本发明公开了一种U形肋板单元自动组装定位焊接系统,包括一对平行设置的钢轨、在钢轨上移动的龙门框架,两根钢轨之间铺设组装平台;所述龙门框架包括上横梁、下横梁、四根立柱和两个走行梁,上横梁和下横梁分别固定在前面的两根立柱之间,两个走行梁的底部各设置一个龙门走行;上横梁上设有可移动的焊接系统;下横梁上设有可移动的二维可调定位压紧系统。本发明将二维可调定位压紧系统与打磨除尘系统、机器人焊接系统相结合,实现了U形肋板单元待焊接区域的打磨除尘、U形肋定位、压紧以及机器人定位焊的全自动化控制为一体,本发明具有正交异性桥板单元U形肋组装精度高、自动组装生产效率高、焊缝质量稳定的优点。
1.U形肋板单元自动组装定位焊接系统,包括一对平行设置的钢轨(1)、在钢轨(1)上移动的龙门框架,两根钢轨(1)之间铺设组装平台(7);所述龙门框架包括上横梁(2-1)、下横梁(2-4)、四根立柱(2-2)和两个走行梁(2-3),上横梁(2-1)和下横梁(2-4)分别固定在前面的两根立柱(2-2)之间,两个走行梁(2-3)的底部各设置一个龙门走行(8);其特征在于:上横梁(2-1)上设有可移动的焊接系统;下横梁(2-4)上设有可移动的二维可调定位压紧系统;所述二维可调定位压紧系统包括固定托架(5-1)、U形滑动卡板(5-2)、卡板导向板(5-3)、导向压板(5-4)、联轴件(5-5)、齿轮组件(5-6)、定位油缸(5-7);上部的固定托架(5-1)和下部的卡板导向板(5-3)用螺栓联接成一体,通过齿轮和用螺栓联接在龙门框架上的齿条的啮合,用手轮转动,使之在下横梁(2-4)上的滑道上作横向移动,达到组装板单元时需要的横向位置;卡板导向板(5-3)和导向压板(5-4)组成导向槽,U形滑动卡板(5-2)的U形口向下设置在导向槽内;定位油缸(5-7)竖直栓接在固定托架(5-1)上方,其活塞杆竖直向下,依次联接联轴件(5-5)、轴和U形滑动卡板(5-2),推动U形滑动卡板(5-2)完成定位;当定位油缸(5-7)的活塞杆(5-8)运动时,通过联轴件(5-5)和轴,牵引U形滑动卡板(5-2)在导向槽内上下滑动,压紧定位U形肋。
2.根据权利要求1所述的U形肋板单元自动组装定位焊接系统,其特征在于:所述龙门走行(8)设在走行梁(2-3)的一端,包括走行轮及轮轴,通过轴承和轴承架与走行梁(2-3)联接;还包括变速箱及电动机,由电动机联接变速箱输入轴旋转,变速箱输出端法兰与走行梁(2-3)联接,变速箱输出轴联接轮轴,由电机带动走行轮使龙门框架沿钢轨(1)行走。
3.根据权利要求1所述的U形肋板单元自动组装定位焊接系统,其特征在于:所述走行梁(2-3)与钢轨(1)之间设有夹轨装置(4),用于在二维可调定位压紧系统上方油缸下压之前,用来先夹紧钢轨(1),以避免整个机床脱离钢轨(1)而悬浮起来;夹轨装置(4)包括夹轨油缸(4-1)和夹口件(4-2),夹轨油缸(4-1)用螺栓固定在两侧走行梁(2-3)的同向端头上方,夹口件(4-2)的施力端联接上方夹轨油缸(4-1)的活塞杆,转轴固定在走行梁(2-3)端头,夹口的张合由走行梁(2-3)上方的油缸活塞杆拉动,夹口对准钢轨(1)轨腰。
4.根据权利要求1所述的U形肋板单元自动组装定位焊接系统,其特征在于:在龙门框架后面的两根立柱(2-2)之间设有打磨除尘系统;所述打磨除尘系统包括两组轮式钢丝刷(6-1),分左右交错布置,轮式钢丝刷(6-1)固定在长轴(6-2)上,长轴(6-2)的两端设有固定托架(6-3),中间设有辅助托架,内装轴承,托架和龙门框架螺栓联接;长轴(6-2)的一端伸出托架(6-3),和减速箱(6-4)的输出端联接,减速箱(6-4)的输入端联接电动机(6-5),实现旋转;在轮式钢丝刷(6-1)的上方扣有一个大吸尘罩(6-6),吸尘罩(6-6)的两端栓接在龙门框架上;吸尘罩(6-6)的上口设有电动机带动的吸风扇,其基座与龙门框架栓接;再上是联接两根管道(6-7),通到烟尘净化器(6-8)中。
5.根据权利要求1所述的U形肋板单元自动组装定位焊接系统,其特征在于:所述上横梁(2-1)上方设有薄钢板平铺的人行走台(12),用于承载操作人员、液压系统和电控系统(11);液压系统包括液压站(10)以及在液压站(10)与油缸之间输送压力油的管路;电控系统(11)包括全部工作电源和程序控制电路以及各种电器配件。
6.根据权利要求1所述的U形肋板单元自动组装定位焊接系统,其特征在于:所述焊接系统由焊接电源、送丝机、横移支架(3-1)、焊接机头、焊接机械手(3-2)组成;所述上横梁(2-1)上设有横向的滑道,横移支架(3-1)安装在滑道上,通过安装在横移支架(3-1)上的程序控制电机,带动齿轮啮合齿条作横向往复移动,齿条与滑道平行,并栓接在滑道的一侧;其它各部都固定在横移支架(3-1)上;焊接机械手(3-2)由自动程序电路控制,对焊点实施焊接。技术领域
本发明涉及大型桥梁钢结构焊接技术领域,具体涉及一种专门用于组装焊接U形肋板单元的自动组装定位焊接系统。
背景技术
在我国的大型钢结构桥梁中,有一种叫做箱型结构的桥梁,其结构是顺桥向四周都是钢结构体,中间被多层横隔板隔为一段段空间,整体结构象一个巨形的长箱子,故为箱型结构。其制造过程是由若干个板单元,焊接成桥梁段,再由桥梁段对接组装焊接成大桥的钢结构整体。板单元是箱型结构的最基本的结构单元,它有若干种,其中很常见的一种,也是制造难度较大的一种就是U形肋板单元,其结构示意图见图1和图2,它由桥面板14和焊接在桥面板14上的多个U形肋15组成,它主要是构成箱型梁的上桥面和下桥面,有些桥梁两侧腹板处也有分布。长期以来,U形肋板单元的制造方式是人工辅助以简单工装进行组装焊接,这种生产方式存在的问题是U形肋间距精度差,U形肋间平行度差,不能保证与面板密贴。同时还存在效率低,劳动强度大,同时,暴露式除锈垢方式造成锈垢尘弥漫,使工作环境恶劣等诸多问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单,能使工作效率和产品质量得到显著提高的多功能U形肋板单元自动组装定位焊接系统。为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:U形肋板单元自动组装定位焊接系统,包括一对平行设置的钢轨、在钢轨上移动的龙门框架,两根钢轨之间铺设组装平台;所述龙门框架包括上横梁、下横梁、四根立柱和两个走行梁,上横梁和下横梁分别固定在前面的两根立柱之间,两个走行梁的底部各设置一个龙门走行;上横梁上设有可移动的焊接系统;下横梁上设有可移动的二维可调定位压紧系统。其中,所述龙门走行设在走行梁的一端,包括走行轮及轮轴,通过轴承和轴承架与走行梁联接;还包括变速箱及电动机,由电动机联接变速箱输入轴旋转,变速箱输出端法兰与走行梁联接,变速箱输出轴联接轮轴,由电机带动走行轮使龙门框架沿钢轨行走。其中,所述走行梁与钢轨之间设有夹轨装置,用于在二维可调定位压紧系统上方油缸下压之前,用来先夹紧钢轨,以避免整个机床脱离钢轨而悬浮起来;夹轨装置包括夹轨油缸和夹口件,夹轨油缸用螺栓固定在两侧走行梁的同向端头上方,夹口件的施力端联接上方夹轨油缸的活塞杆,转轴固定在走行梁端头,夹口的张合由走行梁上方的油缸活塞杆拉动,夹口对准钢轨轨腰。其中,在龙门框架后面的两根立柱之间设有打磨除尘系统;所述打磨除尘系统包括两组轮式钢丝刷,分左右交错布置,轮式钢丝刷固定在长轴上,长轴的两端设有固定托架,中间设有辅助托架,内装轴承,托架和龙门框架螺栓联接;长轴的一端伸出托架,和减速箱的输出端联接,减速箱的输入端联接电动机,实现旋转;在轮式钢丝刷的上方扣有一个大吸尘罩,吸尘罩的两端栓接在龙门框架上;吸尘罩的上口设有电动机带动的吸风扇,其基座与龙门框架栓接;再上是联接两根管道,通到烟尘净化器中。其中,所述上横梁上方设有薄钢板平铺的人行走台,用于承载操作人员、液压系统和电控系统;液压系统包括液压站以及在液压站与油缸之间输送压力油的管路;电控系统包括全部工作电源和程序控制电路以及各种电器配件。其中,所述焊接系统由焊接电源、送丝机、横移支架、焊接机头、焊接机械手组成;所述上横梁上设有横向的滑道,横移支架安装在滑道上,通过安装在横移支架上的程序控制电机,带动齿轮啮合齿条作横向往复移动,齿条与滑道平行,并栓接在滑道的一侧;其它各部都固定在横移支架上;焊接机械手由自动程序电路控制,对焊点实施焊接。其中,所述二维可调定位压紧系统包括固定托架、U形滑动卡板、卡板导向板、导向压板、联轴件、齿轮组件、定位油缸;上部的固定托架和下部的卡板导向板用螺栓联接成一体,通过齿轮和用螺栓联接在龙门框架上的齿条的啮合,用手轮转动,使之在下横梁上的滑道上作横向移动,达到组装板单元时需要的横向位置;卡板导向板和导向压板组成导向槽,U形滑动卡板的U形口向下设置在导向槽内;定位油缸竖直栓接在固定托架上方,其活塞杆竖直向下,依次联接联轴件、轴和U形滑动卡板,推动U形滑动卡板完成定位;当定位油缸的活塞杆运动时,通过联轴件和轴,牵引U形滑动卡板在导向槽内上下滑动,压紧定位U形肋。采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明具有正交异性桥板单元U形肋组装精度高、自动组装生产效率高、焊缝质量稳定的优点,具有很强的针对性。本发明所涉及的技术方案是建立在系统完整的机构功能配置和焊接试验研究的基础之上,具有充分的客观性和合理性。本发明将二维可调定位压紧系统与打磨除尘系统、机器人焊接系统相结合,实现了U形肋板单元待焊接区域的打磨除尘、U形肋定位、压紧以及机器人定位焊的全自动化控制为一体,在国内和国际钢桥制造领域首次提出,并进行了试验研究,在同行业技术领先,构思独特、巧妙,具有创造性和先进性。由于采用了焊接机器人进行U形肋角焊缝自动定位焊技术,钢桥U形肋角焊缝的定位焊缝的焊接质量具有很大改善,生产效率明显提高,实用性强,具有很高的经济效益和社会效益。本发明解决了前面提到的原来生产方式所有的问题与不足,使桥梁制造中U形肋板单元的生产方式有了质的提高。本发明中除了用于板单元U形肋自动组装以外,还适用于类似板单元结构的组装和定位焊,适用性强,可以在船舶钢结构、机械钢结构、建筑钢结构等钢结构制造领域推广应用,适用范围广。
附图说明
图1是U形肋板单元的结构示意图;图2是图1的俯视图;图3是本发明的结构示意图;图4是图3的B向视图;图5是图4的C向视图;图6是图5的A向视图;图7是二维可调定位压紧系统的放大图;图中,1、钢轨,2-1、上横梁,2-2、立柱,2-3、走行梁,2-4、下横梁,3-1、横移支架,3-2、焊接机械手,4-1、夹轨油缸,4-2、夹口件,5-1、固定托架,5-2、U形滑动卡板,5-3、卡板导向板,5-4、导向压板,5-5、联轴件,5-6、齿轮组件,5-7、定位油缸,5-8、活塞杆,6-1、轮式钢丝刷,6-2、长轴,6-3、固定托架,6-4减速箱,6-5、电动机,6-6、吸尘罩,6-7、管道,6-8、烟尘净化器,7、组装平台,8、龙门走行,9、地基,10、液压站,11、电控系统,12、人行走台,14、桥面板,15、U形肋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。如图3至图6,本发明的U形肋板单元自动组装定位焊接系统包括一对平行设置的钢轨1、在钢轨1上移动的龙门框架,两根钢轨1之间铺设组装平台7;龙门框架包括通过螺栓固定联接的上横梁2-1、下横梁2-4、四根立柱2-2和两个走行梁2-3,上横梁2-1和下横梁2-4分别固定在前面的两根立柱2-2之间,两个走行梁2-3的底部各设置一个龙门走行8;上横梁2-1上设有可移动的焊接系统;走行梁2-3与钢轨1之间设有夹轨装置,下横梁2-4上设有可移动的二维可调定位压紧系统;后面的两根立柱2-2之间设有打磨除尘系统。上横梁2-1上方设有薄钢板平铺的人行走台12,用于承载操作人员、液压系统和电控系统11;液压系统包括液压站10以及在液压站10与油缸之间输送压力油的管路;电控系统11包括全部工作电源和程序控制电路以及各种电器配件。焊接系统由焊接电源、送丝机、横移支架3-1、焊接机头和焊接机械手3-2组成;上横梁2-1上设有横向的滑道,横移支架3-1安装在滑道上,通过安装在横移支架3-1上的程序控制电机,带动齿轮啮合齿条作横向往复移动,可准确到达各焊接位置,齿条与滑道平行,并栓接在滑道的一侧;其它各部都固定在横移支架3-1上;焊接机械手3-2由自动程序电路控制,是焊接系统终端,对焊点实施焊接。焊接机械手3-2的多维联动,使焊接系统终端精确定位,由机械手本身的伺服电机及传感器控制。龙门走行8设在两个走行梁2-3的一端,包括走行轮及轮轴,通过轴承和轴承架与走行梁2-3联接;还包括变速箱及电动机,由电动机联接变速箱输入轴旋转,变速箱输出端法兰与走行梁2-3联接,变速箱输出轴联接轮轴,由电机带动走行轮使龙门框架沿钢轨1行走。夹轨装置用于在二维可调定位压紧系统上方油缸下压之前,用来先夹紧钢轨1,以避免整个机床脱离钢轨1而悬浮起来;夹轨装置共四套,包括夹轨油缸4-1和夹口件4-2,夹轨油缸4-1用螺栓固定在两侧走行梁2-3的同向端头上方,夹口件4-2的施力端联接上方夹轨油缸4-1的活塞杆,转轴固定在走行梁2-3端头,夹口的张合由走行梁2-3上方的油缸活塞杆拉动,夹口对准钢轨1轨腰。二维可调定位压紧系统包括固定托架5-1、U形滑动卡板5-2、卡板导向板5-3、导向压板5-4、联轴件5-5、齿轮组件5-6、定位油缸5-7;上部的固定托架5-1和下部的卡板导向板5-3用螺栓联接成一体,通过齿轮和用螺栓联接在龙门框架上的齿条的啮合,用手轮转动,使之在下横梁2-4上的滑道上作横向移动,达到组装板单元时需要的横向位置;卡板导向板5-3和导向压板5-4组成导向槽,U形滑动卡板5-2的U形口向下设置在导向槽内;定位油缸5-7竖直栓接在固定托架5-1上方,其活塞杆竖直向下,依次联接联轴件5-5、轴和U形滑动卡板5-2,推动U形滑动卡板5-2完成定位;当定位油缸5-7的活塞杆5-8运动时,通过联轴件5-5和轴,牵引U形滑动卡板5-2在导向槽内上下滑动,压紧定位U形肋。上述焊接系统和二维可调定位压紧系统都设置在龙门框架前进方向的正面;打磨除尘系统设置在龙门框架前进方向的背面,即龙门框架后面的两根立柱之间的一道横梁上。打磨除尘系统包括两组轮式钢丝刷6-1,分左右两部分,前后平行但不同轴的交错布置,其中,轮式钢丝刷6-1固定在长轴6-2上,长轴6-2的两端设有固定托架6-3,中间设有辅助托架,内装轴承,托架和立柱2-2螺栓联接;长轴6-2的一端伸出托架6-3,和减速箱6-4的输出端联接,减速箱6-4的输入端联接电动机6-5,实现旋转;在轮式钢丝刷6-1的上方扣有一个大吸尘罩6-6,吸尘罩6-6的两端栓接在立柱2-2上;吸尘罩6-6的上口设有电动机带动的吸风扇,其基座与立柱2-2栓接;再上是联接两根管道6-7,通到烟尘净化器6-8中。本发明的工作过程是:将本系统停到组装平台7的起始端,让桥面板14在组装平台7上就位,根据U形肋15应焊接的焊缝位置,首先调整并开启打磨除尘系统6工作,龙门框架沿着钢轨1徐徐前进,直到本系统行进到到组装平台7的另一端,这时,在桥面板14上已经清除出数道无尘无锈垢长条表面,形成U形肋的待焊接区域及组装定位线;将二维可调定位压紧系统的U形滑动卡板5-2的间距尺寸调整到位,再将数根U形肋15分别放到桥面板14上的多道待焊接区域上,U形肋15的端头对齐纵向组装定位线,启动龙门走行稍作行走,使U形滑动卡板5-2下移卡压住U形肋15的一端定位,检查无误后,启动自动程序,则二维可调定位压紧系统、龙门走行、夹轨装置、焊接系统和相关液压系统开始连续工作,直至U形肋板单元完成组装焊接。本发明解决了前面提到的原来生产方式所有的问题与不足,使桥梁制造中U形肋板单元的生产方式有了质的提高。