本发明公开了一种锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置。本发明主要包括小车和转笼；转笼中固定有两条钢轨，左右两端各设有一个支撑环，右端设有一个大齿轮，右端底部设有主动滚轮架，左端底部设有从动滚轮架，左右两端还设有端盖，端盖上设有与锅炉本体锅筒相对应的圆孔；锅炉本体在小车上完成装配后通过绞车将小车和锅炉本体牵引进入转笼后再安装端盖；焊枪架固定于转笼左端盖上，其两端各固定有一个焊枪，焊枪伸入锅筒中。通过电机驱动主动滚轮架上的小齿轮带动大齿轮使转笼转动，实现锅炉本体变位，使换热管开口垂直朝上且端部处于水平状态，同时通过电机驱动焊枪架使焊枪方向朝下，通过以上两者的复合运动使工件焊缝处于水平施焊状态。
1.一种锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：它包括一个能放置锅筒的小车，小车底部两侧各安装有一组车轮，小车通过车轮放置于底座上的两条钢轨之上并可沿钢轨移动；还包括一个圆笼形的转笼，转笼中固定有两条平行钢轨，其高度和间距与底座上的两条钢轨相同；转笼的左右两端各设有一个支撑环，右端支撑环的外端还设有一个大齿轮，转笼右端底部设有主动滚轮架，主动滚轮架上设有与转笼右端支撑环配合支撑且能转动的滚轮以及与转笼右端大齿轮相啮合的小齿轮，小齿轮与A电机及减速器连接，转笼左端底部设有从动滚轮架，从动滚轮架上设有与转笼左端支撑环配合支撑且能转动的滚轮；转笼的左右两端还设有端盖，端盖上设有与锅炉本体的上锅筒、下锅筒相对应的圆孔；
锅炉本体在小车上完成装配后通过绞车将小车和锅炉本体牵引进入转笼后再安装端盖，通过上锅筒、下锅筒穿过端盖上的两个圆孔将锅炉本体固定于转笼中；焊枪架的中心固定于转笼的左端盖中心处，焊枪架的两端各固定有一个B电机及减速器和一个焊枪，焊枪伸入上锅筒、下锅筒中；A电机及减速器驱动主动滚轮架上的小齿轮带动转笼上的大齿轮实现转笼转动，从而实现锅炉本体变位，使插入上锅筒、下锅筒内不同位置的换热管开口垂直朝上，同时B电机及减速器驱动焊枪架的轨道梁使焊枪方向朝下，通过以上两者的复合运动使工件焊缝处于水平施焊状态。
2.根据权利要求1所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：小车的主体为圆弧形凹槽，由钢板和型材焊接而成，下锅筒固定安装于圆弧形凹槽中；小车的主体两侧各安装有一组带有轮缘的车轮。
3.根据权利要求1所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：主动滚轮架包括主动底座，主动底座上面两端各设有一个滚轮，前端滚轮驱动轴的右端同轴安装一个小齿轮后再通过联轴器与A电机及减速器输出轴相连接，前端滚轮驱动轴的左端与一个旋转编码器相连接；其中，A电机及减速器和旋转编码器与控制系统连接。
4.根据权利要求1所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：从动滚轮架包括从动底座，从动底座上面两端各设有一个滚轮。
5.根据权利要求1所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：焊枪架包括一根其中心通过螺栓连接固定于转笼左端盖中心处的固定梁，固定梁两端外侧各安装有一台B电机及减速器，固定梁两端内侧各活动安装有一根轨道梁，两根轨道梁分别伸入上锅筒、下锅筒中，其中心线分别与上锅筒、下锅筒中心线重合，并与固定梁的中心线垂直；两根轨道梁的一侧面分别安装有焊枪，B电机及减速器的输出轴与轨道梁的中心轴连接并驱动轨道梁转动；两根轨道梁的外端部各安装有一个辅助支撑结构；其中，B电机及减速器与控制系统连接。
6.根据权利要求5所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：轨道梁的一侧面沿长度方向平行安装有两根导轨和一根齿条，齿条位于两根导轨中间；焊枪通过焊枪连接部件安装于滑块上，并能通过嵌入导轨中的滑块沿导轨滑动；焊枪连接部件上安装有小齿轮和步进电机或伺服电机，小齿轮与轨道梁上的齿条相啮合，小齿轮由步进电机或伺服电机驱动；轨道梁上还安装有高精度双轴倾斜角度传感器，用于检测轨道梁的倾斜角度；其中，步进电机或伺服电机和高精度双轴倾斜角度传感器与控制系统连接。
7.根据权利要求5所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：辅助支撑结构包括一根插入轨道梁前端并连接固定的管座，管座的前端铰接有三根相互成120°的支腿，三根支腿的外端分别与三个脚轮相连接，三根支腿的中端分别通过伞形电动收放机构的三根撑杆铰接于管座中部，并能在一定范围内打开或收拢。
8.根据权利要求7所述的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，其特征在于：伞形电动收放机构中，三根撑杆互呈120°，三根撑杆的外端分别与三根支腿中端铰接，三根撑杆的内端铰接于管座中的螺母外围上，螺母与安装于管座内中轴线上的丝杆螺纹连接，C电机及减速器带有刹车装置并固定连接于管座前端，C电机及减速器通过联轴器与丝杆连接并驱动丝杆转动；其中，C电机及减速器与控制系统连接。
一种锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置
技术领域
[0001] 本发明属于锅炉施焊作业的辅助装置，具体涉及一种锅炉本体中换热管与锅筒焊接时，用于拖动锅炉本体使其换热管与锅筒内壁待焊环焊缝运动至理想位置而进行施焊作业的变位装置。
背景技术
[0002] 锅炉属于高温高压设备，其生产制造的质量要求较高，锅炉本体中的锅筒与换热管连接焊缝较多，存在大量需要在锅筒内沿换热管端部周向施焊的环焊缝，由于一般锅筒直径较小，焊工处于半封闭空间的筒内施焊作业环境恶劣，因劳动强度大和工作时间长对焊工的身心健康产生影响，导致工作效率低、焊接质量难保证和企业招工难度大等问题，严重影响工作效率和企业的经济效益。采用自动焊接代替人工焊接可以解决上述问题，自动焊接中为保证焊接质量，一般要求水平施焊，如果采用一种拖动锅炉本体使其换热管与锅筒内壁待焊环焊缝运动至水平位置而进行施焊作业的变位装置即可实现此目的。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种在自动焊接过程中具有变位功能的锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，以利于实现自动焊接替代人工焊接。
[0004] 本发明的目的是通过如下的技术方案来实现上述目的的：该锅炉本体换热管与锅筒焊接的变位装置，它包括一个能放置锅筒的小车，小车底部两侧各安装有一组车轮，小车通过车轮放置于底座上的两条钢轨之上并可沿钢轨移动；还包括一个圆笼形的转笼，转笼中固定有两条平行钢轨，其高度和间距与底座上的两条钢轨相同；转笼的左右两端各设有一个支撑环，右端支撑环的外端还设有一个大齿轮，转笼右端底部设有主动滚轮架，主动滚轮架上设有与转笼右端支撑环配合支撑且能转动的滚轮以及与转笼右端大齿轮相啮合的小齿轮，小齿轮与A电机及减速器连接，转笼左端底部设有从动滚轮架，从动滚轮架上设有与转笼左端支撑环配合支撑且能转动的滚轮；转笼的左右两端还设有端盖，端盖上设有与锅炉本体的上锅筒、下锅筒相对应的圆孔；锅炉本体在小车上完成装配后通过绞车将小车和锅炉本体牵引进入转笼后再安装端盖，通过上锅筒、下锅筒穿过端盖上的两个圆孔将锅炉本体固定于转笼中；焊枪架的中心固定于转笼的左端盖中心处，焊枪架的两端各固定有一个B电机及减速器和一个焊枪，焊枪伸入上锅筒、下锅筒中；A电机及减速器驱动主动滚轮架上的小齿轮带动转笼上的大齿轮实现转笼转动，从而实现锅炉本体变位，使插入上锅筒、下锅筒内不同位置的换热管开口垂直朝上，同时B电机及减速器驱动焊枪架的轨道梁使焊枪方向朝下，通过以上两者的复合运动使工件焊缝处于水平施焊状态。因此，解决了换热管与锅筒自动焊接中的变位问题，确保自动焊接能顺利进行；而圆笼形的转笼是由型钢固定连接的框架式结构，具有强度好、重量轻和利于外部观察的特点。
[0005] 具体的，小车的主体为圆弧形凹槽，由钢板和型材焊接而成，下锅筒固定安装于圆弧形凹槽中；小车的主体两侧各安装有一组带有轮缘的车轮。具有轮缘车轮的小车可以平稳可靠地在轨道上移动，圆弧形结构车体有利于下锅筒牢靠地固定于小车之上，确保下一步锅炉本体随小车一起进入转笼中。
[0006] 具体的，主动滚轮架包括主动底座，主动底座上面两端各设有一个滚轮，前端滚轮驱动轴的右端同轴安装一个小齿轮后再通过联轴器与A电机及减速器输出轴相连接，前端滚轮驱动轴的左端与一个旋转编码器相连接；其中，A电机及减速器和旋转编码器与控制系统连接。此种结构使支撑和驱动机构高度集成，结构紧凑，不需要单独设置驱动底座。
[0007] 具体的，从动滚轮架包括从动底座，从动底座上面两端各设有一个滚轮。
[0008] 具体的，焊枪架包括一根其中心通过螺栓连接固定于转笼左端盖中心处的固定梁，固定梁两端外侧各安装有一台B电机及减速器，固定梁两端内侧各活动安装有一根轨道梁，两根轨道梁分别伸入上锅筒、下锅筒中，其中心线分别与上锅筒、下锅筒中心线重合，并与固定梁的中心线垂直；两根轨道梁的一侧面分别安装有焊枪，B电机及减速器的输出轴与轨道梁的中心轴连接并驱动轨道梁转动；两根轨道梁的外端部各安装有一个辅助支撑结构；其中，B电机及减速器与控制系统连接。通过转动轨道梁解决了焊枪与处于竖直方向换热管的对准问题。
[0009] 进一步的，轨道梁的一侧面沿长度方向平行安装有两根导轨和一根齿条，齿条位于两根导轨中间；焊枪通过焊枪连接部件安装于滑块上，并能通过嵌入导轨中的滑块沿导轨滑动；焊枪连接部件上安装有小齿轮和步进电机或伺服电机，小齿轮与轨道梁上的齿条相啮合，小齿轮由步进电机或伺服电机驱动；轨道梁上还安装有高精度双轴倾斜角度传感器，用于检测轨道梁的倾斜角度；其中，步进电机或伺服电机和高精度双轴倾斜角度传感器与控制系统连接。通过安装于焊枪连接部件上的齿轮传动机构与安装于轨道梁上的齿条相啮合实现焊枪部件的轴向移动，通过检测轨道梁倾角来实现焊枪指向正下方，使焊枪在轨道梁上只需要作轴向移动即可实现焊枪回转中心与各换热管中心重合，从而实现所有焊缝的自动焊接。
[0010] 具体的，辅助支撑结构包括一根插入轨道梁前端并连接固定的管座，管座的前端铰接有三根相互成120°的支腿，三根支腿的外端分别与三个脚轮相连接，三根支腿的中端分别通过伞形电动收放机构的三根撑杆铰接于管座中部，并能在一定范围内打开或收拢。辅助支撑减小了悬臂式长轨道梁的振动问题，对提高焊缝质量具有重要作用。
[0011] 进一步的，伞形电动收放机构中，三根撑杆互呈120°，三根撑杆的外端分别与三根支腿中端铰接，三根撑杆的内端铰接于管座中的螺母外围上，螺母与安装于管座内中轴线上的丝杆螺纹连接，C电机及减速器带有刹车装置并固定连接于管座前端，C电机及减速器通过联轴器与丝杆连接并驱动丝杆转动；其中，C电机及减速器与控制系统连接。伞形电动收放机构可以实现辅助支撑自动定位于锅筒内壁，同时还可保证轨道梁中心与锅筒中心重合，解决了轨道梁从锅筒孔伸入锅筒后无法再人工进入锅筒安装辅助支撑的问题。
[0012] 本发明结构紧凑，设计合理，自动化程度高，解决了锅炉本体换热管与锅筒焊接过程中从工人焊接实现自动焊接的变位问题，并且保障了焊缝质量，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0013] 图1是本发明实施例使用状态时的整体结构示意图。
[0014] 图2是本发明实施例中小车的立体结构示意图。
[0015] 图3是本发明实施例中小车牵引入转笼时的结构示意图。
[0016] 图4是本发明实施例中主动滚轮架的立体结构示意图。
[0017] 图5是图1安装有焊枪架的左侧视图。
[0018] 图6是本发明实施例中焊枪架一端的结构示意图。
[0019] 图7、图8是图6中Ⅰ处焊枪部分两种不同视角的放大示意图。
[0020] 图9是图6中Ⅱ处辅助支撑结构部分的放大示意图。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0022] 参见图1、图2、图3，本实施例包括一个图2所示的小车，小车的主体16为圆弧形凹槽，由钢板和型材焊接而成，下锅筒26固定安装于圆弧形凹槽中；小车的主体16两侧各安装有一组带有轮缘的车轮15，小车通过车轮15放置于底座上的两条钢轨14之上并可沿钢轨14移动。还包括一个圆笼形的转笼11，转笼11中固定有两条平行钢轨，其高度和间距与底座上的两条钢轨14相同；转笼11的左右两端各设有一个支撑环13，两支撑环13之间通过焊接网格状型钢进行固定连接；右端支撑环13的外端还设有一个大齿轮3，转笼11右端底部设有主动滚轮架。参见图4，主动滚轮架包括主动底座8，主动底座8上面两端各设有一个滚轮2，前端滚轮驱动轴的右端同轴安装一个小齿轮4后再通过联轴器5与A电机7及减速器6的输出轴相连接，小齿轮4与转笼右端大齿轮相啮合，前端滚轮驱动轴的左端与一个旋转编码器24相连接；其中，A电机7及减速器6和旋转编码器24与控制系统(图中未画出)连接。从图1中可见，转笼11左端底部设有从动滚轮架，从动滚轮架包括从动底座1，从动底座1上面两端各设有一个滚轮2，主动滚轮架和从动滚轮架通过其滚轮2与支撑环13相接触而支撑起包括锅炉本体在内的整个重量。转笼11的左右两端还设有端盖9，端盖9上设有与锅炉本体的上锅筒27、下锅筒26相对应的圆孔；锅炉本体在小车上完成装配后通过绞车将小车和锅炉本体牵引进入转笼11后再安装端盖9，通过上锅筒27、下锅筒26穿过端盖9上的两个圆孔将锅炉本体固定于转笼11中。
[0023] 参见图5、图6，焊枪架包括一根其中心通过螺栓连接固定于转笼左边的端盖9中心处的固定梁12，固定梁12两端外侧各安装有一台B电机及减速器35，固定梁12两端内侧各活动安装有一根轨道梁10，两根轨道梁10分别伸入上锅筒27、下锅筒26中，其中心线分别与上锅筒27、下锅筒26中心线重合，并与固定梁12的中心线垂直；两根轨道梁10的一侧面分别安装有焊枪，B电机及减速器35的输出轴与轨道梁10的中心轴连接并驱动轨道梁10转动；两根轨道梁10的外端部各安装有一个辅助支撑结构；其中，B电机及减速器35与控制系统(图中未画出)连接。
[0024] 参见图7、图8，轨道梁10的一侧面沿长度方向平行安装有两根导轨30和一根齿条29，齿条29位于两根导轨30的中间；焊枪34通过焊枪连接部件安装于滑块32上，并能通过嵌入导轨30中的滑块32沿导轨30滑动；焊枪连接部件上安装有小齿轮33和步进电机36，小齿轮33与轨道梁10上的齿条29相啮合，小齿轮33由步进电机36驱动；轨道梁10上还安装有高精度双轴倾斜角度传感器28，用于检测轨道梁10的倾斜角度；其中，步进电机36和高精度双轴倾斜角度传感器28与控制系统(图中未画出)连接。
[0025] 参见图9，辅助支撑结构包括一根插入轨道梁10前端并连接固定的管座18，管座18的前端铰接有三根相互成120°的支腿20，三根支腿20的外端分别与三个脚轮22相连接，三根支腿20的中端分别通过伞形电动收放机构的三根撑杆19铰接于管18的中部，并能在一定范围内打开或收拢。伞形电动收放机构中，三根撑杆19也互呈120°，三根撑杆19的外端分别与三根支腿20中端铰接，三根撑杆19的内端铰接于管座18中的螺母17外围上，螺母17与安装于管座18内中轴线上的丝杆21螺纹连接，C电机及减速器23带有刹车装置并固定连接于管座18的前端，C电机及减速器23通过联轴器与丝杆21连接并驱动丝杆21转动；其中，C电机及减速器23与控制系统(图中未画出)连接。
[0026] 本发明的工作过程及原理如下：
[0027] 在将锅炉本体进行变位操作前，将小车定位于外部底座上的钢轨14之上，转笼11放置于主动滚轮架和从动滚轮架之上，同时要求转笼11外表面的大齿轮3与主动滚轮架的小齿轮4正确啮合，通过主动滚轮架中的A电机7及减速器6驱动转笼11，将固定于转笼11中的2根轨道调整至底部与小车外部钢轨14平齐，在小车主体16上将换热管25与下锅筒26、上锅筒27通过点焊组装成锅炉本体，然后将位于转笼11另外一端的绞车缆绳通过转笼11内部与小车相连，启动绞车电机，牵引小车沿转笼11底部钢轨14将锅炉本体送入转笼11中，在转笼11两端面加装上、下开有圆孔的圆形端盖9，夹住锅炉本体中的下锅筒26、上锅筒27两端，至此锅炉本体与转笼11连接为一整体结构。
[0028] 焊枪架包括固定梁12、轨道梁10和B电机及减速器35，固定梁12两端各活动安装有一根轨道梁10，轨道梁10后端与固定梁12上的B电机及减速器35的输出轴(或孔)相连接，轨道梁10下表面沿长度方向安装有导轨30和齿条29，焊枪34活动安装于导轨30之上，通过安装于焊枪连接部件上的小齿轮33传动机构与安装于轨道梁10上的齿条29相啮合实现焊枪34的轴向移动。双轴倾斜角度传感器28安装于轨道梁10之上，轨道梁10前端固定连接有辅助支撑结构。辅助支撑结构包括管座18、支腿20和伞形电动收放机构，管座18后端与轨道梁
10前端面固定连接，三根支腿20互呈120°，其内端活动连接于管座18的前端，三根支腿20的外端分别与三个脚轮22相连接，支腿20的中端与伞形电动收放机构相连；伞形电动收放机构包括撑杆19、丝杠21、螺母17、C电机及减速器23和联轴器，C电机及减速器23带有刹车装置并固定连接于管座18的前端，其输出轴通过联轴器与丝杠21相连，螺母17活动连接于丝杠21之上；三根撑杆19互呈120°，其内端与螺母17活动连接，其外端分别与三根支腿20的中端活动相连。将以上零部件组装完成后，通过起吊装置将轨道梁10的前端从下锅筒26、上锅筒27的孔中伸入，然后启动C电机及减速器23将三根支腿20张开并通过电机刹车锁定住，使安装于支腿20外端的三个脚轮22同时接触下锅筒26或上锅筒27的内壁，继续将轨道梁10送入锅筒中，直至固定梁12的底部与转笼11左边的端盖9中心位置相接触后用螺栓固定固定梁12，至此焊枪架安装完成。
[0029] 下锅筒26或上锅筒27内换热管接口在锅筒内壁呈现马鞍型分布，启动A电机及减速器6转动转笼11使下锅筒26或上锅筒27中某一排换热管25端口平面到达水平位置，转笼11旋转的角度值由安装于主动滚轮架上的旋转编码器24确定，然后启动B电机及减速器35转动轨道梁10使安装于轨道梁10下表面的焊枪34指向正下方，由安装于轨道梁10上的双轴倾斜角度传感器28来保证位置要求，使焊枪34与下方换热管25端口对准，至此可以开始自动焊接操作，每焊接完一根管子，启动焊枪34上的齿轮传动机构(齿轮传动机构包括图中的步进电机动31，为成熟技术，在此不再赘述)，使焊枪34对准这一排管口的相邻管口开始下一焊接动作，自动重复以上动作即可完成该排换热管25的自动焊接作业，根据以上动作过程可以实现其余管口的焊接工作，本发明变位装置虽然拥有2套焊接装置，但是焊接时只能对位于上部的锅筒进行焊接，位于下部的锅筒不能同时焊接，为提高工作效率可以在同一根轨道梁10上安装两套焊枪34，可以让它们处于轨道梁上不同位置同时进行自动焊接。
