技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
焊接用自动化装置，特别是一种钻井平台桩腿齿条与半圆板内角焊自动化装置。
背景技术
[0002] 随着全球
能源危机的日趋加剧，世界各国加大海洋石油（
天然气）和
风电等能源开采战略，急需
海洋能源工程装备和石油钻井平台等来保证国家能源的安全。
[0003] 自升式平台是海洋能源开采的重要装备之一，抬升桩腿是平台安全作业重要的核心部件，其中，焊接制造是平台建造的关键。
[0004] 目前，我国海洋平台桩腿齿条半圆板焊接，依然采用内部做
衬垫、外部人工打底的焊接方式。
[0005] 按照现有的焊接工艺要求，半圆板打底焊是必须将
底板衬垫融透，焊接时容易造成焊接
缺陷，焊接
质量稳定性差。焊接时整根齿条需要预热到250℃，高温和吊装时的碰撞都容易造成衬垫脱落，影响焊接进度并造成巨大的能源浪费；高温的环境对
工件的吊装和工人焊接造成极大的困难和不安全因素，生产效率低，工人劳动强度大。
发明内容
[0006] 本发明的内容在于提供一种利于方便焊接和装卡的钻井平台桩腿齿条与半圆板内角焊自动化装置。
[0007] 本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种钻井平台桩腿齿条与半圆板内角自动化焊接装置，包括焊接变位机，悬臂焊接系统，焊接变位机包括主动
力装置和从动力装置，主动力装置和从动力装置两者同轴设置，主动力装置中的支座和从动力装置中的支座分别呈带敞口端的C型结构，主动力装置中的驱动
电机与主动
齿轮连接，主动齿轮与C型齿圈连接，支座与C型齿圈的弧度大小一致，C型齿圈的外缘与托轮相
接触；从动力装置的支座上装有滚轮，滚轮与变位机行走
导轨滑动配合；支座上装有对齿条半圆板外缘进行压紧的侧压紧结构；支座的敞口端铰接有上压紧旋臂，对称中心上装有手动调节装置；从动力装置的支座底部装有行走装置中的滚轮，滚轮置于变位机行走导轨上，行走装置由电机驱动滚轮，滚轮置于变位机行走导轨上并与导轨滑动连接；行走装置的前端装有导向组件；悬臂焊接系统置于焊接变位机主动力装置的一侧，悬臂焊接系统包括
焊枪总成、横臂和
送丝机；横臂
支撑在纵向滑座上，纵向滑座安装在横向滑座上，横臂前端连接焊枪总成，横臂尾端端连接送丝机。
[0009] 采用上述技术方案的本发明与
现有技术相比，能够有效提高焊接质量，减少工人劳动强度，提高了工作效率，也消除了因高温环境对工人的安全隐患。
[0010] 本发明的优选方案是：
[0011] 上压紧旋臂呈对称状结构；手动调节装置是手动调节
丝杠，上压紧旋臂与支座的内底面结构相同。
[0012] 焊枪总成的壳体外部安装有
焊缝跟踪轮，壳体内部设置有上、下跟踪
滑板和左、右跟踪滑板，左、右跟踪滑板通过步进电机进行驱动，步进电机驱动齿轮，齿轮与齿条相
啮合，齿条的上方通过滑母与滑板连接，滑板与滑母之间装有连接板，滑板装在步进电机的支座上，滑母上装有限位
开关。
[0013] 托轮均布设置为六个，其
中底部的两个托轮的轮轴与托轮同心设置，中、上部的四个托轮与轮轴之间呈偏心结构。
[0014] 托轮与C型齿圈的外缘相接触；托轴通过各自所在的安装轴与支座的两侧板相连接；支座呈中空的结构；C型齿圈置于支座内。
[0015] 导向组件中的安装座的下方通过长轴及拐臂与短轴连接，短轴上装有深沟球
轴承，深沟球轴承与变位机行走导轨滑动配合。
[0016] 送丝机置于台车上，台车安装在台车行走导轨上。
[0017] 横臂呈半圆状筒体结构，横臂的弧形面和平面的结合部设置有三角形导轨，三角形导轨与滚动轮动配合，滚动轮通过安装架与纵向滑座中的安装座连接，横臂的弧形面上安装有齿条外部支撑滚轮和齿条中部支撑滚轮；横臂的尾端装有送丝机。
[0018] 纵向滑座中的连接
块与安装座连接，连接块与丝杠母连接，丝杠母与梯形丝杠连接，连接块上装有线性滑轨，线性滑轨与竖向导轨连接，竖向导轨置于竖向支座上；竖向支座的底板与横向滑座上的滑板连接，滑板通过连接块与丝杠母连接，丝杠母与梯形丝杠连接，梯形丝杠的两端分别置于轴承座上；横向滑座的横向对称中心两侧设置分别设置有梯形丝杠；横向滑座的底板与
支架连接。
[0019] 焊接变位机的从动侧力装置的前、后两侧上分别连接有
锁紧装置，锁紧装置通过锁紧座卡在变位机行走导轨上，卡紧座通过连接板与导杆连接，导杆的一端置于安装套内，安装套内装有套装在连接螺杆上的
弹簧，连接螺杆的一端与导杆
螺纹连接，连接螺杆的另一端与偏心轮的轮轴连接，偏心轮上装有
手柄。
附图说明
[0020] 图1是本发明的结构示意图。
[0021] 图2是本发明的俯视结构示意图。
[0022] 图3是图1中的A-A剖视图。
[0023] 图4是变位机的主动力装置的结构示意图。
[0024] 图5是图4的侧视图。
[0025] 图6是焊枪组件的结构示意图。
[0026] 图7是左右跟踪滑板的主视图。
[0027] 图8是图7的俯视图。
[0028] 图9是图7的侧视图。
[0029] 图10是上下跟踪滑板的结构示意图。
[0030] 图11是图10的俯视图。
[0031] 图12是图10的侧视图。
[0032] 图13是锁紧装置的结构示意图。
[0033] 图14是锁紧装置置于导轨上的侧视图。
[0034] 图15是变位机从动力装置中的导向组件。
[0035] 图16是图15的侧视图。
[0036] 图17是台车组件的主视图。
[0037] 图18是图17的侧视图。
[0038] 图19是纵向滑座的结构示意图。
[0039] 图20是图19的俯视图。
[0040] 图21是横向滑座的结构示意图。
[0041] 图22是图21的俯视图。
[0042] 图23是横臂的结构示意图。
[0043] 图24是图23的俯视图。
[0044] 图25是图23的A-A剖视图。
[0045] 图26是图19的B-B剖视图。
[0046] 图27是侧压紧结构的示意图。
[0047] 图28是侧压紧结构中小
斜齿轮的结构示意图。
具体实施方式
[0049] 一种钻井平台桩腿齿条与半圆板内角焊自动化装置，参见附图1至附图26，图中：桩腿齿条1、主动力装置2、从动力装置3、焊枪总成4、横臂5、纵向滑座6、横向滑座7、送丝机
8、台车9、变位机行走导轨10、锁紧装置11、台车行走导轨12、托轮13、支座14、侧压紧结构
15、上压紧旋臂16、手动调节丝杠17、主动齿轮18、齿圈19、
驱动电机20、支架21。
[0050] 耐高温
水冷焊枪401、摄像头402、上下跟踪滑板403、左右跟踪滑板404、焊缝跟踪轮405、焊缝跟踪装置406。
[0051] 滑座本体40301、圆柱齿轮40302、微型梯形丝杠40303、微型丝杠母40304、滑板40305、微型导轨组件40306、减速电机40307、圆柱齿轮40308。
[0052] 齿条40401、步进电机40402、滑板40403、滑母40404、齿轮40405、限位开关40406、连接板40407、支座40408、安装孔40409。
[0053] 偏心轮1101、手柄1102、盖1103、安装套1104、弹簧1108、连接螺杆、导杆1110、连接板1111、锁紧座1112。
[0054] 导向组件：短轴301、拐臂302、安装座303、长轴304、缓冲块305、深沟球轴承306、调整
螺栓307、滚轮、从动侧驱动电机。
[0055] 台车本体901、
车轮902、减速机903、
小齿轮904、齿条905。
[0056] 梯形丝杠601、丝杠母602、连接块603、步进电机604、线性滑轨605、安装座606、竖向导轨607、竖向支座608、底板609。
[0057] 底板701、梯形丝杠702、丝杠母703、连接块704、滑板705。
[0058] 安装架501、滚动轮502、三角形导轨504、机头连接板505、弹簧卡506、齿条外部支撑滚轮507、齿条中部支撑滚轮508。
[0059] 侧压紧卡头1501、安装板1502、铰接板1503、导杆1504、丝杠母1505、丝杠1506、大斜齿轮1507、小斜齿轮1508、轴承套1509、小斜齿轮轴1510。
[0060] 本实施例中，焊接变位机由主动力装置2和从动力装置3组成，主动力装置2和从动力装置3两者同轴设置，主动力装置2中的支座和从动力装置中的支座14分别呈带敞口端的C型结构，主动力装置中2的驱动电机20与主动齿轮18连接，主动齿轮18与C型齿圈19连接，支座14与C型齿圈19的弧度大小一致，C型齿圈19的外缘与托轮13相接触。
[0061] 从动力装置3的结构与主动力装置2的不同之处是：从动力装置3的支座上装有滚轮308，滚轮308可以在变位机行走导轨10上行走。
[0062] 支座14上装有对半圆板外缘进行压紧的侧压紧结构15，侧压紧结构15中的侧压紧卡头1501通过球头连接方式与丝杠1506的一端连接，这种连接结构能自适应工件表面。
[0063] 丝杠1506与丝杠母1505连接，铰接板1503上的一通孔套装在丝杠1506上，并与丝杠1506之间设置有间隙；铰接板1503的另一端上铰接有导杆1504，导杆1504装在安装板1502上，安装板1502与支座14连接。
[0064] 丝杠母1505上套装有大斜齿轮1507，大斜齿轮1507与小斜齿轮1508连接，小斜齿轮1508通过轴承套1509与支座14连接，小斜齿轮轴1510的一端可以通过
扳手进行调节，以调节对工件的压紧程度。
[0065] 支座14的敞口端铰接有上压紧旋臂16，上压紧旋臂16呈对称状结构，对称中心上装有手动调节装置：手动调节丝杠17，上压紧旋臂3与支座的内底面结构相同或相近似。
[0066] 托轮13均布设置为六个，其中底部的两个托轮13的轮轴与托轮13同心设置，中、上部的四个托轮与轮轴有三毫米的偏心。
[0067] 托轮13与C型齿圈19的外缘相接触；托轴13通过各自所在的安装轴与支座14的两侧板相连接；支座呈中空的结构；C型齿圈19置于支座14内。
[0068] 从动力装置3的支座底部装有行走装置中的滚轮，滚轮置于变位机行走导轨10上，行走装置由电机驱动滚轮，滚轮置于变位机行走导轨10上并与导轨滑动连接；行走装置的前端装有导向组件，导向组件中的安装座303的下方通过长轴304及拐臂302与短轴301连接，短轴301上装有深沟球轴承306，深沟球轴承306与变位机行走导轨10滑动配合，变位机行走导轨10的两侧分别装有深沟球轴承306。
[0069] 悬臂焊接系统置于焊接变位机主动力装置2的一侧，悬臂焊接系统由焊枪组件10、横臂5、送丝机8、台车9、台车行走导轨12等组成。
[0070] 横臂5的两端分别支撑在纵向滑座6上，纵向滑座6安装在横向滑座7上，横臂13的另一端连接送丝机8，送丝机8置于台车9上，台车9安装在台车行走导轨12上。台车行走导轨12的长度大于或等横臂5可移动的距离。台车本体901上装有减速机903，减速机903通过
伺服电机进行驱动，减速机与小齿轮904直接连接，小齿轮904与装在台车行走导轨12侧面的齿条905相啮合，台车9上的车轮902置于台车行走导轨12的上表面上。
[0071] 横臂5呈半圆状筒体结构，横臂5的弧形面和平面的结合部设置有三角形导轨504，三角形导轨504与滚动轮502动配合，滚动轮502通过安装架501与纵向滑座6中的安装座606铰接，横臂5的弧形面上安装有齿条外部支撑滚轮507和齿条中部支撑滚轮508，横臂5的尾端装有送丝机8。
[0072] 纵向滑座6中的连接块603与安装座606连接，连接块603与丝杠母602连接，丝杠母602与梯形丝杠601连接，连接块603上装有线性滑轨605，线性滑轨605与竖向导轨607连接，竖向导轨607置于竖向支座608上；竖向支座608的底板609与横向滑座7上的滑板705连接，滑板705通过连接块704与丝杠母703连接，丝杠母703与梯形丝杠702连接，梯形丝杠702的两端分别置于轴承座上；横向滑座7的横向对称中心两侧设置分别设置有梯形丝杠702；横向滑座701的底板与支架21连接。
[0073] 焊接变位机的从动侧力装置3的前、后两侧上分别连接有锁紧装置11，锁紧装置11通过锁紧座1112卡在变位机行走导轨10上，卡紧座1112通过连接板1111与导杆1110连接，导杆1110的一端置于安装套1104内，安装套1104内装有套装在连接螺杆上的弹簧8，连接螺杆的一端与导杆1110
螺纹连接，连接螺杆的另一端与偏心轮1101的轮轴连接，偏心轮1101上装有手柄1102。
[0074] 从动力装置中的C型支座14上的与变位机行走导轨10滑动配合的滚轮通过从动侧驱动电机进行驱动；C型支座14呈中空的
框架形结构；C型齿圈14置于中空的C型支座14内。
[0075] 横臂5前端连接焊枪总成4，焊枪总成4的壳体外部安装有焊缝跟踪轮405，壳体内部设置有上、下跟踪滑板403和左、右跟踪滑板404，左、右跟踪滑板404通过步进电机40402进行驱动，步进电机40402驱动齿轮40405，齿轮40405与齿条40401相啮合，齿条40401的上方通过滑母40404与滑板40403连接，滑板40403与滑母40404之间装有连接板40407，滑板40403装在步进电机40402的支座40408上，滑母40404上装有限位开关40406。横臂5所配备的上、下跟踪滑板403和左、右跟踪滑板404可以上下左右调节横臂5的
位置，整根横臂5能够直接深入齿条内部进行焊接，横臂5内设置有
冷却水管，配备大功率强制冷水箱可承受工件内部高达250℃的高温；横臂5尾部与纵向滑座6采用
铰链连接，可以通过调节有效的解决横臂下挠的问题。
[0076] 滑母40404上的安装孔40409通过连接件与上、下跟踪滑板403的滑座体本体40301连接，滑座体本体40301上通过内六角螺钉装有微型导轨组件，微型导轨组件的上方装有滑板40305；滑板40305内套装有微型丝杠母40304，微型丝杠母40304与微型梯形丝杠40303连接，梯型丝杠母40304的一端装有圆柱齿轮40302，圆柱齿轮40302与圆柱齿轮40308相啮合，圆柱齿轮40308通过轴与减速电机40307连接；滑板40305与耐高温水冷焊枪401连接，耐高温水冷焊枪401上装有摄像头402和焊缝跟踪装置406。焊枪总成内还安装有高清晰度监控
探头；监控探头能够实时观察焊枪的焊接情况。焊缝踪装置406能够根据上、下跟踪滑板403和左右跟踪滑板404自动跟踪焊缝位置，使
电弧保持稳定，有效的消除了因工件尺寸误差造成的焊接缺陷，焊缝焊接采用了拉焊的焊接工艺，特制的耐高温水冷焊枪401能够在高温环境下长时间高质量完成焊缝焊接。
[0077] 本实施例中，工件装卡时可将上压紧旋臂16转出，装卡后再合上上压紧旋臂16，齿条两端卡紧可旋转变位，实现了大吨位桩腿的旋转变位，克服了现有变位机刚性差，装卡不牢的缺点；比笼式变位机更容易装卸工件，巧妙的解决了桩腿装卡困难的问题，在从动力装置3的一端安装了滚轮308，可根据齿条的长短在变位机行走导轨10上前后移动，具有较强的通用性。
