大型變壓吸附罐橫向環縫自動焊接裝備回轉機構研究

forPSA(PressureSwingAdsorp(1.浙江機電職業技術學院機械工程分院，杭州310053;2.浙江工業大學機械學院，杭州310014;3.嘉興壓力容器廠，嘉興314015)摘要：為了滿足自動焊接裝備橫向環縫的焊接要求，回轉機構采用了全新的布局，對傳動中關鍵零部件進行了詳細設計及計算，并采用Pro/E及AnsysWorkbench大型軟件對回轉平臺進行有限元分析計算，滿足了設計要求。關鍵詞：自動焊接裝備；回轉機構；回轉支承；結構優化中圖分類號：TG434文獻標識碼：B文章編號：1009-0134(2013)11(下)-0131-03大型變壓吸附罐屬于承受交變載荷的壓力容器，由上封頭、筒體和下封頭通過兩條環向焊縫連接為一個整體，因此環向焊縫的焊接質量好壞將直接影響生產效率及整個吸附罐的質量。下封頭與筒體處的環向焊縫的焊接，目前企業采用自動埋弧焊完成，但由于受到焊接工藝要求及特定工況的限制，針對上封頭與筒體處的橫向環縫(關鍵焊縫)的焊接，企業采用手工CO?氣體保護焊，并無任何輔助設備，生產效率低，焊縫外觀成形差，且工人勞動強度大，企業也常因該焊縫的焊接質量和生產效率影響整個生產計劃。為此，我們根據上封頭與筒體處的結構形式，結合自動焊接工藝，設計并制作了專用的自動焊接裝備，相比原有的手工焊方法，極大地提高了產品2)回轉平臺的總載重量(變壓吸附罐罐體自重+分子篩等其他內裝物的重量):8t;4)回轉平臺的可傾斜角度范圍：在10°~15°5)其他要求：(1)焊接回轉平臺的回轉角度：1.吸附罐；2.滾輪；3.定位夾緊裝置；4.翻轉機構；5.鉸軸；6.頂升機構；7.減速電機；8.回轉臺；9.回轉機構；10.焊槍夾持裝置圖1某大型變壓吸附罐的焊接施工圖首先調整好焊槍的初始位置，將工件吊入處于水平位置的回轉平臺上，并啟動頂升機構，翻轉機構將回轉機構調整至所需的傾斜角度，另一側的高強度泡沫墊以增加回轉機構的穩定性。啟動焊接電源、引弧，回轉平臺通過定位夾緊裝置帶動工件轉動，借助變壓吸附罐罐體與滾輪的接觸，防止焊接過程中罐體發生傾倒產生安全事故。工件回轉一周，焊槍與工件的焊接位置始終保持一定距離(小于20mm),以使焊接電弧長度保持不變，從而實現該關鍵焊縫的全自動焊接。自動焊接裝備的回轉機構由回轉驅動裝置及第35卷第11期2013-11(下)【131】制造業自動化回轉支承裝置等構成。本文采用的回轉驅動裝置由帶制動功能的變頻調速減速電機、小齒輪等組成，且小齒輪又與回轉支承齒圈構成回轉齒輪副，回轉支承裝置包括回轉支承和回轉支承連接螺栓等，如圖2所示。該結構可大幅降低空間高1.回轉平臺；2.回轉支承；3.防護罩；4.翻轉機構支承；5.變頻調速減速電機；6.小齒輪軸；7.小齒輪；8.高強度螺栓圖2回轉機構的各個組成部分及結構示意圖在上述回轉機構中，回轉驅動裝置安裝在翻轉機構支架上，減速電機通過小齒輪軸帶動末端小齒輪，小齒輪與回轉支承齒圈相嚙合。當回轉機構動力傳到驅動小齒輪時，小齒輪撥動回轉支承的齒圈，帶動裝載有大型變壓吸附罐的回轉平臺，使該大型變壓吸附罐回轉，滿足該焊縫的環回轉支承是焊接裝備的重要元件之一，其型號的選定是否合適，直接關系到裝備是否正常工作1。回轉機構需要考慮留出足夠的維修空間，尺寸應盡量縮小。首先可根據工件大小確定回轉平臺的直徑大小，初選回轉支承型號，并按照回轉支承的選型流程進行計算，最終確定型號為相關設計資料，可計算得到當回轉機構傾斜15°時(極限位置),回轉支承所承受的傾覆力矩表1減速機的相關技術參數斜齒輪減速機KF77R37-0.55-5.7(帶制動電機)齒輪傳動是回轉機構的重要組成部分，它由【132】第35卷第11期2013-11(下)壓力角與減速電機輸出軸連接的小齒輪和回轉支承外圈的大齒輪組合而成的，通過嚙合齒輪的傳動，完成整個焊接平臺的回轉運動。小齒輪在大功率、大負荷和變載荷下工作，低速重載，齒根彎曲應力及齒面接觸應力均很大。由于正變位齒輪傳動特別適合該類工況，因此本文選用正變位齒輪傳1)小齒輪的變位系數計算2)小齒輪的齒面接觸疲勞強度校核小齒輪材料選用20CrMnTi,齒面滲碳淬火處理，硬度為HRC58～62;回轉支承大齒圈齒面調根據以上計算，可知小齒輪的齒面接觸疲勞3)小齒輪的齒根彎曲疲勞強度校核根據《機械設計手冊》的齒根彎曲疲勞強度根據以上計算，可知小齒輪的齒根彎曲疲勞3.4電機負荷率的計算2)回轉部分的慣性阻力矩MJ的計算1)有限元網格劃分故首先在Pro/E中生成實體模型，后導入Ansys2)施加載荷及約束3)計算結果及分析應力分析云圖如圖4所示，可知回轉平臺所承受的最大應力為29.56MPa。同理也可由總變形分析云圖可知，得到回轉平臺的最大變形量制造業自動化以極大地提高自動焊接裝備的作業效率，減少維修費用。回轉支承是回轉機構的核心部分，其選型工作的開展及合理的參數分配尤為重要，是自動焊接裝備回轉機構設計的關鍵。2)與回轉支承大齒圈嚙合的小齒輪在大功率、大負荷和變載荷下工作，低速重載，齒根彎曲應力及齒面接觸應力均很大。通過對其進行的分析計算及討論，對該工況下的齒輪傳動設計具3)通過對回轉平臺的實體建模及有限元分析，可以看出回轉平臺的結構設計合理，在滿足強度的同時，也具有足夠的剛度，這為回轉平臺【上接第130頁】至3#皮帶(包括3#皮帶)將繼續運行，按照聯鎖停車順序停機，由相應的指示燈指示發生故障的設備，便于工作人員及時檢修。以仿真篩煤機故圖8篩煤機故障自排仿真圖本文分析了小型火力發電廠輸煤控制系統的組成、工藝流程和控制要求，制定控制目標。起動時，為了防止堆煤、堵煤，按逆煤流方向起動；停止時，為了避免出現剩煤，按順煤方向【134】第35卷第11期2013-11(下)機械結構的具體設計提供了有益的科學依據。[1]遲永濱，等.液壓挖掘機回轉支承選型計算需注意的問題[3]何西泠.回轉支承裝置的摩擦阻力矩[J].中國機械工程學[4]魯軍.八鋼3號板坯連鑄機回轉臺加蓋機傳動問題分析[5]馬月月，等.懸臂式掘進機回轉臺有限元分析[J].煤礦機停止。選用德國SIEMENS公司推出的S7-200型PLC,分配輸入/輸出點地址，設計硬件連線，利用STE