一种双悬臂双枪双数控等离子堆焊机的制作方法

本实用新型属于机电设备技术领域，尤其涉及煤机再制造和等离子堆焊的一种双悬臂双枪双数控等离子堆焊机。

背景技术：

刮板运输机是采煤工作面的主要运输设备，是煤矿使用最广、且因磨损而破坏最为严重的设备之一，在综采工作面，是采煤机的运行轨道和自移式液压支架的配套设备。其磨损主要由于货载的煤和矸石、刮板和链条在中部槽中滑行，工作阻力大，故磨损十分严重。

刮板输送机使用效能取决于中部槽的耐磨性，因而刮板输送机中部槽的耐磨性是考评该机器性能的主要标准，经试验，采用堆焊方法是提高中部槽耐磨性的有效措施，在试验中，发现根据中部槽磨损工况，采用耐低应力磨料磨损性能优异的高铬铸铁合金堆焊，从实用性、经济性和使用效果上综合分析，都是最适宜的选择。该方法理由高铬铁合金硬脆，不能拉丝却最易制成合金粉末的特性，用合金粉末作填充料进行高效率堆焊，热源采用氩气转移型等离子弧，通过相关参数的选择，可以产生有较强穿透力，既有利于合金粉末熔化又能控制熔深的等离子电弧，获得成形美观、结合牢固、硬度高耐磨性能优异的堆焊层。

由于对于中部槽板堆焊面比较宽，堆焊的焊道是折线的组合，焊道轨迹较特殊，要完成这样焊道的自动堆焊，在施焊过程中，焊枪需要按照设定的轨迹和移动的线速度，在二维平面内进行数控运行，焊枪的高度按照设定的弧压值自动调节高度，现有技术中，均是单悬臂数控等离子堆焊机，针对同一中部槽板采用堆焊的方式，两边的焊层无法均匀对称变性，中部槽板容易出现不均匀变形，导致焊道开裂的问题。

技术实现要素：

针对上述背景技术的阐述，本实用新型提供一种双悬臂双枪双数控等离子堆焊机，解决了等离子堆焊中，中部槽板不均匀变形导致焊道开裂的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种双悬臂双枪双数控等离子堆焊机，包括堆焊平台、遮光屏、等离子焊枪、悬臂、滑轨拖板、y轴电机、水电转接盒、焊枪位置控制箱、操作机立柱、z轴电机、送粉器、丝杠、底座横梁、水电一体柜、氩气供气瓶、滑轨、电气控制柜；

所述底座横梁设置两根滑轨，两根滑轨中间设置直线齿条，滑轨拖板通过滑块嵌入滑轨，实现滑轨拖板与滑轨连接，滑轨拖板安装y轴电机和y轴减速机，减速机输出端齿轮与丝杠相啮合，滑轨拖板上设置水电转接盒；所述底座横梁旁边设置电气控制柜和水电一体柜，底座横梁旁边设置的氩气供气瓶连接等离子焊枪；

滑轨拖板中央固定设置操作机立柱，操作机立柱顶端固定安装z轴z轴电机与z轴减速机，操作机立柱为中空结构，中空结构内部安装垂直梯形丝杠，操作机立柱外侧对称安装两根垂直滑轨；

焊枪位置控制箱内安装焊枪托板、x轴滑块、x轴电机与x轴减速机、固定在丝杠螺母托板上的丝杠螺母、z轴滑块，焊枪托板与丝杠螺母托板垂直拼接，焊枪托板安装x轴滑块，x轴滑块嵌入垂直滑轨内，焊枪托板上的丝杠螺母与垂直梯形丝杠连接，焊枪位置控制箱内安装x轴电机与x轴减速机，x轴减速机输出轴齿轮与悬臂内侧的齿条相啮合；

伸缩悬臂内部安装有驱动焊枪旋转的焊枪电机，等离子焊枪通过轴承悬挂安装在伸缩悬臂前端；

送粉器安装在焊枪位置控制箱上端，堆焊平台布置在操作机立柱旁边；

堆焊平台侧边设置遮光屏，遮光屏上设置观察窗。

上述技术方案中，所述底座横梁侧边和上边沿分别安装有两根滑轨，中间布置有直线齿条。

上述技术方案中，所述堆焊平台包括可调节地脚、堆焊平台桁架、平台、导电桩，所述可调节地脚分别安装于堆焊平台桁架的四个角上，通过调节扁平螺母实现整个平台的水平，平台与桁架焊接在一起，平台设置导电桩，导电桩与水电一体柜中的等离子电源通过焊接电缆连接。

上述技术方案中，所述堆焊平台还包括定位挡板，定位挡板固定设置在平台上。

上述技术方案中，所述电气控制柜和水电一体柜的控制管线电缆通过底座横梁设置的拖链槽接入。

上述技术方案中，所述的遮光屏，包括滑轮、底板、垂直挡板、倾斜挡板、观察窗，四个滑轮分别安装在底板的四个角上，垂直挡板固定在底板上，倾斜挡板与垂直挡板焊接在一起，三个观察窗均匀分布在倾斜挡板上。

上述技术方案中，所述悬臂由隐形小滑轨、小齿条、转角电机、轴承、方管构成，隐形小滑轨在方管上下两侧对称安装，隐形小滑轨嵌入焊枪位置控制箱内的x轴滑块中，小齿条安装在方管侧边，与焊枪位置控制箱内的驱动齿轮啮合，方管内部安装转角电机与传动装置，等离子焊枪通过轴承连接在方管末端，等离子焊枪的连接管线从中空的方管中穿过，连接水电转接盒。

上述技术方案中，所述焊枪位置控制箱内部安装焊枪托板、x轴滑块、x轴电机与x轴减速机、固定在丝杠螺母托板上的丝杠螺母、z轴滑块，焊枪托板与丝杠螺母托板垂直拼接，焊枪托板上对称分布固定设置四个x轴滑块，x轴滑块嵌入z轴滑轨内，梯形丝杠嵌入焊枪位置控制箱内的丝杠螺母中，丝杠螺母固定在丝杠螺母托板上，焊枪位置控制箱内安装x轴电机与x轴减速机，x轴减速机输出轴齿轮与悬臂内侧的齿条相啮合，悬臂两侧设置隐形小滑轨，嵌入焊枪位置控制箱内的x轴滑块中。

上述技术方案中，所述水电转接盒，包括绝缘板、压力开关、方盒、水电缆接头、气路接头、水管接头、焊接电缆接头，方盒中间放置绝缘板，水电缆接头、水管接头、焊接电缆接头分别安装在绝缘板上，压力开关布置在方盒右侧，气路接头安装在方盒左侧，方盒前后两面分别开方孔便于排线布线，方盒盖子采用有机玻璃制备。

上述技术方案中，所述水电一体柜包括上下两层，上层为堆焊电源，下层为制冷水箱，所述堆焊电源包括非弧电源、转弧电源、连接线缆，堆焊电源固定在电源柜内，控制电缆将非弧电源、转弧电源与电气控制柜连接，各个电源的正负极分别与工件回转台和等离子焊枪连接；制冷水箱包括冷凝器、水箱、水泵、压力表、控制电器，冷凝器引出的铜管盘绕在水箱内，水泵进水端通过金属编制软管与水箱连接，出水端连接四通分接头，一路连接水压表，一路连接水泵，一路连接回水控制阀门，一路连接出水端，控制电器连接冷凝器和水泵，分别控制其启停。

本实用新型有益效果：针对同一中部槽板采用对称堆焊方式，使得两边的焊层均匀对称变性，解决了中部槽板不均匀变形导致焊道开裂的问题，采用全自动化堆焊，操作环境大幅改善，劳动强度大幅降低，且生产效率比手工堆焊提高3倍以上，能耗降低20％以上，具有作业面积宽、操作维修和转运工件方便等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的控制系统的结构图。

其中：1、堆焊平台，2、遮光屏，3、等离子焊枪，4、悬臂，5、滑轨托板，6、y轴电机，7、水电转接盒，8、焊枪位置控制箱，9、操作机立柱，10、z轴电机，11、送粉器，12、丝杠，13、底座横梁，14、水电一体柜，15、氩气供气瓶，16、滑轨，17、电气控制柜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型专利的附图，对本实用新型专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型专利中的实施例，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，都属于本实用新型专利保护的范围。

本实用新型一种双悬臂双枪双数控等离子堆焊机是用于解决刮板输煤机中部槽板磨损问题，采用先进的粉末等离子堆焊法堆焊高硬度耐磨合金的专用设备。

根椐图1所示，一种双悬臂双枪双数控等离子堆焊机，包括堆焊平台、遮光屏、等离子焊枪、悬臂、滑轨拖板、y轴电机、水电转接盒、焊枪位置控制箱、操作机立柱、z轴电机、送粉器、丝杠、底座横梁、水电一体柜、氩气供气瓶、滑轨、电气控制柜。

底座横梁通过两侧t型方管放置于地面，通过方管上的设置的调节螺母，调节底座横梁保持一个于水平状态，从而保证整个设备水平，底座横梁侧边和上边沿分别安装两根滑轨，两根滑轨中间设置直线齿条，滑轨拖板分别安装有四个滑块，滑轨拖板通过滑块嵌入滑轨，使得滑轨拖板与滑轨连接，这样滑轨拖板、y轴电机与y轴减速机、丝杠、底座横梁、滑轨共同组成两个悬臂的y轴纵移机构，两个悬臂对应的滑轨拖板分别安装的四个滑块，嵌入到底座横梁上的两条滑轨上，用来承重和导向。滑轨拖板上边沿安装y轴电机和y轴减速机，减速机输出轴与齿轮通过键槽连接，齿轮与丝杠相啮合，两个悬臂的滑轨拖板通过齿条传动沿滑轨作纵向移动，滑轨及托板两侧均安装限位开关，防止整个悬臂立柱冲出轨道。滑轨拖板上边右侧放置水电转接盒，通过水电转接盒将焊枪的水电气汇聚起来，统一提供给等离子焊枪。在底座横梁一端两侧分别放置电气控制柜和水电一体柜，两者的控制管线电缆通过底座横梁侧边的拖链槽接入，供气系统的氩气供气瓶放置在水电一体柜旁。

在滑轨拖板中间固定操作机立柱，操作机立柱顶端固定安装z轴z轴电机与z轴减速机，z轴电机连接z轴减速机，操作机立柱为中空结构，中空结构内部安装垂直梯形丝杠，z轴减速机与梯形丝杠同轴连接，操作机立柱外侧对称安装两根垂直滑轨，两根垂直滑轨组成z轴滑轨，嵌入到焊枪位置控制箱内的x轴滑块中，梯形丝杠与z轴减速机构成自锁结构，操作机立柱内的梯形丝杠与z轴电机及z轴减速机、z轴滑轨、丝杠螺母与焊枪托板共同组成等离子焊枪z轴升降机构。

焊枪位置控制箱内部安装焊枪托板、x轴滑块、x轴电机与x轴减速机、固定在丝杠螺母托板上的丝杠螺母、z轴滑块，焊枪托板与丝杠螺母托板垂直拼接，焊枪托板上对称分布固定设置四个x轴滑块，x轴滑块嵌入z轴滑轨内，梯形丝杠嵌入焊枪位置控制箱内的丝杠螺母中，完成丝杠螺母与垂直梯形丝杠连接，丝杠螺母固定在丝杠螺母托板上，焊枪位置控制箱内安装x轴电机与x轴减速机，x轴减速机输出轴齿轮与悬臂内侧的齿条相啮合，x轴电机驱动齿条传动沿x轴滑块作横向移动，悬臂两侧设置隐形小滑轨，嵌入焊枪位置控制箱内的x轴滑块中，使悬臂能灵活自如伸缩，同时保证了整个悬臂的水平。

悬臂由隐形小滑轨、小齿条、转角电机、轴承、方管构成，隐形小滑轨在方管上下两侧对称安装，隐形小滑轨嵌入焊枪位置控制箱内的x轴滑块中，小齿条安装在方管侧边，与焊枪位置控制箱内的驱动齿轮啮合，方管内部安装转角电机与传动装置，等离子焊枪通过轴承连接在方管末端，悬挂安装在伸缩悬臂前端，等离子焊枪的连接管线从中空的方管中穿过，连接水电转接盒。悬臂的方管内部安装的驱动焊枪旋转的焊枪电机，控制悬臂内的电机转动，能使得等离子焊枪在一定角度内倾斜，适应了中部槽倾斜面的堆焊要求。

本实用新型的送粉系统是送粉器，送粉器属于现有技术，送粉器包括粉斗、粉盒、送粉电机等结构，粉斗内通过送粉气体、氩气的压力和粉末自身重力作用，落入送粉机构内，通过送粉电机的转动带动送粉机构内部的辊轮旋转，将合金粉末经送粉管送入等离子堆焊机头，实现系统的连续供料。送粉器安装在焊枪位置控制箱上端，这是距离等离子焊枪最近的位置，保证了送粉的稳定可靠。

堆焊平台布置在操作机左侧，堆焊平台的四个地脚，采用扁平螺母触地，堆焊平台包括四个可调节地脚、堆焊平台桁架、平台、导电桩，所述可调节地脚分别安装于堆焊平台桁架的四个角上，通过调节扁平螺母能够快捷调节整个平台的水平，平台与桁架焊接在一起，平台设置导电桩，导电桩与水电一体柜中的等离子电源通过焊接电缆连接。

水电一体柜包括上下两层，上层为堆焊电源，下层为制冷水箱，所述堆焊电源包括非弧电源、转弧电源、连接线缆，堆焊电源固定在电源柜内，控制电缆连接非弧电源、转弧电源与电气控制柜连接，各个电源的正负极分别与工件回转台和等离子焊枪连接；制冷水箱包括冷凝器、水箱、水泵、压力表、控制电器，冷凝器引出的铜管盘绕在水箱内，水泵进水端通过金属编制软管与水箱连接，出水端连接四通分接头，一路连接水压表，一路连接水泵，一路连接回水控制阀门，一路连接出水端，控制电器连接冷凝器和水泵，分别控制其启停。

等离子堆焊机头包括等离子焊枪、等离子焊枪夹头、连接管线，等离子焊枪通过等离子焊枪夹具固定在摆动器托板上，等离子焊枪上端分别有水电缆、送粉管、保护气管、离子气管接口，对应连接冷却水箱，电源柜，送粉器，供气板。

堆焊平台侧边设置遮光屏，避免操作人员直接接触弧光，遮光屏上设置有观察窗，通过观察窗能够方便查看堆焊熔池效果。遮光屏，包括滑轮、底板、垂直挡板、倾斜挡板、观察窗，四个滑轮分别安装在底板的四个角上，垂直挡板固定在底板上，倾斜挡板与垂直挡板焊接在一起，三个观察窗均匀分布在倾斜挡板上。

供气系统主要是氩气供气瓶、供气板、气管，氩气供气瓶为等离子焊枪提供稳定的氩气气源，气瓶通过气管进入电气控制柜内的气路控制板上，通过电磁阀控制三路(离子气、送粉气、保护气)气体的通断，通过面板上的流量计控制各路气的流量，氩气纯度应为99.99％以上，减压阀低压端压力为0.2-0.4mpa。

本实用新型配置供水系统的冷冻式循环供水机，冷冻式循环供水机为堆焊机提供冷却水，降低机头前端的温度，并保证了等离子弧的稳定，为此水温应该控制在20-25℃之间

根据图2所示，电气控制柜主要包含主控制板、气路板、控制面板及连接线缆，控制面板安装于控制柜门板上，主控制板设置控制堆焊机操作工艺的可编程控制器plc控制单元，plc控制单元连接的指令开关和指示灯，方便人员操作，气路板和主控制板安装在控制柜内部，上方安装散热风扇，通过控制线缆与plc控制单元连接，plc控制单元连接二维数控系统，二维数控系统连接并驱动x轴电机、y轴电机以及所对应的伺服驱动器、步进驱动器，plc控制单元连接并控制送粉电机、z轴电机、转角电机以及所对应的伺服驱动器、步进驱动器，plc控制单元还连接并控制相关的堆焊电源、电源滤波器、断路器、开关电源、接触器、中间继电器、接线端子等低压电器控制元件，气路控制板主要是控制离子气、送粉气、保护气的电磁阀和其他气路元器件。操作面板上设置指示堆焊电源电压的数字表，调节三路气流量的浮子流量计，控制焊枪手动运动的指令开关，如十字开关及启动按钮，操作面板上还设置显示组成控制系统的各种控制元器件的指示灯，plc控制单元连接hmi触摸屏，实现人机界面交互控制。

电气控制柜为机电领域的技术人员常规技术手段，为完成本专利所要的功能，根据实际情况设计电路，以及控制软件，机电领域的技术人员很容易完成，故不再对相关内容进行赘述。

双悬臂双枪双数控等离子堆焊机的控制方法包括以下步骤：

(1)由操作人员根据工件堆焊工艺的具体要求，制定工艺方案，确定中部槽板不同区域的堆焊平面图形。

(2)操作人员可以用数控系统键盘手动编写g代码，或者在电脑上绘制cad图通过套料软件转换成g代码再导入数控系统，通过这两种方式，将需要堆焊的平面二维图形输入到数控系统中。

(3)操作人员通过人机界面配置相关工艺参数，包括堆焊电流(a)、堆焊电压(v)、堆焊速度(mm/min)、转弧电压(v)、离子气流量(l/min)、送粉气流量(l/min)、保护气流量(l/min)、送粉量(g/min)，再通过数控系统的启动按钮启动堆焊，数控系统与可编程控制器plc之间相互通讯，数控系统指挥焊枪的x-y轴按照设定的图形运行轨迹，plc按照预先设定的程序指挥各个组件完成等离子工艺的控制，达到堆焊要求。

所述自动堆焊的具体步骤如下：

①数控系统收到启动指令后，将信号同步给可编程控制器plc，开始堆焊前的准备：冷却水泵自动开启，制冷空调设置为自动温控模式，氩气瓶电磁阀开启，待系统检测到循环水，氩气，熔覆电源，堆焊耗材均正常后,plc将准备完成信号反馈给数控系统，从而进行下一步程序，如不正常plc输出相关错误报警，提醒操作人员注意；

②数控系统控制等离子焊枪延x-y轴方向，自动定位到堆焊起点，同时plc操控焊枪下降至起弧高度，等待起弧；

③plc按照程序将离子气，经过1-2s后打开非弧电源并开启高频引弧，待非弧正常点燃后，高频停止，同时，送粉气和保护气自动打开，延时数秒后送粉器开始供应合金粉末，同时转弧电源开启。

④待plc检测到等离子焊枪有转弧电流输入时，表示转弧成功起弧，同时反馈给数控系统，数控系统控制焊枪x-y轴开始按照规划的路径运动，plc则按照操作人员选定的工艺参数控制等离子焊枪的各项参数，从而完成堆焊。

⑤当堆焊图形快要完成时，数控系统发送停止信号给plc，运行停止程序：转弧电流衰减直至完全熄灭，电流下降到一定值时关闭送粉，转弧熄灭后，依次关闭送粉气，保护气，数控系统控制焊枪自动回到系统原点，待堆焊机头冷却到常温后，关闭冷却水泵。

本实用新型提供的双悬臂双枪双数控等离子堆焊机是在一个落地式水平滑轨上,安装了两套各自独立的悬臂式伸缩焊枪的数控立式操作机，这两套悬臂式伸缩焊枪的等离子堆焊机,配置了两套数控运行系统,可分别独立操控运行，也可联动运行，每套操作机,伸缩悬臂式焊枪(y向)与水平移动拖板(x向)构成平面数控运行系统,悬臂端头的焊枪可按照集中数控屏上设定的轨迹进行堆焊或焊接，并且每把悬臂式焊枪均可单独调节高度和焊枪的倾斜角度，能够更好地适应中部槽堆焊的恶劣的堆焊工况。

整个操控系统采用全数字化控制的plc控制单元连接，plc控制单元连接二维数控系统，并配备自检和报警系统，主要工艺参数由人机界面设定，数控系统可读取电脑自动生成的g代码，极大地方便了操作人员的使用与维护，是一种高效便捷具有很大发展潜力的等离子堆焊设备。

控制系统的创新点是：

1、将中部槽常用的堆焊图形及参数变为图库保存在数控系统中，操作者使用时可直接调出修改尺寸信息，极大的缩短了学习和编程时间，能够极大地满足中部槽板的堆焊工艺要求。

2、通过plc程序软件对堆焊工艺参数实现全数字化直接物理量的数码控制,精细的设定和精确的数据显示给操作者提供极大的方便和为确保堆焊质量创造了条件。本机程序软件和操作界面增加了智能功能,只要输入堆焊层设计参数和选择适宜的熔敷率,操作界面可自动给出成套工艺参数,也可在推荐的参数上予以调整,确认的成套工艺参数自动储存在资料库里,可随时查询和调用。

以上所述，仅为本实用新型专利的具体实施方式，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。