（优秀毕业全套设计）管道外圆自动焊接机结构设计（整套下载）

这种焊接机没有自动搜寻焊缝位置功能。

这就需要操作者必须观察焊接位置并调整焊枪。

如果操纵者操作不正确就会导致焊缝缺陷。

所以焊缝位置跟踪全自动焊接机就应运而生。

虽然我国管道事业发展较快，但具有自主知识产权的管道外圆自动焊机还比较少。

国内典型的管道自动焊机在吸收引进国外先进的自动焊机经验的基础上，国内些单位成功地研制开发出适用长输管道环焊缝施工的外圆自动焊机，其中以中国天然气集团公司工程技术研究院研制的Ⅱ型外圆自动焊机石油管道特种施工机具研究所研制的管道外圆自动焊机为代表。

Ⅱ型外圆自动焊机采用以直流脉宽调速为基础，位移传感检测闭环控制为核心的硬件控制电路，在管道外圆自动焊接过程中，焊接参数如电流电压焊速焊枪摆动速度摆动幅度两端停留时间，既可预先设定又可分别实时调节。

焊机的这特点使之更加适用长输管线现场组对的复杂情况，在坡口存在错边宽窄不等工况下，通过实时调节，均可获得优良的焊缝。

Ⅱ型外圆自动焊机主要用于中大口径管道外环焊缝热焊道填充焊道盖面焊道的焊接。

管道外圆自动焊机整套设备由焊接小车环形可拆卸轨道计算机自动控制柜手操作盒计算机和其他些辅助配件组成。

每台焊接工程车均具有根焊的功能热焊填充焊和盖面焊的功能。

.管道外圆自动焊接机总体结构设计.自动焊接机总体要求和技术指标管道全位置自动焊接就是在管道相对固定的情况下，借助于机械电气的方法，使焊接设备带动焊枪沿焊缝环绕管壁运动，从而实现自动焊接。

自动焊接机能够实现平焊立焊横焊和仰焊的全位置和大型管道的全位置焊接。

设计本自动焊接机应满足的基本要求是在满足预期功能的前提下，性能好效率高重量轻成本低，在预定使用期限内安全可靠操作方便维修简单和造型美观等。

管道全位置自动焊接机既要求结构紧凑，又要求控制准确，实现计算机控制的自动焊接是机电体化设计的高度集成。

本自动焊接机的主要技术指标如下行走机构速度范围调整递增量调整精度设定值的或中的最大值横向模块调整速度高度模块调整速度倾角模块调整速度夹角模块调整速度.送丝机构速度范围机械行程横向模块高度模块，并设有的手动调整范围倾角模块夹角模块自动焊接机总体方案的确定管道全位置自动焊接机是由机械系统和微机智能控制系统组成，机械系统是管道全位置自动焊接机的执行系统。

管道焊接工程现场施工都在野外作业，而且环境相对比较恶劣，般施工周期也比较长，为了满足现场要求，达到焊接质量和提高劳动效率，本设计自动焊接机要求重量轻体积小操作简单安装调试和维护方便，故本管道全位置自动焊接机采用模块化设计，包括焊接小车和轨道两部分，其中焊接小车包括以下模块行走机构横向调整机构高度调整机构倾角调整机构焊枪摆动机构送丝机构。

焊接小车通过夹紧机构安装在焊接轨道上，带动焊枪沿管壁外径作圆周运动，小车上的摆动机构横向与高度调整机构用以实现焊枪的横向摆动跟踪和上下移动。

送丝装置可外挂在焊接小车上，并与焊接小车绝缘，这样可方便换丝，提高工作效率。

整机主要部件采用强度高重量轻的铝合金加工而成，从而使整机重量轻并满足强度要求。

.管道外圆自动焊机的设计基本思路管道外圆自动焊机的设计采用以下基本思路焊接小车焊接小车带动焊枪自动行走，于其上可实现焊枪位置的上下左右调整以及焊枪角度调整。

导向轨道焊接小车依靠导向轨道实现自动行走。

轨道装拆简便易行，安装时定位准确。

焊接机械手焊接机械手夹持焊枪实现焊接。

拆装方便，稳定性好。

.小车行走机构基本工作原理行走机构采用齿轮传动方式。

由伺服电机驱动主齿轮旋转，再通过介轮与导轨上的齿啮合，导轨是固定于待焊管道的外径上，从而使行走小车沿管道外径滚动行走。

为了确保行走小车在导轨上行走时，始终与导轨端面平行，将其滚轮接触面轴向尺寸设计为与导轨上接触面宽度尺寸相同，并为间隙配合方式。

这样旦导轨与待焊管道的坡口位置确定，行走小车也相对坡口位置固定。

夹紧机构用以使行走小车与导轨动态连接布起。

如图所示，夹紧机构上的压紧轴将压紧轮和滑块与车体连接，再通过螺母和定位套将高度尺寸固定，使之成为个组件，用紧定螺钉通过挡板块顶住滑块，从而使滑块带动压紧轮做轴向运动，进而使它与导轨端面的内锥面始终处于压紧状态。

图夹紧机构示意图行走机构车体设计要点小车有前后两套滚轮在导轨上同时滚动，假设后面套滚轮是与导轨紧密接触的，那么前面套滚轮就有可能离开导轨滚动面因为三点确定个平面，基于这点分析，安装前轮部分的车体设计为活动车体，如图所示。

当前轮确实没有与导轨滚动面接触时，可以调整前轮部分的活动车体，从而使前后轮都接触良好，既保证齿轮间隙，又满足设计要求。

图行走机构示意行走机构滚动组件的设计要点为便于装配，小车行走机构的滚动组件采取图所示的结构形式。

这样在组装时，可首先将滚轮滚轮轴间隔套及侧轴承装配成个组件，将另侧轴承饢在车体上，然后，对准轴承孔将其组件压入注意滚轮的最大直径不能超过轴承的外径。

采用这种装配方式，容易保证前后轮的位置精度避免对车体的轴承仓造成损坏车体的材料选定为铝合金降低了劳动强度简化了装配工艺。

图行走机构滚动组件示意.焊丝送进机构般可分为两轮送进机构和四轮送进机构，由于受整体空间的限制，采用两轮送丝机构。

陔机构主要南送丝电机压紧机构焊丝导向管等组成。

其工作原理为送丝电机驱动主送丝轮及其主齿轮旋转，通过主从动卤轮啮合传到压紧轮上，焊丝经导向管从两轮之间通过，使进入焊枪的焊丝被修整得比较直，以便在焊接过程中不会出现卡丝现象。

焊丝送进机构如图所示。

图焊丝送进结构示意根据焊接工艺要求，般送丝速度．初步选送丝电机输入转速额定功率假定走丝轮直径则减速箱减速比．电机说明书上所配减速箱的减速比比较接近的规格只有和。

若选用的减速箱，则实际送丝速度．，满足使用要求。

.焊枪摆动机构焊枪的摆动机构主要由个摆动中心传感器个高速步进电机驱动滑块机构和焊枪夹持机构组成。

其性能的好坏将直接影响焊缝的成形。

根据焊接工艺要求，焊枪摆动到两端时必须有定的停留时间，停留时间很短般为．。

摆动机构实际上是个带间歇的往复直线运动的机构，采用高速电机驱动控制技术，此间歇是由电机控制实现。

摆动机构的传动原理为将高速步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，由于电机止口通过机座固定于行走小车上，故丝杠旋转而滑块通过丝杠螺母作轴向直线运动，焊枪夹持机构与滑块相连，从而实现焊枪的摆动运动。

根据预先设定焊枪的摆幅为，则确定滑块的有效行程为。

.焊接轨道轨道沿管子外圆周装卡在管口处，其作用为支承焊接小车导向并利用齿轮传动原理使焊接小车运动。

轨道装卡在管子上，是焊接小车行走和定位的专用机构。

因此轨道的结构直接影响到焊接小车行走的平稳度和位置度，进而也就影响到焊接质量，轨道的结构应满足下列要求装拆方便，易于定位结构合理，重量较轻有定的强度和硬度，耐磨，耐腐蚀。

目前，国内外的轨道设计不外乎两种刚性轨道和柔性轨道。

刚性轨道是指轨道的本体刚度较大，不易变形。

柔性轨道则是相对刚性轨道而言。

刚性轨道定位准确，装卡时变形小，可以确保焊接小车行走平稳，焊接时焊枪径向调整较小，但重量较大，装拆不方便。

而柔性轨道装拆方便，重量较轻，精度相对而言没有刚性轨道高。

焊接小车与轨道的传动方式有齿轮传动链传动摩擦传动。

般链传动由于链的抖动而造成运动的平稳性不好而摩擦传动不能保证定比传动，容易丢转。

这两种传动均不能满足要求，所以以使用齿轮传动为宜。

在具体结构设计时，可以将轨道上的齿加工成侧齿，这样相当于齿轮齿条传动，还可以将其加工成外齿，轨道就如同个直径较大的固定齿轮。

基于上述分析和实际工程需要，选择柔性轨道较为适宜，传动方式选择齿轮齿条侧齿传动。

这样，轨道上的侧齿易于加工与安装，也与行走机构的方案选择相吻合。

以上设计均是依据结构功能作出的。

本研究设计的轨道采用分体式环形轨道，其结构形式如图示。

轨道是装卡在管子上供焊接小车行走和定位的专用机构，因此轨道的结构直接影响到焊接小车行走的平稳性和位置度，从而影响到焊接质量。

为此轨道的基本要求是装拆方便易于定位结构合理质量轻有定的强度和硬度，耐磨耐腐蚀。

轨道通过对称的三个定位块支撑在待焊管径上，行走小车通过齿轮啮合使滚轮卡在导轨上，以保证焊圆管同心，又为了适应不同的管径。

轨道由两个半环组成，其连接方式如图所示。

考虑到两个半环组对时定位必须准确，分别在结合面处距离两端面轴向距离的圆周上制作有定位销，分别在距两端丽轴向距离的圆周上用内六角螺钉连接。

这样既易于加工，又保证装卡方便。

图轨道结构简图.行走机构的设计计算最大行走速度平均焊接速度等效负载转矩计算图行走机构示意简图按整个焊接小车全部质量施加于行走齿轮考虑行走齿轮为齿，模数为.。

分度园直径为因此，焊接小车的重力矩为摩擦力情况当行走小车处于水平位置时摩擦阻力主要来源于四个支撑在轨道体上的支撑轮。

滚动摩擦系数为.，轨道本体宽度为，那么滚动摩擦负载转矩为美国见塞德公司生产的减速器，其恒定转矩为•，转动惯量为，效率为，减速比因此换算到电动机轴上的等效负载转矩为等效转动惯量的计算由于焊接小车的行走齿轮与齿圈啮合实际上等效于焊接小车上的行走齿轮固定不动，而驱动质量为的齿条。

那么此时，当量齿圈的转动惯量计算方法如下行走齿轮的周长，由于减速比为，电机每转圈，行走齿轮转.圈，其线位移为，根据线位移脉冲当量的定义可知，电机旋转周，齿条前进的位移为因此焊接小车的等效转动惯量为根据动能定律，换算到电机轴上的等效转动惯量为而与电机直联的减速器转动惯量因此换到电机轴上的等数转动惯量为焊接小车行走机构的机械传动常用的机械传动部件有螺旋运动齿轮传动同步带高