转到上面,然后在其上搭设临时架子,在架子上安放埋弧自动焊接小车,由小车的运动完成对其下面的纵缝外的焊接。这种方法的缺点是搭架子费工费时、工效低,不方便流水作业,而纵缝焊接升降平台克服了上述缺点,它的升降功能可以适应直径大小不同的筒体,且人员在平台上操作埋弧自动焊接小车,既安全、又方便。使用这种工装有利于组织流水作业,提高工效。
现在,在激烈的市场竞争要求下,虽然各个厂家基本上都采用了不同的焊接装备来辅助焊接,但是大体上都是采用升降平台来完成焊接辅助。
升降台目前比较成熟的种类有(1)液压缸斜置驱动的剪叉式升降台;(2)丝杠剪叉式升降台(3)垂直丝杠传动的机械式升降平台(4)采用气液联动系统,利用PLC控制技术,用于物品在垂直方向叠放的气-液联动升降平台以及链轮控制的升降平台。现在国内绝大部分纵缝焊接装置都具有可移动悬臂架、升降平台、电控系统等部分。
2 升降平台型式分析与方案选定
2.1 升降平台的的设计要求
本课题拟设计一种用于风塔塔筒焊接的专用设备,风力发电机的塔筒为圆筒形焊接结构,是在钢板卷筒后采用埋弧自动焊完成纵向焊缝的焊接,然后用环缝埋弧自动焊对接组合成不同长度的塔筒。在纵向焊缝的焊接过程中,由于焊件结构的特殊性,需采用平台装置进行焊接。所以要求纵缝焊接用升降平台能够实现垂直移动,能够满足直径
1000 初步计划由升降机构、平台、平台护栏、扶梯及电控系统等组成。根据塔筒的焊接施工要求,所设计的设备应达到以下几点要求: 1) 平台的面积要足够大,满足筒体能在下面进行焊接的要求; 2)平台上升的距离应满足塔筒直径的变化范围。 3)运行平稳可靠,故障率小,平均升降速度:0.017m/s; 在已经有上述设计条件的前提下,对纵向焊缝升降平台的可用程度有着决定性影响的因素有: 电机及减速机的选择;立柱采用的结构形式;为承受住平台运行所需举升台面的重量,断面尺寸为多少;立柱的高度;平台的面积,平台可上升的高度,上升下降活动实现的方式等。 对以上问题进行综合分析与计算,确定升降平台的优化目标为: 第一、保证平台运行时的平稳性。 第二、使机构尺寸合理,最大限度利用空间。 第三,保证产品的经济性。 2.2 升降平台的总体布置 初步设计升降平台总体布置由支撑平台的支架、驱动系统、升降机构、平台、平台护栏、扶梯及电控系统等组成。平台下面应有足够的空间放置筒体,进行焊接。 2.3 升降平台型式综合分析与方案优选 2.3.1 升降平台型式的综合分析 工程设计制造中任何机构或传动形式存在正反两方面的特性,工程技术人员正是在这两个方面寻求平衡点,使有利的优秀的特性发挥的淋漓尽致,同时最大限度克服不利因素。 方案一:地轴丝杠传动升降台。 立柱结构为四立柱径向对称形成两门架,门架上安装承重定滑轮,由配重系统通过承重定滑轮将双层桁架体悬挂在两门架之间;丝杠通过螺母及支承架与双层桁架联接,丝杠上端与门架固定,垂直吊挂,下端从90°换向减速器中获得扭矩。此结构有效隔离了高速地轴对双层桁架体的振动影响,降低了高速地轴的理论计算难度。同时丝杠又起到对升降台导向、锁定的作用,简化了其它传动形式对导向、锁紧等司服系统的要求,提高整套设计的可靠性。 丝杠垂直的站立,将旋转运动转换为垂直升降运动,具有传动刚性好,速比、定位精确,可自锁等特点。但丝杠加工难度大, 加工工艺复杂; 根据丝杠升降台对垂直丝杠的使用要求,需要改造普通车床为专业长丝杠车床,车出的丝杠才能达到使用要求,还要配合相应的安装规范,使垂直长丝杠传动达到工业应用水平。而且4根丝杠安装调试难度大等因素又制约机构传动的实现。高速地轴传动,传递扭矩小,经济性高。但参数选定不易把握。 方案二:液压缸斜置驱动的剪叉式升降台 剪叉式升降升降台:是用途广泛的高空作业专用设备。它的剪叉机械结构,使升降台起升有较高的稳定性,宽大的作业平台和较高的承载能力,使高空作业范围更大、并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高,安全更保障。 剪叉式结构的升降台,在实际使用中存在一些不足: 1.剪叉式结构的升降台结构特殊,平台下面是交叉结构,无法放入筒体,不适合筒体焊接。 2.剪叉式升降台负载不能过大,液压油缸(内设密封圈) 超载的问题目前仍未解决好; 3.大部分液压升降台面都因液压元件长时间受载引起泄漏,导致台面下沉,有的在24小时内就下沉20毫米左右; 4.起动力矩与负载比偏大,从文献[11]中可以看出,其驱动力与负载比变化曲线坡度很陡,起动力很大,能源浪费,当起升角α= 10°时,起动力约为负载的3 倍,而当起升角 达到α= 60°以后,起动力才接近于负载; 5.起始高度较高,机构较为庞大,地坑较深,占用空间较多。 方案三:液压升降机 甘锐等[7]设计了一种液压升降机。平台上升时,其速度可用调速器设定,因调速器的速度负载特性较好,因而确保了上升的平稳性和安全性。设计还采用了液压单向阀的锁紧回路,当换向阀处于中位时,其H型的中位机既能使泵在不停机的状态下卸载来减少功率消耗,又能使液控单向阀的控制油口接油箱,这样可以利用液压锁的良好密封性能阻止立式液压缸及平台不致因自重或泄漏而下滑,但是液压系统地油路在车间焊接时,容易受到焊接时产生的火花的影响,有很多不安全因素,因此,不宜选取。 方案四:钢丝绳滚筒升降台 钢丝绳滚筒升降平台由T形焊接平台,方形立柱,横梁箱组成,动力系统放置在方形立柱内,“ T”形焊接平台实现升降时,正反转电机带动蜗轮蜗杆减速机,减速机带动卷筒正反转卷绕钢丝绳,钢丝绳正反转通过滑轮组实现对平台的升降。电机转速,经过减速后使平台得到的升降速度。 此设计的缺点是没有设置配重,增大了电机的驱动功率。下降运动一启动,会造成平台突然下降的情况,平台运动不稳定。 方案五:链传动升降台 链传动升降台由T形焊接平台,四根方形立柱,传动系统组成,“T”形焊接平台实现升降时,正反转电机带动蜗轮蜗杆减速机转动,使得链轮旋转,链条升降,并通过增设配重机构,减小驱动机功率。 以链轮取代丝杠,以框式结构取代剪叉式结构的新型升降台,采用链轮结构避免了丝杠加工难度大,加工工艺复杂;多根丝杠安装调试难度大等问题。框架结构取代剪叉式结构,增强了平台的负载能力,避免了剪式平台机构无法放置平台的缺陷,也没有液压油路,是施工现场十分干净,避免了焊接时火花接触油路的危险。 由上面综合分析可得,采取链传动式升降台,比较适合进行塔筒纵向焊缝焊接。 2.3.2 升降平台的结构设计 一、初步设计方案 根据升降台的工作性质,以及升降台的各种功能要求,初步设计采用链传动升降台的形式,但是计划如下: 1.受到车间空间的限制,所以决定采用单排支架的形式; 2.受到筒体直径的要求,平台的伸出长度应至少达到2.2米; 3.为使平台升降轻便,增设配重平衡机构,并设计在平台与支架之间采用滚轮连接的方式; 4.电机、减速器、均设在链轮轴处,电机经减速机减速后,通过链轮旋转,带动平台运动。 5.选择可正反转的电机,实现平台上升或下降不同方向的运动。 二、具体设计方案 具体设计工作如下: 两根槽钢立柱代替方案五中的四根方形立柱,径向组成左右两个门架,两门架通过承重轴加上链轮将配重及升降台本体挂起。这样整个升降台与另一边的配重通过门架组成一个可上下相对运动的体系,由于电动机可以正反转,电动机经过减速机减速, 再由减速机带动主轴转动,使得链轮转动,使得链条实现上下运动,从而实现平台的升降运动。 2.3.3 升降平台的工作原理 上述的设计方案中,纵缝焊接升降平台的工作原理如下: 将需焊接的筒体放在台车的滚架上使其纵缝在上面, 由轨道推入“T”形焊接平台下面, 将“ T”形焊接平台升降到合适的位置上使焊接自动小车焊头与纵缝对正, 焊接小车纵向运动便可完成对纵缝的埋弧自动焊接。重复操作便可流水作业。