双摇臂自动旋转焊接大型壳体支管环形焊缝变位机的设制

赵忠刚 甄明哲

摘 要： 本文重点论述了双摇臂变位机的设制简介及变频电机和减速机的选择，并简单介绍了其应用事项。该设备可同时带动两件壳体回转，具有一机代二的功效，其双摇臂的平衡作用还可使工艺系统平衡受力，提高设备的使用寿命。

关键词： 双摇臂；变位机；焊接；高效；平衡

0.引言

在焊接高压开关站壳体的过程中，经常会遇到焊接壳体拔口与支管焊缝的情况，目前许多生产厂家主要是采用变位设备使壳体以拔口焊缝中心为中心进行自动回转并由站在辅助站台上的焊接人员对焊缝进行焊接的方式。但对于大型壳体拔口与直管焊缝的焊接确实很多厂家还存在一些施工难度，笔者经过多年研究，现专门设制了一种同时装夹两件大型壳体由两名焊接人员分别对其进行焊接的变位机。它既提高了焊接工效，又因设备动力系统受力平衡节约了电力消耗，同时还提高了设备的使用寿命，很值得在业内推广应用，并能借鉴到类似焊接设备的研发中。

1.双摇臂变位机的设制简介及变频电机和减速机的选择

该变位机结构如图1所示，它主要包括机架主体、变频电机、摆线针轮减速机、主动齿轮套、齿圈、传动轴、扭矩轮、左（右）摇臂、丝杠、左（右）滑座、辅助固定架等。其传动原理：变频电机转动—摆线针轮减速机转动—主动齿轮套—齿圈—左摇臂（传动轴—扭矩轮—右摇臂）。丝杠在升降电机的作用下起着调整滑座上下运动从而使工件焊缝回转中心与摇臂回转中心一致的作用。辅助固定架主要是固定工件，使其在焊接过程中不发生歪斜抖动的现象。

其机架主体、主动齿轮套、齿圈、传动轴、扭矩轮、左（右）摇臂、丝杠、左（右）滑座、辅助固定架等设计上只要满足所需焊接壳体的尺寸即承重要求，按照普通设计思路设制即可，关键是本设备采取了双摇臂旋转焊接。这里重点对变频电机和摆线针轮减速机做一些选择阐述。由于焊接过程中焊枪运行的速度为200毫米/分钟～350毫米/分钟，且壳体在变位机上所焊接的焊缝直径在φ380毫米～φ630毫米，即周长为1200毫米～2000毫米，因此，焊接此类焊缝所用的时间通常在5分钟～10分钟。因此，焊接过程中摇臂转速应在为转/5分钟～转/10分钟，即齿圈和扭矩轮的转速亦是转/5分钟～ 转/10分钟，知主动齿轮套的齿数为20，齿圈的齿数为200，在选用变频电机的情况下，那么主动齿轮套的转速（即摆线针轮减速机的输出转速）应为1转/分钟。变频电机的转速为1500转/分钟时，摆线针轮减速机的传动比i=1505的即可。又因摇臂装夹壳体并到達最大偏载后其单侧扭矩Td可达50000牛米，即5吨米，那么，主动齿轮套承受的转矩=最大偏载后其单侧扭矩÷（齿圈齿数÷主动齿轮套齿数）=50000÷（200÷20）=5000牛米。传动效率如果按照0.85计算，电机输出扭矩应为5000÷0.85=5882牛米。因此，选择输入功率1.33千瓦、输出转矩8820牛米的B63型摆线针轮减速机即可。为此，选择电机功率为1千瓦，其可使齿圈扭矩Tc达到9550×电机功率p÷电机功率输入转数n1×速比i÷使用系数u，因在运行中存在轻微冲击，使用系数u取1.25，速比i=1505×（200÷20）=15050，即Tc=9550×1÷1500×15050×1.25=119772牛米≈9.78吨米。则1千瓦电机输出扭矩为摇臂装夹壳体并到达最大偏载后其单侧扭矩的9.78÷5=1.96倍。选择该电机是满足使用要求的。理论上，由于其两侧具有平衡作用，电机的输出功率只要能够克服焊接过程中双摇臂即传动系统的机械阻力即可。

2.双摇臂变位机的应用简述

该设备应用极其简单，如图2所示，直接将壳体装夹在左、右摇臂上，其一端用压板压住壳体法兰紧固在滑座底板上，另一端用辅助固定架夹紧（防止在焊接过程中回转时壳体发生脱落或弹性变形引起的颤动），开动升降电机带动丝杠，使滑座移动至壳体的待焊焊缝的回转中心与摇臂的回转中心一致，紧固滑座上的螺栓使其紧固在摇臂上。焊接时开动变频电机使摇臂带动壳体转动，焊接人员站在辅助站台上对壳体拔口和接管的焊缝焊接即可。如果旋转空间不够，可以在设备两侧双摇臂的下面挖地坑，以满足焊接大型壳体支管焊缝的需要。

3.结尾语

该型焊接变位机具有双摇臂夹持两件壳体的特点，能够同时焊接两个壳体的环形焊缝，其左、右摇臂对称装夹壳体还能使整个系统达到动平衡的效果，增加了设备系统的稳定性，降低动力的消耗，提高变频电机的使用寿命。

参考文献

[1] 巩云鹏、田万禄等主编. 机械设计课程设计 . 沈阳：东北大学出版社 2000.

[2] 哈尔滨工业大学理论力学教研组编. 理论力学. 北京：高等教育出版社 1997.

作者简介内容：赵忠刚（1969年—），男，汉族，山东泰安市人，毕业于山东科技大学：机电一体化，专科。在省级和国家级刊物发表科技论文70余篇，国家镗工技师，技术员，泰安聚力铝业工贸有限公司技术质检部经理，主要从事公司技术质检管理及工艺装备开发、生产指导。