銀川能源學(xué)院 張雪瑩 劉向萍 劉通瑞 曹習(xí)垚 魏德華

前言

機械學(xué)院工程訓(xùn)練中心，學(xué)生焊工實訓(xùn)和技能鑒定等級考試中，學(xué)生焊接管與管對接焊時，采用V形架支撐，一手轉(zhuǎn)動工件，一手移動焊鉗，完成管與管焊接，因人工操作存在諸多因素，致使焊接件焊縫外觀質(zhì)量不符合要求，且焊接效率低，如圖1所示。目前市面上銷售的焊接臺形形色色，用途廣泛，但專用性較差，僅適用于一些較大產(chǎn)品的焊接[1]。文中所述焊接切割翻轉(zhuǎn)臺設(shè)計，實現(xiàn)了工作臺的回轉(zhuǎn)、移動及傾斜，可完成回轉(zhuǎn)體、板對接工件的連弧焊焊接的平焊以及回轉(zhuǎn)體長度截取和板料外形尺寸切割。該裝備同樣適用于從事焊工行業(yè)的工人。此裝置在節(jié)省成本的基礎(chǔ)上也提高了焊接效率。

圖1 管對管焊接

1 設(shè)計思路

為達到焊接件的質(zhì)量要求，從工件轉(zhuǎn)動、手動焊把、移動速度、工件的姿態(tài)等四個方面進行優(yōu)化設(shè)計，縮短輔助時間，提高效率。

1.1 總體方案選擇

該焊接切割旋轉(zhuǎn)設(shè)備[2]由機架、箱體、三爪卡盤、分度機構(gòu)及兩個傳動系統(tǒng)組成，傳動系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和移動系統(tǒng)組成，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由電機帶動錐齒輪減速換向器進行減速換向，然后帶動圓柱直齒齒輪連接三爪卡盤進行旋轉(zhuǎn)運動。移動系統(tǒng)由電機帶動皮帶傳動，連接絲杠進行位移。其設(shè)備如圖2所示[3]。

圖2 焊接切割旋轉(zhuǎn)裝備

1.2 殼體旋轉(zhuǎn)的設(shè)計

采用角度控制原理，使殼體旋轉(zhuǎn)，當搖柄轉(zhuǎn)動，插銷隨著分度盤旋轉(zhuǎn)并固定殼體的位置。分度是在圓盤上按規(guī)定角度鉆相應(yīng)的小孔，當搖柄轉(zhuǎn)1周，相當于殼體旋轉(zhuǎn)360度[5]，通過分度手柄的轉(zhuǎn)動，殼體隨之轉(zhuǎn)動，從而帶動軸和工件轉(zhuǎn)過一定的度數(shù)。分度時一定要調(diào)整好插銷所對應(yīng)的分度盤圈孔。分度時，先拔出插銷，轉(zhuǎn)動分度手柄，可使殼體回轉(zhuǎn)到所需位置，然后再把插銷插入所對應(yīng)的孔盤上的孔圈中，如圖3所示[4]。

圖3 分度盤

1.3 聯(lián)軸器的選擇

基于電動機與齒輪鏈接，運動平穩(wěn)性高的特性，電機功率為2kW，轉(zhuǎn)速為750r/min，電動機軸伸直徑32mm，最終凸緣聯(lián)軸器作為電機與小帶輪的連接單元。聯(lián)軸器形式如圖4所示。

圖4 彈性套柱聯(lián)軸器

從GB/T4323-200中查的LT5型彈性套柱聯(lián)軸器的許用應(yīng)力125NM，最大轉(zhuǎn)速為4600r/min，軸徑在25～35之間，故合適。

1.4 換向器的選擇

考慮到裝備的結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)向器采用錐形齒輪換向減速器，使電機驅(qū)動輸入軸連續(xù)單向轉(zhuǎn)動，而輸出軸可以連續(xù)性的正反向自動換向，適用于各種需要自動換向的工程實際中。根據(jù)計算可知，錐形齒輪換向減速器的傳動比為1:3，軸徑為70mm,在聯(lián)軸器的選型中已校核，強度符合要求，查《機械設(shè)計手冊》235頁表8-2，我們選用U8-LR型減速器外部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 換向器外部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)圖

1.5 切割控制機構(gòu)

該結(jié)構(gòu)具有三維方向運動，具備較好的切割能力，對于焊接實訓(xùn)中耗材的重復(fù)利用具有較好的效果，尤其是對焊接后的變形板材具有較好的坡口加工能力。對于棒材的切斷，制作該結(jié)構(gòu)有利于下料、降低成本，提高生產(chǎn)效率。氣焊割槍與支架連接，將支架固定在工作臺體上，運用虎鉗移動實現(xiàn)方形零件切割，通過旋轉(zhuǎn)盤實現(xiàn)餅形零件切割。切割時，先開乙炔開關(guān)，點燃，然后再通過調(diào)節(jié)混合氣和乙炔的大小來控制火焰的大小。對待切割物預(yù)熱，當達到熔融狀態(tài)時候，打開高風(fēng)開關(guān)，進行切割。

2 產(chǎn)品特點及工作原理

通過焊接切割旋轉(zhuǎn)臺設(shè)計，實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)、移動及傾斜，完成回轉(zhuǎn)體、板對接工件的焊接。工作臺旋轉(zhuǎn)采用電機驅(qū)動，工作臺翻轉(zhuǎn)角度為0°～270°。其特點是可以完成回轉(zhuǎn)體、板對接焊縫的平焊、仰焊、橫焊、立焊以及回轉(zhuǎn)體長度截取和板料外形尺寸切割。且本裝置在管與管對接焊過程中使用操作方便，尤其對連弧焊及材料切割操作非常適用。節(jié)約了人力，提高了工作效率。

所述工作臺體通過減振墊安裝在地面上，左支撐架和右支撐架固定在工作臺體上。所述左、右傳動軸分別通過軸承座安裝在所述左、右支撐架的上部。三爪卡盤連接在轉(zhuǎn)盤上端，轉(zhuǎn)盤的底部連接從動齒輪，從動齒輪與主動齒輪連接，U形轉(zhuǎn)換器一端連接主動輪，另一端連接電機。

臺虎鉗底部焊有絲母，絲母和滾珠絲杠機構(gòu)配合，第二步進電機連接滾珠絲杠，通過調(diào)節(jié)電機速度實現(xiàn)不同速度下工件的直線焊縫焊接。

3 應(yīng)用效果

焊接切割旋轉(zhuǎn)裝備于2021年12月在某校機械工程訓(xùn)練中心進行實訓(xùn)，進行板對板接焊、回轉(zhuǎn)體對接焊，分別焊接了板對板、管對管焊件各10件，效率提升了33.4%，同時降低了學(xué)生的勞動強度。由于該焊接旋轉(zhuǎn)裝備從工件旋轉(zhuǎn)、工件速度、姿態(tài)調(diào)整以及位置移動均實現(xiàn)了機械化作業(yè)，在提高實際焊接效率的同時，還縮短了移動工件、姿態(tài)調(diào)整的工作時間，提高了綜合焊接效率。

4 結(jié)語

焊接切割旋轉(zhuǎn)裝備完成了姿態(tài)調(diào)整、位置移動、速度勻速等方面的機械化，實現(xiàn)了一次裝夾，并通過實踐，達到了焊接產(chǎn)品質(zhì)量的要求，提高了焊接效率，降低了勞動強度。