虾米腰弯头船形位置焊接变位机及其限位组件的制作方法

本发明涉及虾米腰弯头焊接变位机，特别涉及虾米腰弯头船形位置焊接变位机及其限位组件。

背景技术：

1、虾米腰弯头通常由多个斜切圆管节段依次组对并沿斜切接口形成环焊缝，由于不同节段的斜切方向和空间姿态不同，在焊接当前环焊缝以前通常需要通过焊接变位机调整工件倾角和中心位置，使当前待焊环焊缝建立适于连续回转施焊的船形焊接位置，现有变位机通常利用电机、减速器和齿轮传动机构驱动工件倾斜，并在角度调整完成后依靠电机制动器、减速机构或者附加制动件维持倾斜位置，由回转机构再驱动工件连续转动。

2、然而，虾米腰弯头属于当前待焊环焊缝回转轴质量分布不对称的异形工件，即使在静止状态下已经把待焊环焊缝准确调整至预定船形位置，当工件围绕当前焊缝对应的回转轴连续转动时，工件质心相对于重力方向的位置仍随回转相位发生改变，由此作用于倾斜承载机构的倾覆力矩也相应改变并可能发生方向换向，当倾斜角度主要由电机、减速器、主动齿轮及扇形齿构成的串联传动链保持时，所述交变倾覆力矩的换向容易使传动链内部已有的齿侧工作面随受力方向发生换边，并叠加减速机构扭转弹性、轴承弹性变形及支承结构挠曲，使静态状态下不明显的输出端微小角位移在连续回转过程中周期性出现，若简单通过增大制动力或者提高传动副预紧程度抑制所述角位移，则又会增加调姿驱动负担和结构内力；若采用离散定位销孔，又难以适应不同弯头规格及不同节段对应的连续船形倾角。

3、因此，本发明提出虾米腰弯头船形位置焊接变位机及其限位组件来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供虾米腰弯头船形位置焊接变位机及其限位组件，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：虾米腰弯头船形位置焊接变位机，包括固定机架、回转机构、升降调节机构、倾斜调节机构以及用于装夹虾米腰弯头的夹持工装，所述回转机构设置于固定机架上，所述升降调节机构设置于回转机构上，所述倾斜调节机构设置于升降调节机构上，所述倾斜调节机构包括倾斜承载架、倾斜转轴以及驱动倾斜承载架绕倾斜转轴转动的倾斜驱动机构，所述升降调节机构包括用于承载倾斜调节机构的升降承载座，所述倾斜承载架与升降承载座之间设有闭合力环式双向无隙限位组件，所述闭合力环式双向无隙限位组件包括弧形锁止梁、反力抱架、第一方向自增力锁止机构、第二方向自增力锁止机构、差动等载预紧机构以及径向柔顺支承机构；

3、所述弧形锁止梁与倾斜承载架固定连接，并沿以倾斜转轴的轴线为圆弧中心的圆弧方向延伸，所述弧形锁止梁具有沿其圆弧方向连续延伸的内圆弧工作面和外圆弧工作面，所述反力抱架跨设于弧形锁止梁的内、外两侧并形成供弧形锁止梁沿圆弧方向相对运动的锁止腔；

4、所述第一方向自增力锁止机构和第二方向自增力锁止机构设置于锁止腔内并分别对应于外圆弧工作面和内圆弧工作面，所述第一方向自增力锁止机构和第二方向自增力锁止机构具有相反的楔紧方向，以使弧形锁止梁具有沿第一圆弧切向方向相对于反力抱架运动的趋势时，所述第一方向自增力锁止机构将其承受的切向作用力转换为朝向弧形锁止梁的附加法向锁止力，并使弧形锁止梁具有沿与第一圆弧切向方向相反的第二圆弧切向方向运动的趋势时，所述第二方向自增力锁止机构将其承受的切向作用力转换为朝向弧形锁止梁的附加法向锁止力；

5、所述差动等载预紧机构同时作用于第一方向自增力锁止机构和第二方向自增力锁止机构，使二者在承载锁止状态下分别与对应的外圆弧工作面和内圆弧工作面保持预接触，并允许其中一个自增力锁止机构响应对应方向的切向载荷进一步楔紧时另一个自增力锁止机构保持基础预接触；

6、所述反力抱架通过径向柔顺支承机构连接升降承载座，所述径向柔顺支承机构允许反力抱架沿弧形锁止梁在反力抱架所在锁止位置处的局部径向产生弹性补偿位移，并限制反力抱架沿弧形锁止梁的局部圆弧切向产生对应于倾斜承载架倾斜姿态变化的位移；

7、所述倾斜驱动机构与倾斜承载架之间构成用于改变虾米腰弯头船形焊接姿态的调姿传动支路，所述弧形锁止梁、第一方向自增力锁止机构、第二方向自增力锁止机构、反力抱架以及径向柔顺支承机构构成连接倾斜承载架与升降承载座并与调姿传动支路并联的焊接承载支路，以使虾米腰弯头随回转机构回转过程中作用于倾斜承载架的至少部分交变倾覆载荷经焊接承载支路向升降承载座传递。

8、优选地，所述第一方向自增力锁止机构包括第一楔形锁止滑块、第一摩擦锁止靴以及设置于反力抱架上的第一楔形导向面，所述第一摩擦锁止靴设置于第一楔形锁止滑块朝向外圆弧工作面的一侧，所述第二方向自增力锁止机构包括第二楔形锁止滑块、第二摩擦锁止靴以及设置于反力抱架上的第二楔形导向面，所述第二摩擦锁止靴设置于第二楔形锁止滑块朝向内圆弧工作面的一侧，所述第一楔形导向面与第二楔形导向面相对于弧形锁止梁的局部圆弧切向具有相反的楔升方向，使第一楔形锁止滑块和第二楔形锁止滑块分别响应相反方向的圆弧切向作用力而朝向弧形锁止梁产生增大的压紧位移。

9、优选地，所述差动等载预紧机构包括等载压桥、浮动支点、碟簧预紧组件、第一推杆和第二推杆，所述等载压桥通过浮动支点可摆动地安装于反力抱架，所述等载压桥的第一受力端通过第一推杆作用于第一楔形锁止滑块，所述等载压桥的第二受力端通过第二推杆作用于第二楔形锁止滑块，所述碟簧预紧组件向等载压桥施加预紧作用力，使第一摩擦锁止靴和第二摩擦锁止靴同时保持预接触，并使等载压桥能够随第一楔形锁止滑块与第二楔形锁止滑块的相对位移差绕浮动支点摆动。

10、优选地，所述径向柔顺支承机构包括安装座以及至少两组相互平行的弹性支承片，所述安装座固定于升降承载座，所述弹性支承片连接于安装座和反力抱架之间并构成柔性平行导向结构，所述弹性支承片的布置使反力抱架能够沿弧形锁止梁的局部径向通过弹性弯曲产生补偿平移，并使弧形锁止梁局部圆弧切向的载荷主要沿弹性支承片的高刚度方向传递。

11、优选地，所述反力抱架为跨越内圆弧工作面和外圆弧工作面的c形框架，所述第一摩擦锁止靴与第二摩擦锁止靴沿弧形锁止梁的局部径向相对布置，使第一摩擦锁止靴和第二摩擦锁止靴施加于弧形锁止梁的基础预紧法向力及其反力至少部分经反力抱架内部闭合，而弧形锁止梁施加于反力抱架的圆弧切向承载反力经径向柔顺支承机构传递至升降承载座。

12、优选地，所述闭合力环式双向无隙限位组件还包括统一退楔释放机构，所述统一退楔释放机构包括释放驱动件、与释放驱动件连接的释放拉杆以及与释放拉杆连接的退楔联动件，所述退楔联动件分别与第一楔形锁止滑块和第二楔形锁止滑块传动配合，以在释放驱动件执行释放动作时驱动两个楔形锁止滑块退出各自的增力楔紧位置，使第一摩擦锁止靴和第二摩擦锁止靴与对应圆弧工作面形成供弧形锁止梁进行调姿运动的释放间隙。

13、优选地，所述倾斜驱动机构包括倾斜驱动电机、减速机构、主动小齿轮以及与倾斜承载架固定连接的扇形齿，所述倾斜驱动电机经减速机构驱动主动小齿轮与扇形齿啮合传动，焊接承载支路连接于倾斜承载架的输出侧与升降承载座之间，并在闭合力环式双向无隙限位组件处于承载锁止状态时形成跨过主动小齿轮、扇形齿和减速机构的抗倾覆载荷传递路径。

14、本发明提供了虾米腰弯头船形位置焊接限位组件，应用于虾米腰弯头船形位置焊接变位机中，限位组件为闭合力环式双向无隙限位组件。

15、本发明的技术效果和优点：

16、1、本发明通过在倾斜承载架的输出侧与升降承载座之间设置独立焊接承载支路，使虾米腰弯头回转焊接时的交变倾覆载荷不再必须依次通过扇形齿、主动小齿轮、减速机构和倾斜驱动电机反向传递，因而能够减弱上述串联传动部件的齿侧间隙、扭转弹性和制动柔度向倾斜输出端姿态误差的转换，同时，该焊接承载路径只在完成调姿以后接管载荷，因此不会为了获得较高焊接状态刚度而持续增加正常倾斜调节阶段的驱动阻力。

17、2、本发明利用两个楔紧方向相反的自增力锁止机构分别对应倾覆力矩的两个方向，并通过差动等载预紧机构使两个锁止支路在倾覆力矩换向以前即保持基础预接触，因此，当交变倾覆载荷穿过零值并发生方向转换时，无需先跨越传统销孔、齿侧或者制动块之间的设计自由间隙即可由另一锁止支路建立反向承载，并且对应方向的切向载荷越大，相应楔形锁止机构所形成的附加法向锁止作用越明显，从而提高换向过程中的姿态保持能力。

18、3、本发明进一步通过径向柔顺、切向高刚度的支承关系，把弧形锁止梁的非姿态误差方向与真正对应船形角度变化的运动方向进行区分，使制造误差和受载径向变形具有补偿空间，而圆弧切向仍受高刚度约束，并利用反力抱架内部的闭合力环降低基础预紧力直接传至倾斜轴承和主体机架所造成的附加载荷，由此使连续角度无隙锁止和防止结构过约束两个相互矛盾的要求能够在同一限位组件中协调实现。