一、背景
管道兩端焊接法蘭盤原通過手工焊接方式：即通過將管道鋪設(shè)在軌道上，手工邊滾動(dòng)邊焊接。這種方式效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量不夠理想。在這種情況下，考慮設(shè)計(jì)一種替代手工焊接的流水線來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工制作。
二、主要內(nèi)容
（1） 總體設(shè)計(jì)方案
1:驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主體搭建
圖1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主體簡(jiǎn)圖
用兩副托輥置于管道下方兩側(cè)夾持管道（圖1），驅(qū)動(dòng)單側(cè)托輥，依靠托輥與法蘭之間的摩擦實(shí)現(xiàn)管道旋轉(zhuǎn)。在管道單側(cè)需焊接位置通過支撐裝置固定CO2焊機(jī)焊鉗，起動(dòng)腳控開關(guān)起動(dòng)焊機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。
考慮到CO2焊機(jī)焊絲走絲的速度較低，約2.5r/min,驅(qū)動(dòng)托輥動(dòng)力選擇為風(fēng)動(dòng)，以風(fēng)源驅(qū)動(dòng)風(fēng)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)托輥旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)管道低速自動(dòng)旋轉(zhuǎn),受小風(fēng)量影響低速穩(wěn)定性不高，所以提高風(fēng)壓以增加穩(wěn)定性,為確保焊接速度能與管道旋轉(zhuǎn)速度保持低速穩(wěn)定同步，使用二級(jí)皮帶輪減速。
2： 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主體搭建
圖2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主體簡(jiǎn)圖
焊接完畢后，通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖2）來實(shí)現(xiàn)管道的翻轉(zhuǎn)，利用置于管道一側(cè)的氣缸作直線運(yùn)動(dòng)推動(dòng)管道下方的曲柄作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)管道上升、翻轉(zhuǎn)移動(dòng)。
3：控制系統(tǒng)架設(shè)
圖3 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
運(yùn)動(dòng)主要有氣缸的直線運(yùn)動(dòng)和馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二者由一路氣源供壓，通過球閥作為總開關(guān)控制主干路的關(guān)停，經(jīng)過球閥到達(dá)Y型三通分出二個(gè)支路，一路通過氣源二聯(lián)件供風(fēng)動(dòng)馬達(dá)，另一路經(jīng)氣控三位四通閥控制氣缸的伸縮（圖3）。
4：系統(tǒng)優(yōu)化
圖4 CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)焊鉗固定支架
通過對(duì)軌道、CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)焊鉗固定支架（圖4）、動(dòng)力部分布置對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化處理。
（2） 結(jié)構(gòu)組成
流水線由軌道、管道驅(qū)動(dòng)裝置、管道翻轉(zhuǎn)裝置、CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)、焊鉗固定裝置幾大主體組成；
管道驅(qū)動(dòng)裝置由氣源、氣源二聯(lián)件、風(fēng)動(dòng)馬達(dá)、蝸輪減速器、兩級(jí)皮帶減速器、兩副托輥幾大部分構(gòu)成；
管道翻轉(zhuǎn)裝置由Y型三通、三位四通氣控閥、氣缸、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)幾大部分組成。
1：工作原理
圖5 工作原理簡(jiǎn)圖
如圖5，管道集中鋪設(shè)在軌道上，以滾動(dòng)方式落入驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置以置于管道下方兩側(cè)的夾持托輥為主體，由風(fēng)動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力，通過兩級(jí)皮帶減速，促使減速后的單側(cè)托輥與法蘭摩擦旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
CO2焊機(jī)焊鉗通過支架裝置固定在管道需焊接位置，調(diào)節(jié)支架螺栓，實(shí)現(xiàn)焊把前后、左右、上下范圍內(nèi)的焊接。
焊接后的管道通過翻轉(zhuǎn)裝置脫離滾落出去。翻轉(zhuǎn)裝置以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為機(jī)械主體，氣缸推動(dòng)置于管道下面的連桿做圓周運(yùn)動(dòng)，促使管道被“撬動(dòng)”上升脫離驅(qū)動(dòng)裝置翻轉(zhuǎn)到滑道上滾落下來。
翻轉(zhuǎn)裝置同樣使用風(fēng)壓為動(dòng)力，通過與驅(qū)動(dòng)裝置共用一套氣源，以三位四通氣控閥為控制裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。
2：實(shí)際效果圖
圖6 實(shí)際效果圖
3：功能特點(diǎn)
A:效率高，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良、穩(wěn)定。
根據(jù)管道旋轉(zhuǎn)速度為2.5min/r,內(nèi)外四道焊縫，每天(8小時(shí))大約可加工25-30根，較手工焊接每天6-8根效率有成倍提高，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力；焊縫質(zhì)量較為均勻、美觀，較手工質(zhì)量有明顯提升。
B：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用較為方便，制造成本較低，可脫離對(duì)行車等設(shè)備的依賴，自動(dòng)化程度較高，可批量加工制作管道。
4：使用效果
投入使用后，較手工焊接，成倍提高了加工效率，焊縫也相當(dāng)均勻、美觀， “質(zhì)”和“量”均有顯著提升。為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，提高了自動(dòng)化加工水平。
三：推廣情況及價(jià)值
可以推廣到一般管道法蘭焊接自動(dòng)化制作、管道自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，可大大提高工作效率，節(jié)省人力資源，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約購(gòu)買專用設(shè)備費(fèi)用。
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