<<
>>

§ 26. Специализированные сварочные манипуляторы

  Конструкции специализированных сварочных манипуляторов весьма разнообразны, так как они узко специализируются для изготовления сварных изделий какого- либо одного определенного типа или даже типоразмера.
Поэтому их исчерпывающее описание и полная классификация едва ли возможны. Тем не менее, из всего многообразия действующих конструкций можно выделить три наиболее распространенные разновидности, отличающиеся друг от друга своим назначением и кинематическими особенностями механизмов движения: манипуляторы для сварки швов на сферических поверхностях (котельных днищ, шаровых резервуаров и проч.); копирные манипуляторы для сварки криволинейных швов сложного контура, например овальных (в автоцистернах), ломаных швов, составленных и5 прямых и круговых участков (в вагонетках, канистрах и др.) и т. д.; многокоординатные манипуляторы, имеющие три и более рабочих и установочных движения.
Манипуляторы для сварки сферических оболочек. Манипуляторы этого типа — простейшие из рассматриваемых. Как и универсальные сварочные манипуляторы (см. § 25), они имеют две взаимно перпендикулярные оси поворота изделия, и поэтому конструкции этих манипуляторов по своей общей компоновке аналогичны. Существенное различие между ними заключается лишь в приводах вращения и наклона изделия. В обычных, универсальных манипуляторах наклон планшайбы служит для установочных перемещений изделия, а вращение ее вокруг собственной оси — для рабочего (сварочного) перемещения. В рассматриваемых же манипуляторах наоборот, наклон планшайбы осуществляет рабочее перемещение изделия со сварочной окружной скоростью, а вращение планшайбы вокруг своей оси осуществляет установочное перемещение. В механизмах вращения не исключена возможность и целесообразность устройства и для рабочего перемещения изделия вращением планшайбы, если требуется, например, производить сварку круговых швов, расположенных не только но «меридианам» сферы, но и по ее «параллелям».
На рис. 126 представлен манипулятор для сварки меридиональных швов на сферических днищах паровых котлов и сосудов химического машиностроения, а также для сварки кругового «полюсного» шва, соединяющего верхнюю тарелку днища с ее основной, лепестковой частью. В правой проекции рис. 126 штрих-


Рис. 126. Манипулятор для сварки сферических днищ:
1 — привод механизма вращения планшайбы} 2 — привод механизма наклона планшайбы; з — червячный редуктор, 4 — губчатый сектор; 5 — опорная стойка» 6 «— ось наклона планшайбы} 7—поворотная траверса со шпинделем} 8—планшайба} 9—свариваемое изделие} 10 — сварочная головка.


пунктирными линиями показано положение манипулятора во время сварки полюсного шва, а также в начале сварки меридионального шва.
При сварке полюсного шва, соединяющего верхнюю тарелку с лепестками, планшайба вращается вокруг своей оси со сварочной скоростью, при которой окружная скорость полюсного шва равна заданной скорости сварки. Механизм наклона в это время неподвижен. При сварке меридионального шва наоборот, механизм вращения планшайбы бездействует, а механизм наклона поворачивает изделие с окружной скоростью, равной скорости сварки.

Планшайба может наклоняться в обе стороны от горизонтального положения на угол 90°, т. е. всего на 180°.
В манипуляторах, предназначенных для автоматической сварки днищ, имеющих форму полусферы (см. рис. 126), опорная плоскость планшайбы 8 в горизонтальном положении должна быть расположена не выше оси наклона 6 с таким расчетом, чтобы при установке днища на планшайбу (с регулировочными подкладками или без подкладок) центр сферы совпадал с осью наклона. При несовпадении центра сферы с осью наклона планшайбы автоматическая сварка меридиональных швов неподвижной головкой 10 будет затруднена.
Поворотная траверса манипулятора 7 прикреплена к зубчатым секторам и цапфам жестким болтовым соединением. Для унификации узлов манипулятора и расширения его эксплуатационных возможностей целесообразно выполнять сопряжение траверсы

Рис. 127. Кольцевой манипулятор для сварки сферических резервуаров:
1 — механизм вращения кольца; 2 — опорная цапфа поворотного круга; з— поворотный круг; 4 — зубчатое колесо; 5— механизм наклона; 6 — опорная колонна; 7 — наружное кольцо поворотного круга; 8 — защитный кожух; 9 — стальной шар; 10 — опорная лапка резервуара; 11 — свариваемый резервуар; 12 — внутреннее кольцо; 13 — цевочный круг.


с секторами подвижным, чтобы можно было изменять расстояние от плоскости планшайбы до оси наклона. Такая возможность позволяет переналаживать манипулятор на разную продукцию.
Механизмы вращения и наклона планшайбы по кинематической схеме аналогичны механизмам универсального манипулятора УД-128 (см. рис. 122). Однако мощности приводов и размеры передач совершенно различны в соответствии с грузоподъемностью манипуляторов.
На рис. 127 изображен бесшпиндельный кольцевой манипулятор для сварки крупногабаритных шаровых емкостей (резервуаров, газгольдеров), а также сферических днищ. Характерная особенность этого манипулятора, отличающая его от всех описанных выше, заключается в том, что вместо обычной планшайбы, насаженной на шпиндель, он снабжен поворотным крепежным кольцом 3 без шпинделя. Это позволяет уложить и закрепить шаровой сосуд в кольце так, чтобы его экваториальная окружность располагалась в одной плоскости с осью поворота кольца. Именно в таком положении сосуда можно поворотом кольца вокруг неподвижной горизонтальной оси 2 осуществить его рабочее вращение при сварке меридиональных швов. Вторым и весьма важным преимуществом кольцевых манипуляторов перед обычными шпиндельными является возможность сварки круговых швов сферического днища или шарового сосуда не только снаружи, но и изнутри. Наконец, третьей положительной особенностью кольцевых манипуляторов является то, что они, как правило, полноповоротпые. Следовательно, свариваемое изделие можно поворачивать на 360° и более вокруг обеих взаимно перпендикулярных осей. При этом вращение производится как с установочной, так и со сварочной скоростями, для чего в приводах обоих механизмов предусмотрены регуляторы частоты вращения электродвигателей. В обычных универсальных манипуляторах такое полноповоротное вращение изделия осуществляется только относительно оси шпинделя, а его наклон ограничивается предельным углом 90—135°.
Недостатком кольцевых манипуляторов является ограниченность диапазона диаметров свариваемых изделий. Для изготовления сферических сосудов сравнительно малого диаметра требуются специальные накладные кольца — приспособления, с помощью которых сосуд можно прикрепить к основному поворотному кольцу манипулятора.
Поворотный круг манипулятора состоит из двух колец: наружного 7, опирающегося своими цапфами на стационарно установленные подшипники, и внутреннего 12, вращающегося относительно наружного, т. е. относительно их общей оси. Внутреннее кольцо служит для свариваемого изделия опорным и крепежным. Для удобства укладки и закрепления изделия в манипуляторе к наружной поверхности изделия 11 привариваются временные опорные лапки 10.
Для уменьшения сил трения поворотный круг смонтирован на шарах 9, образующих вместе с наружным и внутренним кольцами своеобразный шарикоподшипник.
Механизм вращения кольца (рис. 128) состоит из электродвигателя постоянного тока с регулятором частоты вращения, двух- черзячного редуктора 10 с выходной цевочной шестерней 4 и цевочного круга 6 на вращающемся кольце 7. Таким образом, передаточный механизм состоит из двух последовательных червячных передач и одной цевочной передачи на кольце. Следует заметить, что при меньших диаметрах изделия и кольца цевочная передача может быть заменена цилиндрической или даже червячной (с косо расположенным червяком) зубчатой передачей. В этом случае цевочный круг заменяется зубчатым венцом.
Механизм наклона по своей кинематической и конструктивной схеме аналогичен механизму вращения кольца, с той лишь разницей, что вместо цевочной передачи имеется цилиндрическая зубчатая, состоящая из выходной шестерни редуктора 5 (см. рис. 127) и зубчатого колеса 4, связанного с наружным кольцом поворотного круга.
В кольцевом манипуляторе можно производить не только сварочные, но и сборочные операции, если доиолнигь манипулятор

Рис. 128. Механизм вращения кольца манипулятора для сварки сферических резервуаров:
1 — опорная колонна манипулятора; 2 — опорный подшипник поворотного круга, 3 — цапфа поворотного круга; 4 — цевочная шестерня; 5 наружное кольцо манипулятора; 6 — цевочный круг; 7 — внутреннее кольцо манипулятора; 8 — шар; 9 — свариваемое изтелие: 10 — двухчервячный редуктор; 11 — электродвигатель.


соответствующей оснасткой в виде сборочных и транспортноподъемных устройств.
Описанные манипуляторы (см. рис. 126 и 127) могут быть выполнены в виде позиционеров, имеющих приводы с постоянной, нерегулируемой скоростью, что существенно упрощает конструкцию приводных механизмов и всю электросхему манипулятора. Эта постоянная скорость вращения должна быть равна установочной — маршевой и больше рабочей — сварочной скорости.
На таких позиционерах можно также сваривать круговые швы. Однако автоматическую сварку или наплавку на позиционерах можно осуществлять только самоходной плавающей головкой, движущейся со сварочной скоростью непосредственно по изделию, например, сварочным трактором ТС-17М. При этом роль механизмов наклона и вращения сводится к периодической кантовке изделия для сохранения горизонтальности свариваемого или наплавляемого участка под дугой в заданных допускаемых пределах. Совершенно очевидно, что такой способ автоматической сварки круговых швов менее удобен в эксплуатации и не гарантирует высокого качества, так как требует напряженного внимания сварщика, которому приходится на ходу корректировать не только направление дуги по шву, но и горизонтальность наплавляемого участка.
В подобных случаях, т. е. при использовании позиционеров вместо сварочных манипуляторов, некоторые автосварочные установки (см. рис. 77 в работе [131) снабжаются специальными электромеханическими датчиками, контролирующими горизонтальность свариваемого или наплавляемого участка изделия под дугой. Эти датчики дают сигнал на включение механизмов поворота для кантовки изделия при достижении предельно допустимого угла наклона шва под дугой. Разумеется, такая автоматизированная система более совершенна, но и более сложна по сравнению с системой ручного управления позиционером.


Рис. 129. Пневмоколесный (роликовый) манипулятор для сварки сферических резервуаров.


Чем больше ра/щус свариваемого шва, тем реже можно производить кантовку изделия и, следовательно, тем меньше будет отрицательное влияние периодических поворотов и остановок изделия. При сравнительно малых диаметрах сварных швов (менее 2 м) использование позиционеров вообще не рекомендуется, так как слишком часто и на очень короткое время придется включать механизм поворота, а при этом можно легко выйти за пределы допускаемых отклонений от горизонтали.
При сооружении крупногабаритных сферических резервуаров на строительно-монтажных площадках применяются роликовые манипуляторы для вращения резервуаров во время сварки [6]. На рис. 129 показан пневмоколесный манипулятор [5], применяемый при изготовлении резервуаров объемом 2000 м3, диаметром 16 м, толщиной стенки 16 мм и массой 104 т. В качестве ролико- опор здесь использованы колеса тяжелых грузовых автомобилей диаметром 1100 мм и шириной 330 мм с пневматиками, рассчитанными на давление воздуха до 9 ати. Основное преимущество ро- ликоопор с пневматиками, по сравнению со стальными роликами или обрезиненными массивными грузошинами, заключается в резком увеличении площадки контакта роликоопоры с оболочкой резервуара и, следовательно, в уменьшении удельного контактного давления на оболочку. Для сравнительно тонкостенных оболочек это обстоятельство имеет чрезвычайно важное значение, так как благодаря ему резко .снижаются не только контактные напряжения в оболочке, но и локальные изгибные напряжения в ней, способные привести к местной потере устойчивости оболочки и образованию вмятин.
Манипулятор состоит из подъемно-поворотного роликового стенда, который может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перекатываясь своими тележками 7 и 9 по круговому рельсу 10, и опорного кольца 2, стационарно установленного на фундаменте. Благодаря подъемному устройству роликового стенда резервуар может опираться либо на роликоопоры, с помощью которых он приводится во вращение со сварочной скоростью, либо на неподвижное опорное кольцо 2, расположенное в центре роликового стенда соосно с круговым рельсом.
Весь комплект роликоопор набран из 16 пневматических колес 4 и 12, смонтированных в четыре подъемных блока, по четыре колеса в каждом из них. Каждый колесный блок закреплен на штоке подъемного гидроцилиндра и состоит из двух пар колес, связанных между собой уравнительным балансиром. Балансир обеспечивает самоустановление колес по изделию подобно ролико- опорам по рис. 99.
Подъемные гидроцилиндры вмонтированы в несущие трубчатые колонки 11, опирающиеся, в свою очередь, па тележки поворотного круга 7 и 9. Все четыре гидроцилиндра сообщаются между собой и, следовательно, всегда находятся под одним давлением. Вследствие этого, а также благодаря наличию балансиров в роликоопорах нагрузка на все колеса распределяется равномерно, поровну, несмотря на кажущуюся статическую неопределимость многооиор- ной системы.
Из четырех колесных блоков два блока 3 являются ведущими и снабжены приводом 5 на все колеса, а два других блока — ведомые, с холостыми роликоопорами 12. Опорные колонки всех четырех блоков связаны между собой трубчатыми элементами 7, образующими жесткую несущую конструкцию роликового стенда. Эта конструкция опирается на четыре ходовые тележки, также связанные между собой трубчатыми стержнями, образующими в плане жесткую квадратную раму. Две тележки 9 — приводные ведущие, а две другие 7 — холостые.
Ведущая тележка 9 состоит из сварной рамы с двумя ходовыми колесами и электропривода 8. Колеса повернуты на угол 14° 30' для установки их в вертикальной плоскости, касательной к окружности рельса. Одно ходовое колесо — ведущее, другое — холостое. Привод состоит из электродвигателя А032-4, двух последовательных редукторов и зубчатой передачи на ведущее ходовое колесо.
Пневматические колеса холостых (ведомых) роликоопор расположены так, что проекции их осей на горизонтальную плоскость параллельны осям Еедущих колес, а следовательно, и оси вращения резервуара. Эти колеса имеют небольшой наклон к вертикали (около 20°) с таким расчетом, чтобы их средняя плоскость проходила через центр сферического резервуара. Благодаря этому достигается равномерное опирание последнего на колеса с минимальными потерями на трение при неизбежном частичном проскальзывании колес.
На одной из холостых тележек установлена насосная станция 6 для питания подъемных гидроцилиндров. Она состоит из электродвигателя, поршневого насоса и масляного бака. Электрические силовые цепи манипулятора питаются от сети переменного тока 380 В, а цепи управления включаются на 12 В. Управление манипулятором дистанционное и осуществляется с двух переносных пультов, которые дублируют друг друга. Один пульт находится в кабине автосварщика, второй — внизу, на строительной площадке.
Порядок работы на манипуляторе следующий. После того, как сферический резервуар смонтирован на неподвижном опорном кольце и собран на прихватках, роликовый стенд, находящийся в это время в крайнем нижнем положении, поворачивается по круговому рельсу таким образом, чтобы подлежащий сварке меридиональный шов лежал в вертикальной плоскости посредине между ведущими пневмоколесами. Затем включается привод насоса, и все роликоопоры под действием гидроцилиндров поднимаются и принимают па себя резервуар, снимая его с неподвижного опорного кольца. После этого включается привод ведущих роликоопор, и резервуар начинает вращаться с окружной скоростью, равной скорости сварки. Для сварки других меридиональных швов резервуара необходимо изменить плоскость его вращения. С этой целью резервуар опускают на неподвижное опорное кольцо, а роликовый стенд — в крайнее нижнее положение. Затем роликовый стенд поворачивается по круговому рельсу так, чтобы очередной меридиональный шов расположился в нужном для сварки положении — посредине между ведущими пневмоколесами. Снова роликовый стенд поднимается (до фиксированного упора) и весь цикл повторяется.
Для возможности транспортирования по железной дороге или на автомобилях, а также для удобства монтажа и демонтажа конструкция роликового манипулятора выполнена разборной и состоит из отдельных транспортных блоков, собираемых между собой болтовыми соединениями. Масса отдельных блоков не превышает 10 т.
Роликовые манипуляторы для крупногабаритных изделий, в том числе рассмотренный выше пневмоколесный манипулятор, обладают рядом преимуществ по сравнению с кольцевыми манипуляторами (см. рис. 127) того же назначения: а) конструкция роликового манипулятора (для сварки сферических резервуаров большого диаметра) проще и дешевле в изготовлении и монтаже благодаря отсутствию большого поворотного кольца, охватывающего резервуар по «экватору»; б) в противоположность кольцевым роликовые манипуляторы позволяют осуществлять автоматическую сварку наружных меридиональных швов без разрывов в зоне поворотного кольца, пересекающего эти швы в кольцевых манипуляторах; в) в роликовых манипуляторах возможный диапазон свариваемых резервуаров шире, чем в кольцевых; г) не требуется предварительной прихватки к резервуару опорных лапок по экваториальной окружности, как при работе с кольцевыми манипуляторами.
Роликовые манипуляторы имеют следующие недостатки: а) на них, в противоположность кольцевым манипуляторам, невозможна или крайне затруднена сварка в нижнем положении круговых швов, расположенных по параллелям сферы (если они есть). Такая сварка требует вращения резервуара вокруг наклонной оси, между тем как роликовый манипулятор может осуществлять вращение только относительно горизонтальных осей. Поэтому на роликовом манипуляторе можно производить автоматическую сварку в нижнем положении только меридиональных швов и одного экваториального; б) при вращении резервуара на роликах возможен постепенный уход шва с геометрической линии сварки на значительную величину, зависящую от неточностей установки роликов и от диаметра резервуара. Чем больше диаметр, тем больше может быть абсолютная величина отклонения фактической линии шва от номинальной. В кольцевых манипуляторах возможность такого отклонения исключена; в) серьезным недостатком роликовых манипуляторов (в особенности с металлическими роликами) является концентрация напряжений в опорных зонах резервуара — в точках его соприкосновения с роликоопорами. Число роликоопор приходится подбирать так, чтобы местные контактные напряжения не превышали допускаемых и чтобы не была нарушена устойчивость геометрической формы резервуара. Кольцевые манипуляторы лишены этого недостатка.
Копирные манипуляторы для сварки сложных контурных швов. Представителями манипуляторов этого типа, специализированных для автоматической сварки сложных контурных швов, могут служить машины, действующие по принципу обкатки изделия или копирования контурной рейки. Общая кинематическая идея этих манипуляторов заключается в том, что ведущий ролик или шестерня неподвижно расположенного приводного механизма обкатывается по копирному шаблону или рейке, в точности повторяющей контур шва, и увлекает ее с контурной скоростью, равной окружной скорости шестерни или фрикционного ролика.
Так как копирная рейка жестко связана с изделием (через кре- пеяшое устройство), а окружная скорость шестерни или ролика, сцепленного с рейкой, равна скорости сварки, то изделие перемещается относительно неподвижной сварочной головки с заданной сварочной скоростью. Таким образом, в этих манипуляторах вместо вращения изделия вокруг какой-либо одной определенной оси осуществляется его перемещение с заданной контурной скоростью в зоне сварки (под дугой).
К сварочным манипуляторам, осуществляющим рабочее движение изделия при автоматической сварке, почти всегда предъявляется требование, чтобы свариваемые кромки находились под сварочной дугой в горизонтальном положении. В противном слу-


Рис. 130. Манипулятор для сварки овальных автоцистерн.


чае формирование шва резко ухудшается либо сварка становится вообще невозможной. При сварке прямолинейных швов это легко осуществить, установив изделие в нужную позицию. При сварке круговых швов это требование также выполняется просто: изделию сообщается равномерное вращение вокруг его оси, причем в верхней и нижней точках окружности естественно создаются горизонтальные участки шва с постоянной линейной скоростью сварки. Именно в этих местах и устанавливаются сварочные головки.
Совсем иначе обстоит дело с сосудами, имеющими в сечении не окружность, а эллипс или овал (бензовозы, автоцистерны и т. п.). Кольцевые овальные швы этих сосудов нельзя сваривать по тому же принципу, что и швы круглых барабанов, так как не существует одной оси, вокруг которой можно было бы вращать изделие и одновременно достигать постоянной скорости сварки и горизонтального расположения шва в зоне сварки. Если к этому еще добавить требование неподвижного расположения сварочной головки в процессе сварки (для удобства обслуживания), как это имеет место при сварке круговых швов, то станет очевидным, насколько сложнее задача автоматизации сварки овальных швов по сравнению с задачей сварки круговых швов.
Сварочный манипулятор [151, представленный на рис. 130, снабжен специальным копирным механизмом, кинематика которого полностью решает эту задачу и обеспечивает наиболее благоприятные условия для автоматической сварки овальных швов автоцистерн: горизонтальное положение шва под дугой в любой момент сварки, равномерную постоянную скорость сварки и неподвижное положение сварочной головки во время сварки, что значительно облегчает ее обслуживание по сравнению с обслуживанием плавающей, перемещающейся в пространстве головки.
Собранное при прихватках изделие 6 закрепляется в центрах специального плавающего приспособления, благодаря которому продольная ось изделия может плавать в пространстве, перемещаясь параллельно самой себе. Приспособление состоит из качающейся скобы 1 с зажимными центрами, образующими переднюю и заднюю бабки вращателя, продольного вала 9с двумя рычагами, шарнирно связанными со скобой 7, груза 7, который соединен тросом с третьим рычагом продольного вала 8 и таким образом уравновешивает (с некоторым избытком) массу плавающей скобы с изделием и облегчает ее плавание в пространстве.
Вращение изделию передается от электропривода с помощью фрикционной передачи, состоящей из двух ведущих роликов 3, 4 и одного ведомого шкива — копирного шаблона 2, форма которого повторяет контур поперечного сечения изделия и овального шва. Этот шаблон жестко связан с зажимным устройством, а следовательно, и с изделием во время его сварки. Так как ведущие ролики приводного механизма вращаются с постоянной скоростью, то и контурная скорость изделия относительно неподвижных сварочных головок 5 (т. е. скорость сварки) будет постоянной.
На таком же принципе копирования и обкатки копирного шаблона построена кинематика манипуляторов для сварки швов, имеющих прямоугольный контур с закруглениями по углам, например, для приварки крышек к корпусам прямоугольных электроконденсаторов. Шов, соединяющий крышку с корпусом, имеет прямоугольный периметр и состоит из четырех прямых участков с закругленными углами. Он сваривается на манипуляторе за один проход при непрерывном движении изделия относительно неподвижной сварочной головки с заданной рабочей скоростью v. Кинематика механизма рабочего движения построена по принципу обкатки и линейного перемещения копирного шаблона, в точности повторяющего контур шва и жестко связанного со свариваемым изделием. На рис. 131 представлена кинематическая схема последовательных положений / — IX изделия и его движений во время сварки — периодических поворотов вокруг неподвижного центра (упора) 5 во время сварки закруглений и периодических линейных перемещений (скольжений) изделия вдоль прямой А В во время сварки прямолинейных участков шва. Жирными линиями показан наплавляемый валик шва. Копирный шаблон приводится в движение фрикционной, зубчатой или цевочной передачей от электропривода. При этом радиус ведущего ролика или шестерни равен радиусу закругления, а ведомый контур шаблона выполнен соответственно в виде фрикционного, зубчатого или цевочного венца, повторяющего периметр шва.
Другим примером манипуляторов, осуществляющих сложное перемещение изделия при сварке фигурных швов, состоящих из круговых и прямолинейных участков, могут служить манипуляторы, применяемые в вальцесварочных установках для сборки

Рис. 131. Кинематическая схема рабочего движения изделия при сварке шва с прямоугольным периметром:
1, 2, з и 4 — стороны прямоугольного периметра шва; 5              • ведущий ролик и центр по
ворота изделия; 6 — сварочная головка.


и сварки кузовов шахтных вагонеток. Характерной особенностью этих манипуляторов является их многофункциональность. Кроме рабочего движения изделия, они выполняют функции сборочного кондуктора и гибочной машины, так как одновременно со сваркой двух швов, соединяющих торцовые днища (лобовины) с боковиной кузова, они загибают боковину, обворачивая ее вокруг лобовин и прижимая ее к последним. С кинематической точки зрения наибольший интерес представляет манипулятор для изготовления вагонеток’ с плоским дном (рис. 132). Он снабжен специальным копирным устройством, обеспечивающим непрерывное движение изделия с заданной скоростью относительно неподвижно установленных сварочных головок. Принцип действия этого


Рис. 132. Схема вальцесварочного манипулятора с копирным устройством для изготовления кузовов шахтных вагонеток:


1'—боковина кузова’ 2 — гибочные валки; з — сварочная головка; 4 — неподвижная направляющая пластина; 5— выдвижная (или откидная) направляющая пластина; 6 — ведущая шестерня с опорным диском; 7 — сборочный кондуктор; 8 — направляющие выступы кондуктора; 9 — гидроцилиндр гибочно-прижимного валка; 10 — зубчатый венец и копирный шаблон; I—VIII — последовательные положения кузова при сварке.
устройства аналогичен описанному выше, однако его конструкция существенно отличается от предыдущих. Основными элементами устройства является два контурных зубчатых венца 10gt; в точности повторяющих периметр свариваемого шва. Эти зубчатые венцы- копиры прикреплены к торцам кондуктора соосно с изделием и постоянно находятся в зацеплении с ведущими шестернями 6, радиус которых равен радиусу закругления шва и радиусу зубчатого венца. С шестернями соосно связаны опорные диски, диаметр которых равен начальному диаметру шестерен. Эти диски воспринимают реакции от давления гибочных прижимных валков 2 и таким образом разгружают зубчатое зацепление от радиальных усилий. Соответственно и зубчатый венец (с внутренним зацеплением) имеет опорную поверхность, которая повторяет начальную линию зубчатого венца, а следовательно, и контура шва.
Таким образом, весь сборочный кондуктор вместе с изделием подвешен на опорных дисках, а его зубчатые венцы 10 постоянно находятся в зацеплении с ведущими шестернями 6. Обе шестерни связаны между собой жесткой кинематической цепью, обеспечивающей строгую синхронность их вращения. Во время работы машины шестерни вращаются с окружной скоростью, равной скорости сварки, независимо от того, сваривается круговой шов или прямолинейный.
Для того чтобы обеспечить устойчивость прямолинейного движения кондуктора (при сварке прямых швов), в машине предусмотрена специальная система направляющих, в состав которой входят следующие элементы: верхние — неподвижные направляющие пластины 4 и нижние — выдвижные направляющие пластины 5 (по одной пластине с каждого торца контура). Нижние пластины в нужные моменты могут выдвигаться из станины или убираться в нее. В выдвинутом положении нижняя пластина вместе с верхней образует горизонтальный направляющий паз, по которому может скользить соответствующий выступ кондуктора 8, удерживающий кондуктор от самопроизвольного проворачивания во время сварки прямолинейных участков шва. Во время сварки круговых участков шва нижние пластины автоматически убираются в станину и, следовательно, не препятствуют вращению кондуктора вокруг оси опорных дисков.
Очередность и периодичность включения и выключения механизма выдвижения нижних пластин 5, а также гидроцилиндров нажимных валков 2 определяется последовательностью всех этапов вальцовки — сварки кузова. Что же касается механизма рабочего — сварочного — движения кондуктора, то он работает непрерывно с одинаковой скоростью в течение всего времени сварки контурного шва. При этом опорные диски и шестерни 6 обкатываются по копирно-зубчатому венцу, обеспечивая точное копирование швов.
Последовательность всех этапов работы машины представлена на рис. 132 и особых пояснений не требует. Нижние пластины 5 выдвигаются из станины в положениях I, IV и VII, а убираются в станину в положениях II, V и VIII. Таким образом, между положениями I—II, IV—V и VII—VIII, т. е. во время сварки прямых участков шва, нижние пластины находятся в выдвинутом состоянии, образуя направляющий паз для выступов кондуктора. В остальное время они убраны и находятся внутри станины. Все переключения производятся с помощью автоматической системы управления с соответствующей автоблокировкой.
Следует заметить, что нижние пластины 5 могут быть выполнены не выдвижными, а откидными, в виде отбрасывающихся петель на шарнирах. В известных условиях такая конструкция облегчает автоблокировку механизма вращения контура в моменты перехода от сварки прямых швов к сварке круговых и позволяет применить более простую и надежную систему предохранительных устройств при несрабатывании механизма удаления пластин (пневмо- или гидроцилиндров либо электромагнитов).
Принцип копирования периметра шва обкаткой конирного шаблона по ведущему ролику или шестерне может быть применен во многих манипуляторах для сварки криволинейных швов сложной конфигурации. Его преимущество — возможность неподвижного расположения сварочной головки при непрерывном сварочном движении изделия. Однако при значительных габаритах и массе свариваемого изделия инерционные силы, возникающие при поворотах и других резких изменениях режима движения, становятся столь велики, что система обкатки становится нецелесообразной из-за сложности механизмов движения, подвергающихся в этом случае действию значительных динамических перегрузок. Для сварки или наплавки тяжелых и громоздких изделий сложной конфигурации более целесообразно применять движение головки относительно изделия, а не наоборот, отказавшись таким образом от преимуществ неподвижного расположения сварочного поста. В подобных случаях бывает также целесообразным применение самоходных плавающих головок (движущихся непосредственно по изделию со сварочной скоростью) или сварочных тракторов. При этом они могут работать в комплексе с позиционерами или обычными манипуляторами, осуществляющими периодическую кантовку изделия для сохранения горизонтальности изделия в воне сварки или наплавки [13, 14].
Специализированные многокоординатные манипуляторы. Особенностью этих манипуляторов является наличие нескольких отдельных механизмов движения изделия по разным координатам, ортогональным и полярным. С помощью этих механизмов изделию можно сообщать прямолинейные и круговые перемещения. Совмещение этих движений, или их определенная последовательность, позволяет осуществлять заданный маршрут изделия, необходимый для сварки швов сложного очертания или наплавки сложных криволинейных поверхностей.
Выше (см. рис. 124) описан универсальный многокоординатный манипулятор, с помощью которого можно осуществлять сложные пространственные перемещения изделия. Однако такие универсальные манипуляторы из-за своей сложности пока не получили широкого распространения в промышленности. Значительно чаще


Рис. 133. Манипулятор для наплавки сортопрокатных валков,





Рис. 134. Задняя бабка манипулятора для наплавки сортопрокатных валков.


применяются специализированные многокоординатные манипуляторы. На рис. 133 показан манипулятор, специализированный для наплавки сортопрокатных валков с фасонным профилем ручьев. Поверхность этих ручьев нельзя наплавлять при горизонтальном положении валка. Поэтому при наплавке фасонных ручьев валок необходимо не только вращать вокруг собственной оси, но и наклонять в вертикальной плоскости (в обе стороны от горизонтали) с тем, чтобы поверхность активной зоны наплавки всегда была касательной к горизонтальной плоскости, т. е. чтобы наплавка велась в нижнем положении. С этой целью манипулятор снабжен четырьмя механизмами движения: первый — для вращения валка вокруг его собственной продольной оси (центровой вращатель), второй — для его поворота относительно поперечной горизонтальной оси 7 (механизм наклона валка), третий и четвертый — для перемещения центрового вращателя вместе с валком относительно оси его поворота (наклона).
Два последних механизма необходимы для того, чтобы при наплавке радиусных ручьев можно было совместить центр окружности профиля ручья (в верхнем положении) с осью поворота валка 7. В этом положении во время наплавки ручья сварочная головка 3 может оставаться неподвижной, а валок, вращаясь вокруг

Рис. 135. Кинематические схемы механизмов манипулятора для наплавки сортопрокатных валков:
а — механизм вращения вал на; б — механизм поворота траверсы; в, г *— механизмы соот* ветственно горизонтального и вертикального перемещений траверсы; 1 — электродвигатель ПН-10, N = 2,4 кВт, п — 2850 об/мин; 2 — тахогенератор МЭТ-8/55; 3— электродвигатель ПН-28,5, N — 4,2 кВт, п = 2200 об/мин; 4—электродвигатель АЛ-41-4, N = 1,7 кВт, п = 1420 об/мин.


собственной оси, в то же время поворачивается на шаг наплавки при каждом обороте валка. При наплавке цилиндрических поверхностей валка последний устанавливается и вращается в горизонтальном положении. При этом сварочная головка 3 в процессе наплавки перемещается вдоль оси валка на своей каретке в соответствии с заданным шагом цаплавки. Центровой вращатель состоит из передней 2 и задней 5 бабок, смонтированных на поворотной траверсе 6. Эта траверса может поворачиваться вместе с наплавляемым валком на угол ± 70° в обе стороны от горизонтали. Кроме того, траверса 6, будучи закрепленной на суппортах, может перемещаться по вертикали (суппортом lt;5), а также вдоль оси центрового вращателя, совмещая таким образом центр кривизны ручья с осью поворота траверсы. Задняя бабка вращателя (рис. 134) снабжена пружиной, компенсирующей температурное удлинение валка при его нагреве в процессе наплавки.
Для подогрева валка при наплавке манипулятор снабжен кольцевым индуктором 4 (см. рис. 133), а для снятия шлаковой корки — специальным механическим коркоснимателем 1.
На рис. 135 представлены кинематические схемы всех четырех механизмов манипулятора.
Анализируя кинематическую структуру универсальных и специализированных сварочных манипуляторов, нетрудно заметить, что они (за редким исключением) не располагают полным комплектом механизмов движения, необходимых при совместной работе с автосварочной установкой.
По установившейся терминологии [8] в любом сварочном манипуляторе изделие перемещается относительно сварочной головки, а не головка относительно изделия. Между тем, для осуществления механизированного сварочного процесса, как правило, необходимы также и перемещения головки относительно изделия (установочные, а часто и рабочие). Поэтому рассмотренные в главе IV устройства, несущие па себе сварочную головку, снабжаются соответствующими механизмами движения — тележками, суппортами, подъемными и поворотными механизмами и пр.
Во многих автосварочных установках между механизмами обеих кинематических систем (манипулятора и сварочной головки) существует тесная и строго координированная связь, благодаря которой можно суммировать или чередовать движения изделия и сварочной головки по заданной программе и таким образом осуществлять сварку или наплавку по заданной сложной траектории.
Образцом координированного взаимодействия механизмов движения манипулятора и головки может служить работа станка для наплавки поверхностей валков пильгерстана, имеющих сложную пространственную кривизну рабочего ручья. По своей общей компоновке и отчасти по конструкции этот станок аналогичен манипулятору, описанному выше (см. рис. 133), но в отличие от последнего снабжен электромеханическим программным устройством, которое управляет работой всех основных механизмов манипулятора и сварочной головки. Техника автоматической наплавки валков пилигримового стана значительно сложнее техники наплавки валков с постоянным радиусом. Кроме обычной кинематики сварочных движений и регулирования известных параметров режима, при автоматической наплавке пилигримовых валков приходится учитывать переменную величину и скорость смещения электрода с верхней точки наплавляемой окружности. Для выполнения всех необходимых движений наплавочной головки и наплавляемого валка в станке предусмотрены соответствующие электроприводы, управление которыми осуществляется программным устройством, обеспечивающим строгую последовательность их включения и синхронность действия.
Исполнительным органом перемещения наплавочной головки является кинематическая система из трех суппортов с электроприводами, позволяющими перемещать головку в пространстве по трем взаимно перпендикулярным направлениям.
Исполнительными органами для перемещений наплавляемого валка являются механизм вращения валка вокруг его продольной оси и механизм наклона валка относительно горизонтальной оси. Таким образом, станок имеет пять исполнительных механизмов движения и соответственно пять электроприводов, управляемых программным устройством. Это устройство выполнено в виде пятидискового командного аппарата, который осуществляет заданную программу перемещений головки и валка. Программа задается профилированными дисками (программоносителями), воздей- ствующими на микровыключатели в соответствии с кривизной наплавляемой поверхности. Меняя диски командоапнарата, их профиль и взаимное расположение, можно изменять и программу перемещений. Ротор командоапнарата с его дисками (кулачковыми шайбами) насажен на шпиндель передней бабки манипулятора и, следовательно, вращается синхронно с наплавляемым валком.
<< | >>
Источник: Севбо П. И.. Конструирование и расчет механического сварочного оборудования. 1978

Еще по теме § 26. Специализированные сварочные манипуляторы:

  1. Севбо П. И.. Конструирование и расчет механического сварочного оборудования, 1978
  2. Помещения для сварочных и газорезательных работ
  3. Раздел II. Субъекты высокой (специализированной) культуры. Творчество.
  4. Глава 5. Реформа системы специализированных судов России в 1717-1723 гг.
  5. 3.2. Специализированные программные средства и среды проектирования
  6. Специализированные учреждения при Организации Объединенных Наций
  7. Функциональные различия феноменов обыденного и специализированного уровней социокультурного пространства
  8. Глва XIV ЭКОНОМИЧЕСКИЙ И СОЦИАЛЬНЫЙ СОВЕТ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ УЧРЕЖДЕНИЯ ПРИ ООН
  9. Тема 8. Организация оказания квалифицированной помощи и специализированной медицинской помощи населению в военное время
  10. 14.9 Прокуратуры субъектов Российской Федерации и приравненные к ним военные и специализированные прокуратуры, научные и образовательные учреждения, объявленные юридическими лицами