具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有较大操作空间横梁固定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，焊接装置包括焊接支架、主轴安装架和主轴；焊接支架包括左右对称的两个侧板II，两个侧板II通过前后两个横梁固接在一起，两个横梁和左右两个侧板II形成框架结构；主轴安装架滑动连接在焊接支架内；主轴安装在主轴安装架内，主轴包括主轴双作用液压缸和焊接轴，主轴双作用液压缸包括固定在主轴安装架内的缸筒，在主轴双作用液压缸的缸筒内设有筒状活塞，在活塞内支撑有焊接轴，焊接轴的上端通过联轴器与液压马达连接，液压马达固定在活塞的上端，焊接轴的下端固接有塞棒。本发明的可操作空间大，工作范围大。
【专利说明】
具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机
技术领域
[0001]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固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]综上所述，上述装备的局限性在于:设备留给潜水员手动操作空间小，从而导致水下作业效率低下；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。
【发明内容】
[0007]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固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机。
[0008]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固定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、主轴安装架和主轴;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通过前后对称布置的两个横梁固接在一起，两个所述横梁和左右两个所述侧板II形成框架结构;所述主轴安装架滑动连接在焊接支架内；所述主轴安装在所述主轴安装架内，所述主轴包括主轴双作用液压缸和焊接轴，所述主轴双作用液压缸包括固定在所述主轴安装架内的缸筒，在所述主轴双作用液压缸的缸筒内设有筒状活塞，在所述活塞内支撑有所述焊接轴，所述焊接轴的上端通过联轴器与液压马达连接，所述液压马达固定在所述活塞的上端，所述焊接轴的下端固接有塞棒。
[0009]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。
[0010]在每一个所述固定支撑结构与所述侧板Π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Π，在所述侧板Π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Π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。
[0011 ]所述主轴安装架设有上板和下板，所述主轴安装架上板位于所述横梁的上方，所述主轴安装架下板位于所述横梁的下方;在所述横梁的上表面和所述主轴安装架上板的下表面之间设有4个间隙调节结构，每个所述间隙调节结构包括左右对称布置的楔形块I，在每个所述楔形块I上均设有一个与其适配的楔形块Π，所述楔形块Π滑动配合在所述横梁上，在所述楔形块Π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。
[0012]所述主轴安装架设有上板和下板，所述主轴安装架上板位于所述横梁的上方，所述主轴安装架下板位于所述横梁的下方;在所述主轴的高度方向固接有抗扭导向结构，所述抗扭导向结构包括左右对称设置的两块导向板，所述导向板的上端固接在所述主轴的上端，所述导向板的下端固接在所述主轴的下端，所述导向板与限位块滑动连接，所述限位块固接在所述主轴安装架上板和主轴安装架下板上。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]本发明具有的优点和积极效果是:
[0016]I)通过运用长行程主轴使得横梁和管道表面的距离增大，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。
[0017]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适应性。
[0018]3)主轴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。
[0019]4)横梁和焊接支架之间采用固定连接方式，使得整个焊接装置动静态性能更加优良，使得裂纹修复效果更好。
【附图说明】
[°02°]图1为本发明的结构不意图之一；
[0021]图2为本发明的结构示意图之二；
[0022]图3为本发明的夹紧机构安装在机架上的结构示意图；
[0023]图4为本发明的焊接支架结构示意图；
[0024]图5为本发明的主轴结构示意图；
[0025]图6为本发明的主轴、X向双作用杆液压缸安装在主轴安装架上的结构示意图；
[0026]图7本发明的X向双作用杆液压缸结构示意图；
[0027]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；
[0028]图9为本发明的抗扭导向结构安装在主轴安装架上的结构示意图；
[0029]图10为本发明的间隙调节结构的结构示意图。
[0030]图中:1、机架，11、固定支撑结构，111、侧板I，2、夹紧机构，21、弧形固定块，22、夹紧臂，23、夹紧液压缸驱动，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、横梁，42主轴安装架，421、主轴安装架上板、422、主轴安装架下板、43、主轴，431、主轴双作用液压缸，432、焊接轴，433、缸筒，434、活塞，435、联轴器，436、液压马达，437、塞棒。5、管道;7、X向双作用杆液压缸，71、传动座，72、缸筒，73、活塞杆，8、抗扭导向结构，81、限位块，82、导向板，9、间隙调节结构，91、楔形块I，92、楔形块Π，93、压板，94、垫片组。
【具体实施方式】
[0031]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:
[0032]请参阅图1?图10，一种具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，包括机架I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。
[0033]所述焊接装置4包括焊接支架41、主轴安装架42和主轴43;所述焊接支架41包括左右对称的两个侧板II 411，两个所述侧板II 411通过前后对称布置的两个横梁412固接在一起，两个所述横梁412和左右两个所述侧板II411形成框架结构;所述主轴安装架42滑动连接在焊接支架41内。
[0034]所述主轴43安装在所述主轴安装架42内。所述主轴43包括主轴双作用液压缸431和焊接轴432，所述主轴双作用液压缸431包括固定在所述主轴安装架42内的缸筒433，在所述主轴双作用液压缸的缸筒433内设有筒状活塞434，在所述活塞434内支撑有所述焊接轴432，所述焊接轴432的上端直接通过联轴器435与液压马达436连接，液压马达436固定在所述活塞434的上端，所述焊接轴432的下端固接有塞棒437。
[0035]通过采用液压马达436与叠焊轴432直接相连的结构，使本发明的主轴43具有较长的行程。管道修复过程需要的Z向行程能够完全由主轴43自身行程实现，从而使得整个设备从横梁412的下端面与管道表面之间的距离增大，从而增大了潜水员在水下作业的操作空间。
[0036]在本实施例中，为了增加主轴安装架42的稳定性，所述主轴安装架42设有上板和下板，所述主轴安装架上板421位于所述横梁412的上方，所述主轴安装架下板422位于所述横梁412的下方。
[0037]本发明为了提高所述叠焊装置的抗扭性能，在所述主轴的高度方向固接有抗扭导向结构8，所述抗扭导向结构8包括左右对称设置的两块导向板82，所述导向板82的上端固接在主轴顶端，所述导向板82的下端固接在所述主轴43的下端，所述导向板82与限位块81滑动连接，所述限位块81固接在主轴安装架上板421和主轴安装架下板422上。
[0038]在本实施例中，为了提高叠焊装置X向的运行精度，在所述横梁412的上表面和所述主轴安装架上板421的下表面之间设有4个间隙调节结构9，每个所述间隙调节结构9包括左右对称布置的楔形块191，在每个所述楔形块191上均设有一个与其适配的楔形块Π92。所述楔形块Π 92滑动配合在所述横梁412上，在所述楔形块Π 92的大端设有与其垂直固接的压板93，在所述压板93与相应的所述楔形块191的小端之间设有垫片组94，所述压板93、所述垫片组94和所述楔形块191采用螺栓连接在一起。
[0039]在本实施例中，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I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，每个所述固定支承结构11设有内外两个侧板1111，在两个所述侧板Illl之间设有一个所述夹紧机构2。
[0040]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Illl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。
[0041]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。
[0042]在本实施例中，为了扩大焊接范围，所述主轴安装架42与传动座71，所述传动座固定在X向双作用杆液压缸7的缸筒72上，所述X向双作用杆液压缸的活塞杆73沿X向布置并安装在所述焊接支架41上。
[0043]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Π 411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Π411，在所述侧板Π411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Π411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I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。
[0044]在发现并定位水下管状物裂纹后，通过机架I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43的姿态。根据焊接的深度和焊接刀具的长度，通过给主轴双作用液压缸431供油，使活塞434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。
[0045]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。
【主权项】
1.一种具有较大操作空间横梁固定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，其特征在于， 所述焊接装置包括焊接支架、主轴安装架和主轴;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通过前后对称布置的两个横梁固接在一起，两个所述横梁和左右两个所述侧板II形成框架结构;所述主轴安装架滑动连接在焊接支架内； 所述主轴安装在所述主轴安装架内，所述主轴包括主轴双作用液压缸和焊接轴，所述主轴双作用液压缸包括固定在所述主轴安装架内的缸筒，在所述主轴双作用液压缸的缸筒内设有筒状活塞，在所述活塞内支撑有所述焊接轴，所述焊接轴的上端通过联轴器与液压马达连接，所述液压马达固定在所述活塞的上端，所述焊接轴的下端固接有塞棒。2.根据权利要求1所述的具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，其特征在于，在每一个所述固定支撑结构与所述侧板Π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Π，在所述侧板Π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Π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。4.根据权利要求1所述的具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，其特征在于，所述主轴安装架设有上板和下板，所述主轴安装架上板位于所述横梁的上方，所述主轴安装架下板位于所述横梁的下方;在所述横梁的上表面和所述主轴安装架上板的下表面之间设有4个间隙调节结构，每个所述间隙调节结构包括左右对称布置的楔形块I，在每个所述楔形块I上均设有一个与其适配的楔形块Π，所述楔形块Π滑动配合在所述横梁上，在所述楔形块Π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。5.根据权利要求1所述的具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，其特征在于，所述主轴安装架设有上板和下板，所述主轴安装架上板位于所述横梁的上方，所述主轴安装架下板位于所述横梁的下方;在所述主轴的高度方向固接有抗扭导向结构，所述抗扭导向结构包括左右对称设置的两块导向板，所述导向板的上端固接在所述主轴的上端，所述导向板的下端固接在所述主轴的下端，所述导向板与限位块滑动连接，所述限位块固接在所述主轴安装架上板和主轴安装架下板上。6.根据权利要求1所述的具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，其特征在于，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。7.根据权利要求1所述的具有较大操作空间横梁固定型全液压驱动数控摩擦叠焊机，其特征在于，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。
【文档编号】B23K20/26GK106077943SQ201610487751
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】陈永亮, 刘玉坤, 刘德帅
【申请人】天津大学