小口径不锈钢管道自动焊设备机械部分的设计出发点

针对小口径不锈钢管道自动焊设备机械部分的设计原则有以下三点:

(1)功能性原则:满足小口径不锈钢管道自动焊对小口径不锈钢管道的行走、摆动、送丝、位置调整等机构的自动运行功能,并且实现焊接过程的稳定性(减小电机启停对焊机的振动冲击,尽量使得机身运动部件紧凑,质量轻,尽量减少惯性力),焊接工艺的可调性,焊后焊缝质量的优良,同时还要满足在焊接过程中的操作简便、安全、环保等众多的要求。

(2)模块化设计原则:由于需要焊接的不锈钢管道口径存在一定的变化范围,因此需要小口径不锈钢管道自动焊设备能适应不同尺寸不锈钢管道的焊接,配备与机械系统相匹配的不同尺寸的可快速拆卸的模块化配件,有利于快速高效的解决待焊件的尺寸适配问题。针对摆动机构、驱动电机及变速器等易损件开发出相应的配件,使得部件更换简单、快速。

(3)高精度设计原则:由于不锈钢管道的口径比较小,并且要求焊枪在焊接时不断摆动,对摆动范围进行精确控制,以确保不锈钢管道焊接后两不锈钢管道同轴度较高并且焊缝质量良好,因此小口径不锈钢管道自动焊的的设计精度成为考虑的问题之一。这就需要在机械机构和控制系统两方面进行考虑。机械结构方面,机电一体化系统的响应速度和精度受机械零部件的传动类型(齿轮传动、齿轮齿条、同步带以及其他非线性传动部件等)以及零件本身的质量精度影响较大,因此在设计选型期间就要把零部件的传动间隙、传递精度、是否模块化等一些列问题考虑在内。

小口径不锈钢管道自动焊的研究要求能实现焊接小车在圆周上的高精度运行,不能出现焊接过程中的电机抖动问题,因此在结构设计以及电机选型时要考虑到实际的负载在圆周各位置的变化、运动时重力以及各种摩擦阻力的变化。软件方面选择对步距角小、细分数多得电机进行编程控制,减小误差。根据上述原则,小口径不锈钢管道自动焊的轨道采用铰链式的分体结构,在能完成焊接小车稳定行走的基础上,还能保证焊接设备的快速拆装,因为铰链式结构的可扩展性使得其可以使用的不锈钢管道半径范围较大,满足了一套焊接设备可以对不同口径不锈钢管道焊接的要求,同时也满足了模块化设计、拆装方便、可替换性强等要求。其次针对焊接小车的行走结构、送丝机构、摆动机构、位置调整机构等机械结构以及控制系统进行可行性、优劣性的分析,找出最优搭配选项,因此列出了小口径不锈钢管道自动焊功能技术矩阵进行研究和选择。

在进行功能设计时每个机构都有几种选择途径,以小口径不锈钢管道自动焊运行稳定、精度高、能迅速响应控制参数的变化为目标,使该设备能够完成不锈钢管道的自动化焊接,经过比较分析功能方案选择如下:焊枪摆动选择丝杠传动:满足体积小,摆动距离可以自由调节;焊机行走选择齿轮齿条传动:效率高,传动平稳;送丝机构选择齿轮传动:传动平稳,效率高;信息处理选择有检测传感器:跟踪准确,反馈及时;控制功能选择单片机控制:快速处理、控制灵活、价格便宜;动力方面,为降低成本行走机构选择带有编码器功能的步进电机;送丝机构选择直流电机,因为直流电机调速性能好,使得送丝过程稳定;摆动和升降机构选择步进电机,因为步进电机没有累计误差。

针对小口径不锈钢管道自动焊控制电机的选型要求,要求控制电机的比功率大,即性能强大,也就是电机的单位质量输出的功率大

根据电机转动特性可以知,电机比功率大,则电机的加减速扭矩大,就能使得电机加减速时运行平稳,减少失步和过冲的发生,因此能减小振动和噪音、提高运行精度、满足起停频繁的工作要求,符合小口径不锈钢管道自动焊设备的设计要求。

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