矩形钢横梁的焊接设备和矩形钢横梁的焊接方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及
土木工程中钢结构施工技术领域，具体讲是一种钢结构施工中将矩形钢横梁焊接在钢立柱上的焊接设备和利用该设备焊接矩形钢横梁的方法。
背景技术
[0002] 钢结构是主要的建筑结构类型之一，它主要由钢横梁、钢立柱、钢桁架等构件或部件组成，且各构件或部件之间通常采用焊接、螺接或
铆接等方式连接。因其具备自重较轻且施工简便等优点，故广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。
[0003] 在钢结构施工中，经常需要将矩形钢横梁两端分别与两根钢立柱的两个侧平面焊接固定。矩形钢横梁是指，其横截面为矩形。实际施工中，矩形钢横梁长度往往达到36米，高度往往达到20米，其尺寸大，故施工不易。
[0004]
现有技术中将矩形钢横梁焊接到钢立柱侧平面的焊接方式主要有两种。一是待两侧的钢立柱固定后，工人在两侧钢立柱旁分别搭设
脚手架，然后用吊车吊起矩形钢横梁使矩形钢横梁左右两端分别抵靠左右侧的钢立柱的两个侧平面，工人先爬上一侧的脚手架对矩形钢横梁一端焊接一圈，形成环形
焊缝，焊好后再爬下脚手架，再爬上另一侧的脚手架焊接矩形钢横梁的另一端，焊好后再爬下脚手架。二是工人站在吊篮中，且利用吊机将其吊运至矩形钢横梁一端，悬空焊接，再转动吊机的吊臂，将工人及吊篮吊运至矩形钢横梁另一端焊接，最后将吊篮下放至地面。
[0005] 现有技术的矩形钢横梁的焊接施工方法存在以下弊端：首先，第一种方式需要人工搭设两侧的脚手架，故材料成本和人工成本均高，而且费时费
力、延误工期；而且，还需要工人高空中爬上和爬下脚手架各两次，故劳动强度大，危险系数也高；且焊接过程为高空作业，焊接难度大，危险系数更高、进一步增加了人工成本。而第二种方法，则同样需要工人高空甚至悬空作业，同样存在焊接施工难度大、焊接效果差、安全系数低等问题。
发明内容
[0006] 本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能实现自动就位并自动焊接、无需人工操作的矩形钢横梁的焊接设备。
[0007] 本发明的一种技术解决方案是，提供一种矩形钢横梁的焊接设备，它包括行走装置、焊接装置、用于与矩形钢横梁抵触的
端子和用于与吊车钩挂的吊环，该端子与焊接
电路的第一
导线连接，行走装置包括用于在矩形钢横梁上行走的行走主动轮；焊接装置固定在行走装置上；焊接装置包括第一竖向轨道、横向轨道和第二竖向轨道，第一竖向轨道与横向轨道之间设有第一转盘，第一转盘上设有用于与第一竖向轨道或横向轨道连通的第一过渡轨道；横向轨道与第二竖向轨道之间设有第二转盘，第二转盘上设有用于与横向轨道或第二竖向轨道连通的第二过渡轨道；上述轨道上滑动配合有攀爬车，攀爬车与上述轨道之间设有防掉落装置；攀爬车上设有第一
水平向
气缸，第一水平向气缸的
活塞杆上设有第一回转气缸，第一回转气缸的旋转部上设有
拉丝式
焊枪，该焊枪与焊接电路的第二导线连接。
[0008] 采用以上结构的焊接设备与现有技术相比，具有以下优点。
[0009] 该设备可由吊具直接起吊到矩形钢横梁上，并由行走装置自动行走至矩形钢横梁上两端的焊接
位置，即实现自动就位，且该设备可以自动对矩形钢横梁端部进行焊接，故无需搭设脚手架或用吊篮起吊运送工人，也完全不需要人工再去焊接一圈，因此人工劳动强度小，人工成本低，高效且安全。尤其强调的是，由于行走装置的存在，无需精确的用吊臂将该设备吊运至矩形钢横梁端部，使得该设备就位的过程更加方便，
定位更加准确，进一步降低了操作难度，提高了焊接
质量。
[0010] 行走装置优选为，它包括主梁，主梁内设有行走
电动机和传动
齿轮，主梁的两端各设有一个竖向限位梁，行走主动轮位于主梁底部，行走电动机的
输出轴上固定有第一齿轮，行走主动轮的轮轴上固定有第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮经传动齿轮
啮合传动；这样，该装置就呈倒U字型挂在矩形钢横梁上，确保该装置不会与矩形钢横梁脱落，且左右重量均衡使得该装置在矩形钢横梁上行走时能保持平衡；而且行走主动轮安装在主梁底部，正好压在矩形钢横梁的上端，故在该装置自身重力的作用下，行走主动轮与主梁充分压紧，从而提供足够的侧
摩擦力，进而提高了行走主动轮的抓地力，使该装置在矩形钢横梁上行走有力稳定。
[0011] 限位梁优选为，每个限位梁均贯通有一个横向的三
节圆孔，每个三节圆孔由外向内依次由外孔、中孔和内孔构成，中孔直径最小，外孔与中孔相交处形成第一环形面，内孔与中孔相交处形成第二环形面，中孔滑动贯穿有转向杆，外孔内间隙设有用于卡住第一环形面的挡
块，内孔内间隙设有第一轮架，挡块、转向杆和第一轮架依次固定，第一轮架上可转动安装有一个行走从动轮，第一轮架的内端与第二环形面之间设有第一压簧，第一压簧套合在转向杆伸入内孔的杆段上，行走从动轮的圆弧面与两端面相交处均设有圆
角；这样，该行走从动轮隔开了限位梁与矩形钢横梁，减少了两者间的摩擦，且由于压簧的作用，可以调整两侧两个行走从动轮的间距，以适应不同宽度的矩形钢横梁，提高其通用性，且保证两行走从动轮始终贴紧矩形钢横梁两侧，进一步增加行走装置运行的
稳定性；更关键的是，整个行走从动轮和轮架可以自由转动且行走从动轮上设有两个圆角，这样，向矩形钢横梁下放或吊起该行走装置时，圆角受力使轮架旋转，促使行走从动轮变为竖直状态，便于下放或起吊；而行走装置行走时，在行走主动轮的水平驱动力作用下，行走从动轮又很快被摩擦调整为水平状态，确保行走装置水平稳定运行。
[0012] 焊接装置优选为，两个竖向轨道分别固定在两个限位梁上，横向轨道固定在主梁上，第一转盘和第二转盘分别对应设有第二回转气缸和第三回转气缸，主梁上设有两个凹坑，两个回转气缸分别容置两个凹坑内；这样，上述结构连接布设合理，每条轨道都相应安装在限位梁或主梁上，且由于两个回转气缸均容置在两个凹坑内，使得上述轨道直接贴在主梁和限位梁上，紧凑合理，节省了该焊接设备的整体体积。
[0013] 防掉落装置优选为，轨道的两个
侧壁上各设有一条卷边，攀爬车的两个侧壁各设有一条第一滑槽，攀爬车两侧的两条第一滑槽与轨道两侧壁的两卷边滑动配合；攀爬车两侧分别设有小车主动轮和小车从动轮，小车主动轮和小车从动轮分别与轨道的两个侧壁抵紧；这样，确保攀爬车沿各条轨道行走而不掉落。
[0014] 攀爬车优选为，攀爬车内设有小车电动机，小车电动机的输出轴上固定有第三齿轮，小车主动轮的轮轴上固定有第四齿轮，第四齿轮与第三齿轮啮合；攀爬车内还沿轨道宽度向设有横向腔室，在横向腔室内容置有第二轮架，小车从动轮安装在第二轮架上；横向腔室的顶壁和底壁均沿轨道宽度向设有第二滑槽，第二轮架与第二滑槽滑动配合，第二轮架的内端与横向腔室的内表面之间设有第二压簧；这样，小车从动轮可以通过
弹簧的弹力以增大与轨道的摩擦力进一步杜绝竖向行走时掉落，又增大了攀爬的动力；而且小车从动轮与小车主动轮间的间距可调，能适合不同宽度尺寸的轨道。
[0015] 作为优选，该设备还包括一个第二水平向气缸，端子固定在第二水平向气缸的
活塞杆上；这样端子在不工作时可以收回，减少了端子与钢横梁的摩擦，也可以在焊接前将端子与矩形钢横梁触碰，导通焊接电路，实现焊接。
[0016] 本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能实现自动焊接、无需人工操作的利用该焊接设备焊接矩形钢横梁的方法。
[0017] 本发明的另一种技术解决方案是，提供一种利用该焊接设备焊接矩形钢横梁的方法，其步骤包括：
[0018] a、待左右两侧的钢立柱固定后，用吊车吊起矩形钢横梁使矩形钢横梁左右两端分别抵靠左右侧的钢立柱的两个侧平面，然后用吊车钩挂该设备的吊环，将该设备吊放在矩形钢横梁上，再驱动行走装置，使得该焊接设备自动行走至矩形钢横梁的一端；
[0019] b、初始状态下，攀爬车位于第一竖向轨道的下端，焊枪倾斜朝上且枪口与矩形钢横梁的底面平齐；驱动第二水平向气缸使端子与矩形钢横梁抵触，再驱动第一水平向气缸前进至矩形钢横梁宽度的一半，使焊枪从矩形钢横梁一侧的底角运动至底面的宽度中央，进而焊接一半底焊缝；再收缩第一水平向气缸将焊枪收回，使得焊枪枪口与矩形钢横梁的一个侧平面平齐；
[0020] c、驱动攀爬车沿第一竖向轨道上升至第一转盘使焊枪从矩形钢横梁一侧的底角运动至同侧的顶角，进而焊接一侧的焊缝；将第一转盘旋转90度，使得第一过渡轨道与横向轨道对接，且使得焊枪朝下且枪口与矩形钢横梁的顶面平齐；驱动攀爬车沿横向轨道平移至第二转盘，使焊枪从矩形钢横梁一侧顶角移动至另一侧顶角，进而焊接顶焊缝；将第二转盘旋转90度，使得第二过渡轨道与第二竖向轨道对接，且使得焊枪枪口与矩形钢横梁的另一个侧平面平齐；再驱动攀爬车下降至第二竖向轨道的底端，使焊枪从矩形钢横梁另一侧顶角移动至同侧底角，进而焊接另一侧焊缝；
[0021] d、驱动第一回转气缸使焊枪倾斜朝上且枪口与矩形钢横梁底面平齐，再驱动第一水平向气缸使焊枪从矩形钢横梁另一侧的底角运动至底面的宽度中央，进而焊接另一半底焊缝，焊接完成后再驱动第一水平向气缸将焊枪收回；
[0022] e、完成矩形钢横梁一端的焊接后，用吊车将该设备吊离矩形钢横梁，并将该设备水平旋转180度后，重新将该设备吊放在矩形钢横梁上，驱动行走电动机使该设备到达矩形钢横梁的另一端；
[0023] f、重复步骤b～d，以完成矩形钢横梁另一端的焊接；
[0024] g、用吊车钩挂该设备的吊环，将该设备从矩形钢横梁吊运回地面。
[0025] 采用以上焊接矩形钢横梁的方法与现有技术相比，具有以下优点。
[0026] 利用该方法后不再需要搭设两侧的脚手架，也不需要工人再爬到矩形钢横梁的高度，同样无需站在吊篮内悬空施工，且该方法实现了全自动化的焊接，完全不需要人工焊接，可以说是大大减少了材料和人工的成本，提升了焊接效率，彻底解决了工人高空或悬空作业的安全隐患，省时省力，缩短了工期。
附图说明
[0027] 图1是本发明矩形钢横梁的焊接设备放置在矩形钢横梁上的结构示意图。
[0028] 图2是本发明矩形钢横梁的焊接设备放置在矩形钢横梁上的局部放大结构示意图。
[0029] 图3是本发明矩形钢横梁的焊接设备的结构示意图。
[0030] 图4是本发明矩形钢横梁的焊接设备的爆炸结构示意图。
[0031] 图5是本发明矩形钢横梁的焊接设备行走主动轮正剖视的结构示意图。
[0032] 图6是本发明矩形钢横梁的焊接设备行走从动轮正剖视的结构示意图。
[0033] 图7是本发明矩形钢横梁的焊接设备焊接装置的结构示意图。
[0034] 图8是本发明矩形钢横梁的焊接设备攀爬车正剖视的结构示意图。
[0035] 图9是本发明矩形钢横梁的焊接设备端子优选的结构示意图。
[0036] 图中所示1、钢立柱，2、矩形钢横梁，3、限位梁，4、攀爬车，5、第一水平向气缸，6、焊枪，7、第一回转气缸，8、行走从动轮，8.1、圆角，9、第一竖向轨道，10、第一转盘，11、第一过渡轨道，12、横向轨道，13、吊环，14、第二转盘，15、第二过渡轨道，16、第二竖向轨道，17、主梁，18、行走主动轮，19、第二回转气缸，20、第三回转气缸，21、行走电动机，22、第一齿轮，23、第二齿轮，24、传动齿轮，25.1、外孔，25.2、中孔，25.3、内孔，26、转向杆，27、挡块，28、第一轮架，29、第一环形面，30、第二环形面，31、端子，32、第一压簧，33、小车电动机，34、第一滑槽，35、小车主动轮，36、小车从动轮，37、第三齿轮，38、第四齿轮，39、第二轮架，40、横向腔室，41、第二滑槽，42、第二压簧，43、第二水平向气缸。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图和具体
实施例对本发明作进一步说明。
[0038] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，本发明矩形钢横梁的焊接设备，它包括行走装置、焊接装置、用于与矩形钢横梁2抵触的端子31、用于与吊车钩挂的吊环13和第二水平向气缸43。该端子31与焊接电路的第一导线连接，且端子31固定在第二水平向气缸43的活塞杆上，本实施例中，第二水平向气缸43的缸体固定在行走装置的一个竖向限位梁3上，当然，该气缸还可以固定在行走装置的其它部位，甚至固定在焊接装置上。另外此处的吊车也可以是其它的吊具。
[0039] 行走装置包括主梁17，主梁17底部设有用于在矩形钢横梁2上行走的行走主动轮18，主梁17内设有行走电动机21和传动齿轮24，行走电动机21的输出轴上固定有第一齿轮
22，行走主动轮18的轮轴上固定有第二齿轮23，第二齿轮23与第一齿轮22经传动齿轮24啮合传动。
[0040] 主梁17的两端各设有一个竖向限位梁3，每个限位梁3均贯通有一个横向的三节圆孔，每个三节圆孔由外向内依次由外孔25.1、中孔25.2和内孔25.3构成，中孔25.2直径最小，外孔25.1与中孔25.2相交处形成第一环形面29，内孔25.3与中孔25.2相交处形成第二环形面30，中孔25.2滑动贯穿有转向杆26，外孔25.1内间隙设有用于卡住第一环形面29的挡块27，内孔25.3内间隙设有第一轮架28，挡块27、转向杆26和第一轮架28依次固定，第一轮架28上可转动安装有一个行走从动轮8，第一轮架28的内端与第二环形面30之间设有第一压簧32，第一压簧32套合在转向杆26伸入内孔25.3的杆段上，行走从动轮8的圆弧面与两端面相交处均设有圆角8.1。当然，行走从动轮8的圆弧面与两端面相交处不是只能设为圆角8.1，也可以设为
倒角，但是圆角8.1比倒角的强度好，所以推荐此处设为圆角8.1；另外此处统一方位概念，对三节圆孔来说，靠近矩形钢横梁2的方向为内，远离矩形钢横梁2的方向为外。
[0041] 焊接装置包括第一竖向轨道9、横向轨道12和第二竖向轨道16，第一竖向轨道9与横向轨道12之间设有第一转盘10，第一转盘10上设有用于与第一竖向轨道9或横向轨道12连通的第一过渡轨道11；横向轨道12与第二竖向轨道16之间设有第二转盘14，第二转盘14上设有用于与横向轨道12或第二竖向轨道16连通的第二过渡轨道15，具体的说，第一过渡轨道11的入口用于与第一竖向轨道9上口连通，其出口用于与横向轨道12左口连通；第二过渡轨道15入口用于与横向轨道12右口连通，第二过渡轨道15出口用于与第二竖向轨道16上口连通，上述各条轨道的通断则是由两个转盘旋转实现的。
[0042] 两个竖向轨道分别固定在两个限位梁3上，横向轨道12固定在主梁17上，第一转盘10和第二转盘14分别对应设有第二回转气缸19和第三回转气缸20，主梁17上设有两个凹坑，两个回转气缸分别容置两个凹坑内，具体的说，第一转盘10安装在第二回转气缸19的旋转部上，第二转盘14安装在第三回转气缸20的旋转部上。
[0043] 上述轨道上滑动配合有攀爬车4，攀爬车4上设有第一水平向气缸5，第一水平向气缸5的活塞杆上设有第一回转气缸7，第一回转气缸7的旋转部上设有拉丝式焊枪6，该焊枪6与焊接电路的第二导线连接。本
申请的拉丝式焊枪6是市售的成熟的技术，该焊枪6自带
焊丝盘且焊枪6内部设有自动
送丝机构，焊接时，送丝机构将焊丝从焊丝盘抽出并输送至焊枪6枪口。而且，因为第二水平向气缸43驱动端子31，实现了整个焊接电路的通断切换，故该焊枪6可以不设置扳机。
[0044] 攀爬车4与第一竖向轨道9、第一过渡轨道11、横向轨道12、第二过渡轨道15和第二竖向轨道16之间设有防掉落装置，具体的说是上述轨道的两个侧壁上各设有一条卷边，攀爬车4的两个侧壁各设有一条第一滑槽34，攀爬车4两侧的两条第一滑槽34与轨道两侧壁的两卷边滑动配合；攀爬车4两侧分别设有小车主动轮35和小车从动轮36，小车主动轮35和小车从动轮36分别与轨道的两个侧壁抵紧。
[0045] 攀爬车4内设有小车电动机33，小车电动机33的输出轴上固定有第三齿轮37，小车主动轮35的轮轴上固定有第四齿轮38，第四齿轮38与第三齿轮37啮合；攀爬车4内还沿轨道宽度向设有横向腔室40，在横向腔室40内容置有第二轮架39，小车从动轮36安装在第二轮架39上；横向腔室40的顶壁和底壁均沿轨道宽度向设有第二滑槽41，第二轮架39与第二滑槽41滑动配合，第二轮架39的内端与横向腔室40的内表面之间设有第二压簧42，具体的说，第二轮架39是横向容置在横向腔室40内，而且第二轮架39与第二滑槽41滑动配合是由小车从动轮36的轮轴与第二滑槽41滑动配合来实现的。
[0046] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，利用本发明矩形钢横梁的焊接设备焊接矩形钢横梁的方法，它包括以下步骤。
[0047] a、待左右两侧的钢立柱1固定后，用吊车吊起矩形钢横梁2使矩形钢横梁2左右两端分别抵靠左右侧的钢立柱1的两个侧平面，然后用吊车钩挂该设备的吊环13，将该设备吊放在矩形钢横梁2上，再驱动行走装置，使得该焊接设备自动行走至矩形钢横梁2的一端，此处的吊车也可以是其它的吊具。
[0048] b、初始状态下，攀爬车4位于第一竖向轨道9的下端，焊枪6倾斜朝上且枪口与矩形钢横梁2的底面平齐；驱动第二水平向气缸43使端子31与矩形钢横梁2抵触，再驱动第一水平向气缸5前进至矩形钢横梁2宽度的一半，使焊枪6从矩形钢横梁2右下角运动至底面的宽度中央，进而焊接一半底焊缝；再收缩第一水平向气缸5将焊枪6收回，使得焊枪6枪口与矩形钢横梁2的右侧平面平齐。
[0049] c、驱动攀爬车4沿第一竖向轨道9上升至第一转盘10使焊枪6从矩形钢横梁2右下角运动至右上角，进而焊接右侧的焊缝；将第一转盘10旋转90度，使得第一过渡轨道11与横向轨道12对接，且使得焊枪6朝下且枪口与矩形钢横梁2的顶面平齐；驱动攀爬车4沿横向轨道12平移至第二转盘14，使焊枪6从矩形钢横梁2右上角移动至左上角，进而焊接顶焊缝；将第二转盘14旋转90度，使得第二过渡轨道15与第二竖向轨道16对接，且使得焊枪6枪口与矩形钢横梁2的左侧平面平齐；再驱动攀爬车4下降至第二竖向轨道16的底端，使焊枪6从矩形钢横梁2左上角移动至左下角，进而焊接左侧焊缝，概括的说，攀爬车是一边行走一边对矩形钢横梁进行焊接的。
[0050] d、驱动第一回转气缸7使焊枪6倾斜朝上且枪口与矩形钢横梁2底面平齐，再驱动第一水平向气缸5使焊枪6从矩形钢横梁2左下角运动至底面的宽度中央，进而焊接另一半底焊缝，焊接完成后再驱动第一水平向气缸5将焊枪6收回。
[0051] e、完成矩形钢横梁2一端的焊接后，用吊车将该设备吊离矩形钢横梁2，并将该设备水平旋转180度，且同步将攀爬车4和焊枪6恢复至初始状态和位置；再重新将该设备吊放在矩形钢横梁2上，然后驱动行走电动机21使该设备到达矩形钢横梁2的另一端。
[0052] f、重复步骤b～d，以完成矩形钢横梁2另一端的焊接；
[0053] g、用吊车钩挂该设备的吊环13，将该设备从矩形钢横梁2吊运回地面。
