接技术问题，给焊接工人带来了便利，并有效防止事故的发生。

附图说明

图1为本发明的总体结构图；

图2为本发明的底部运载系统结构图；

图3为本发明的底部运载系统结构图(另一方向)；

图4为本发明的底盘车结构图；

图5为底盘车回转部分内部结构图；

图6为底盘车转向盘架结构图；

图7为底盘车转向齿轮轴结构图；

图8为本发明的液压升降机结构图；

图9为本发明的液压升降机结构图(另一方向)；

图10为底部运载系统的方形钢梁外观图；

图11为液压升降机的带圆角实心杆结构图；

图12为液压升降机的放钢杆结构图；

图13为液压升降机u型杆结构图；

图14为底部运载系统的气压雄锁外观图；

图15为底部运载系统的气压雄锁内部结构图；

图16为底部运载系统的气压雌锁外观图；

图17为底部运载系统的气压雌锁内部结构图；

图18为本发明的中部运载系统结构图；

图19为底部运载系统的运载天车结构图；

图20为本发明的顶部运载系统(钢丝绳车)结构图；

图21为本发明的顶部运载系统(钢丝绳车)结构图(另一方向)；

图22为本发明的焊接系统(折臂式焊接机)结构图；

图23为本发明的焊接系统(折臂式焊接机)回转部位结构图；

图24为本发明的焊接系统(折臂式焊接机)底盘部位内部结构图；

图25为本发明的焊接系统(折臂式焊接机)末端执行部位结构图；

图26为两台焊接装置拼接状态示意图；

图27为气压雌、雄锁对接锁紧原理图；

图28为折臂式焊接机折叠状态示意图；

图29为运载天车自锁定位示意图；

图30为钢丝绳车自锁定位示意图。

图中：1-底部运载系统、2-中部运载系统、3-顶部运载系统(钢丝车)、4-焊接系统(折臂式焊接机)、5-底盘车、6-液压升降机、7-气压雌锁、8-方形钢梁、9-气压雄锁、10-齿条、11-工字钢导轨、12-多孔钢、13-槽钢导轨、14-车轮胎、15-车轮毂、16-车钢架、17-从动锥齿轮、18-主动锥齿轮、19-轴承全透盖、20-轴承座、21-液压转向马达、22-转向齿轮轴、23-液压驱动马达、24-传动箱、25-转向盘架、26-轴承盖、27-回转轴承、28-轴承盖、29-套筒、30-轴承、31-轴承半透盖、32-升降机承载板、33-带圆角实心杆、34-方钢杆、35-承重板、36-导轮、37-升降液压缸、38-u型杆、39-雄锁罩、40-雄锁锥头、41-卡销、42-弹簧、43-活塞杆、44-锥头盖子、45-雄锁座、46-运移天车、47-导轨支架、48-天车轮、49-减速器、50-锁紧气缸一、51-天车车架、52-轴承盖、53-钢丝车车架、54-轴承盖、55-钢丝滚筒、56-滚筒液压锁紧马达、57-锁紧气缸二、58-吊钩、59-钢丝绳、60-钢丝车车轮、61-轴承盖、62-轴承闷盖、63-减速器、64-导轨板、65-底座、66-盖子、67-中间回转盘、68-回转盘、69-转向液压马达、70-长机械臂、71-伸缩液压缸、72-伸缩臂、73-短机械臂、74-轴承透盖、75-从动齿轮轴、76-方轴承盖、77-转向液马达、78-主动齿轮、79-定位套筒、80-从动锥齿轮、81-圆锥滚子轴承、82-从动转向轴、83-主动齿轮、84-伺服电机、85-移动伺服电机、86-移动齿轮、87-回转液马达、88-盖子、89-腕臂、90-液压马达、91-指臂、92-焊枪。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明包括底部运载系统1、中部运载系统2、顶部运载系统(钢丝绳车)3和焊接系统(折叠式焊接机)4。结合图2、图3，所述底部运载系统1包括底盘车5、液压升降机6、方形钢梁8、气压雌锁7、气压雄锁9、齿条10、工字钢导轨11、多孔钢12、槽钢导轨13。液压升降机6中的承载板32与底盘车的车架16之间、方形钢梁8与液压升降机6的承重板35之间采用焊接形式。齿条10、工字钢导轨11、多孔钢12和槽钢导轨13均焊接在方形钢梁8上。结合图18，所述中部运载系统2包括运移天车46和导轨支架47，连接方式为焊接，用于运载顶部运载系统。所述顶部运载系统3主体为钢丝绳车，用于箱体焊件的运移、对接和变位。所述焊接系统在4主体为折臂式焊接机，用于模块箱体的焊接。整个装置依靠底盘车5行走和转向，确保整个装置根据需要灵活改变位置。液压升降机6的承载板32焊接在底盘车车钢架16上，负责整个装置的高度调节，可根据焊件的尺寸获得理想的高度。方型钢梁8焊接在液压升降机承重板35上，并在其中焊接有各种导轨、齿条和多孔钢，用于导向和定位。方形钢梁8两端焊接有气压雌锁7、雄锁9，确保底部运载系统拼接时紧密、牢固连接，而本身头部的圆锥结构便于两个模块间的对接。所述中部运载系统2包括运移天车46和导轨支架47。负责运移钢丝绳车3。所述顶部运载系统3主体为钢丝绳车，负责模块箱体的吊运和变位。所述焊接系统在4主体为折臂式焊接机，负责模块箱体的焊接。

结合图4、图5、图6、图7，所述底盘车5包括车轮胎14、车轮毂15、车钢架16、从动锥齿轮17、主动锥齿轮18、轴承全透盖19、轴承座20、液压转向马达21、转向齿轮轴22、液压驱动马达23、传动箱24、转向盘架25、轴承盖26、回转轴承27、轴承盖28、套筒29、轴承30、轴承半透盖31等。所述车钢架16采用高强度合金钢。整车配有4组悬挂，2×2布置，每组悬挂包括2个车轮胎14、2个车轮毂15、1个传动箱24、1个转向盘架。其中一组悬挂由液压马达23驱动。转向盘架25与回转轴承27用螺栓连接，轴承盖26、车钢架16、轴承盖28之间用螺栓螺母连接，回转轴承27位于轴承盖26和车钢架16之间。从动锥齿轮17通过螺栓与转向盘架25连接。所述转向齿轮轴22通过轴承30、套筒29、轴承全透盖19、轴承半透盖31、轴承座20和圆螺母定位。轴承座20、液压转向马达21用螺栓固定在车钢架16上。所述液压转向马达21的动力通过齿轮传递给转向齿轮轴22并通过锥齿轮传动传递给从动锥齿轮17并通过螺栓传递给转向盘架25实现转向。所述底盘车5配有3个从动悬挂、1个主动悬挂，连接在车钢架16上，靠回转轴承27、轴承盖26、28等定位。每个悬挂包括2个车轮胎14、2个车轮毂15、1个传动箱24和1个转向盘架25，主动悬挂由液压驱动马达23驱动。所述车钢架16由高强度钢板焊接而成。

结合图11、图12、图13，所述液压升降机包括升降机承载板32、带圆角实心杆33、方形钢杆34、承重板35、导轮36、升降液压缸37、u型杆38等。整个升降机呈对称的剪叉结构。最底端和最顶端的剪叉采用两个带圆角实心杆33交叉。一端用销轴和圆螺母各连接在升降机承载板32和承重板35上，另一端各配有导轮36。其余剪叉结构采用方形钢杆34和u型杆38交叉，两杆之间首尾顺次连接，方形钢杆34在外侧，u型杆在里侧，彼此之间用销轴和圆螺母连接。一共两排剪叉，对称布置。多个升降液压缸并排安装在相邻两个u型杆之间。最底端的两个液压缸作为动力缸，提供起升动力，其余液压缸作为保护缸，在液压系统的作用下协调动力缸确保升降机安全、平稳起升和降落。所述液压升降机呈对称的剪叉结构。杆与杆彼此之间用销轴和圆螺母连接。一共两排剪叉，对称布置。所述u型杆38在内部，其余杆在外部。所述升降液压缸37多个并排连接相邻两个u型杆38。最底端的两个液压缸作为动力缸，提供起升动力，其余液压缸作为保护缸，在液压系统的作用下协调动力缸确保升降机安全、平稳起升和降落。

结合图14、图15、图16、图17、图27，所述气压雄锁9包括雄锁罩39、雄锁锥头40、卡销41、弹簧42、活塞杆43、锥头盖子44、雄锁座45。雄锁锥头40与雄锁罩39用螺栓连接，卡销41位于雄锁锥头40孔内，之间安装有弹簧42。活塞杆43头部呈锥状，伸入雄锁锥头40内腔，活塞部分位于雄锁座45的气室部分。所述气压雌锁7内腔呈锥形结构，并有圆凹槽。所述气压雄锁头部呈锥状，便于与雌锁7对接。雄锁锥头40与雄锁罩39用螺栓连接，卡销41位于雄锁锥头40孔内，之间安装有弹簧42。活塞杆43头部呈锥状，伸入雄锁锥头40内腔，活塞部分位于雄锁座45的气室部分。通过改变气室气压使活塞杆移动。所述气压雌锁7内腔呈锥形结构，并有圆凹槽，与雄锁9的锥部结构形成互换性。图27为雌、雄锁的工作原理图。雌、雄锁本身的锥形头部结构可以使两模块快捷对接。底部运载系统的紧密对接需要气压雌7、雄锁9的工作实现。当雄锁锥头伸入雌锁内腔时，通过控制气压雄锁的气压使活塞杆43向左移动，活塞杆锥面顶起卡销41使其球面进入雌锁的圆凹槽内，两锁锁住。当控制气压使活塞杆向右移动时，卡销41在弹簧42的作用下复位，两锁解锁。

结合图19，所述运移天车46包括天车轮48、减速器49、锁紧气缸50、天车车架51、轴承盖52等。所述导轨支架47采用钢板、圆柱钢和槽钢导轨焊制。用两辆运移天车46搭载导轨支架47，连接方式为焊接。

结合图20、图21，所述钢丝绳车3包括钢丝绳车架53、轴承盖54、钢丝滚筒55、液压马达56、锁紧气缸57、吊钩58、钢丝绳59、车轮60、轴承盖61、轴承闷盖62、减速器63等。液压马达56控制钢丝滚筒55的转动和停止，进而控制钢丝绳59的长度。也即所述钢丝绳车3由带电机的减速器63驱动其在导轨支架47上的槽钢导轨上行走，由锁紧气缸57执行锁紧功能。所述液压马达56控制钢丝滚筒转动改变钢丝绳的起吊长度，实现被吊焊件的变位，从而适应焊接系统的焊接。

结合图22、图23、图24、图25，所述折臂式焊接机4包括导轨板64、底座65、盖子66、中间回转盘67、回转盘68、转向液压马达69、长机械臂70、伸缩液压缸71、短伸缩臂72、长伸缩臂73、轴承透盖74、从动齿轮轴75、方轴承盖76、转向液压马达77、主动齿轮78、定位套筒79、从动锥齿轮80、圆锥滚子轴承81、从动转向轴82、主动齿轮83、伺服电机84、移动伺服电机85、移动齿轮86、回转液压马达87、盖子88、腕臂89、液压马达90、指臂91、焊枪92等。导轨板64与底座65、两个伺服电机84、85与底座65均采用螺栓连接。中间回转盘67和回转盘68之间用螺栓螺母连接。所述伺服电机84通过锥齿轮传动将动力传递给从动转向轴82实现各个机械臂整体回转。所述伺服电机85将动力传递给齿轮86并通过齿条10将动力反作用给整个焊接机，使整个焊接机在方形钢梁侧面的工字钢导轨11移动，当伺服电机85不工作时，整个焊接机在齿轮齿条的作用下也停止移动实现自锁。所述液压马达69通过键连接使长机械臂70转动。所述液压马达77通过直齿轮传动将动力传递给短伸缩臂73使其转动。所述伸缩液压缸71两端连接短机械臂72和伸缩臂73并控制伸缩臂72的伸缩。所述液压马达87、89分别控制腕臂89和指臂91的回转，从而改变焊枪92的方位。

所述整个装置均设有电气回路系统、液压回路系统、传感器系统等控制系统，保证整个设备的协调、有序地运行。

下面给出本发明的工作过程：

1.正常工作状态

对大型模块箱体进行运移、对接、焊接和变位时，至少需要2台底部运载系统对接，并用4台中部运载系统、8台钢丝绳车吊运箱体单元，1台折臂式焊接机焊接模块箱体。每个箱体单元需要由2台中部运载系统、4台钢丝绳车调运。底部运载系统通过驱动底盘车移动使整体移动，中部运载系统的运移天车沿焊接在方形钢梁上的槽钢导轨移动，钢丝绳车沿导轨架上的导槽移动。通过中部运载系统和钢丝绳车的低速、协调运动实现箱体单元的对接，通过钢丝绳车改变钢丝绳吊运长度可以改变模块箱体的方位实现变位。通过控制折臂焊接机的电气、液压、传感器系统实现姿态调整和焊接。如图26所示。

2.气压锁锁紧、解锁状态

底部运载系统的紧密对接需要气压雌、雄锁的工作实现。如图27所示，当雄锁锥头伸入雌锁内腔时，通过控制气压雄锁的气压使活塞杆向左移动，活塞杆锥面顶起卡销使其球面进入雌锁的圆凹槽内，两锁锁住。当气压使活塞杆向右移动时，卡销在弹簧的作用下复位，两锁解锁。雄锁本身的锥形头部结构可以使两模块快捷对接。

3.折臂式焊接机折叠状态和定位

如图28所示，折臂式焊接机在液压、电气、传感器系统的作用下处于折叠状态。完全地折叠成一条直线，节约空间。通过齿轮齿条传动和伺服电机的驱动可以实现折臂式焊接机在导轨的横向移动，当伺服电机停止时，也实现了折臂式焊接机的定位和自锁。

4.各类运载车的定位

如图29所示为运载天车的锁紧，如图30所示为钢丝绳车的锁紧，二者均用气压缸锁紧并实现定位。

5.协调工作

模块化焊接装置在电气、液压、传感器系统的作用下协调工作。底部运载系统、中部运载系统、顶部运载系统均设有位移传感器，能够实现整个运载系统的精准定位。整个模块化装置的电气回路系统、液压回路系统和传感器系统保证整个设备的协调、有序地运行。

综上，一种针对大型箱体的模块化焊接装置，主要实现大型模块单元箱体焊接的自动化和模块化。其特征在于：整个焊接装置由底部、中部、顶部运载系统和焊接系统四部分组成。底部运载系统中，底盘车实现整体的运移和转向，并采用液压马达驱动和转向，确保整体移动的平稳性。液压升降机能够自由调节焊件的高度，采用多个液压缸协调起升，也保证了整体起升的平稳性。采用方形钢梁结构，并在钢梁上配置导轨和带孔钢，为中部运载系统和焊接系统提供了锁紧、导向的通道。钢梁两侧的气压雌、雄锁，保证底部运载系统的紧密拼接。整个底部运载系统可以自由拼接、锁紧和分离，实现了运载平台的中部运载系统由两台运载天车和导轨支架组成，用于承载顶部运载系统。而顶部车载系统主体为钢丝绳车，用于吊起大型箱体并改变箱体的方位以配合焊接系统的焊接。焊接系统的主体为折臂式焊接机，用于焊接箱体单元，而自身的折叠式结构可以为焊件运移提供空间并保证整个设备的安全。而机械臂的转向和伸缩都采用液压传动，提高焊接的精度。整个焊接装置集结于运移、对接、变位、焊接四种功能为一体，在液压系统、电气系统、传感器系统等控制系统的作用下，大大提高箱体焊接的自动化和模块化，给焊接工人带来了便利，同时也减少了安全事故的发生。