一种高桩码头用组合钢管桩的专用焊装装置

摘要

本发明公开了一种高桩码头用组合钢管桩的专用焊装装置，所述组合钢管桩包括钢管内管以及包围固定在所述钢管内管外侧且与其同轴的钢管外管，所述钢管内管外侧壁与所述钢管外管内侧壁之间固定连接有多个加固钢板；所述专用焊装装置包括爬行支撑机构、焊接机构、储料机构、送料机构以及排气机构；本发明中的钢管桩采用双层结构，并在钢管内管、钢管外管之间加固焊接有多片钢板以对钢管桩的整体强度进一步提高，本发明的焊接装置能够在狭小的空间内穿梭自如，高效地将多片钢板准确快速的焊接到钢管内管、钢管外管之间的指定位置，上述焊接装置自带相应的储料机构，提高其持续工作的能力。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体为一种高桩码头用组合钢管桩的专用焊装装置。

背景技术

钢管桩一般是在工厂用钢板螺旋焊接而成，常用的钢管桩外径为500~1200mm，壁厚为10~18mm；目前钢管桩主要用在外海码头，码头用的钢管桩应具有强度高，抗弯能力大，能承受较大的水平力的特性；同时钢管桩还需弹性好，能吸收较大的变形能，可减少船舶对码头建筑物的撞击力。目前使用的钢管桩多为单层结构，经过技术改进后出现了强度更大、抗弯性能更好的组合钢管桩，该钢管桩包括钢管内管及钢管外管同轴套装，并在内外管之间通过增加加固钢板连接，在轴向上间隔设置多组加固钢板，每组包括多个围成轮辐状结构的加固钢板。

目前加工方式对于直径较大的钢管桩，由人工进入焊接，通常是以悬吊吊篮的方式放入竖立的环腔缝隙中由人员手工焊接，焊接过程自上而下完成全部焊接操作，但是这种方式操作空间小，人员操作不方便，劳动强度大，且无法对较小直径的钢管桩进行操作；对于直径较小的钢管桩，目前有解决方案是通过内外管同时螺旋卷缠焊接，在预定的加固钢板位置暂停卷缠，待加固钢板焊接到位后再行卷缠焊接，这种方式虽然焊接效果较好，但是需要大型的双层钢管桩卷缠设备配合完成，前期投入成本极高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高桩码头用组合钢管桩的专用焊装装置，能够高效焊接生产组合钢管桩。

一种高桩码头用组合钢管桩的专用焊装装置，组合钢管桩包括钢管内管以及包围固定在钢管内管外侧且与其同轴的钢管外管，钢管内管外侧壁与钢管外管内侧壁之间固定连接有多个加固钢板，专用焊装装置包括爬行支撑机构、焊接机构、储料机构、送料机构以及排气机构，专用焊装装置在工作时处于钢管内管外侧壁与钢管外管内侧壁之间用于对加固钢板进行焊接；

爬行支撑机构包括主支撑筒，主支撑筒前端固定设有环形的前端支撑板，主支撑筒后端固定设有环形的后端支撑板；

前端支撑板前端以及后端支撑板后端均固定设有多对结构镜像对称的爬行支架，爬行支架包括爬行支撑板，爬行支撑板靠近钢管内管外侧壁的一侧与靠近钢管外管内侧壁的另一侧均连接有行走滚轮，行走滚轮由第一电机进行驱动；

前端支撑板前端的爬行支架中的爬行支撑板与前端支撑板前端固定连接，后端支撑板后端的爬行支架中的爬行支撑板与后端支撑板后端固定连接；

焊接机构包括焊接机头，焊接机头连接在后端支撑板后端的爬行支撑板上，爬行支撑板上固定设有第一伸缩缸，第一伸缩缸沿钢管内管的轴线方向延伸布置，第一伸缩缸内滑动配合有第一伸缩杆；

第一伸缩杆上固定连接设有第一方向约束杆，第一方向约束杆沿第一伸缩杆轴向延伸，爬行支撑板上固定设有第一约束块，第一约束块内具有第一约束孔，第一方向约束杆滑动配合在第一约束孔内；

第一伸缩杆一端固定连接有旋转盘，旋转盘远离第一伸缩杆的一端设有滑轨机构，焊接机头固定连接在滑轨机构上；

储料机构包括转动配合连接在主支撑筒外侧的储料壳体，储料壳体为环形柱状壳体，储料壳体上固定连接有从动齿圈，前端支撑板上固定设有第二电机，第二电机的输出轴上固定设有第二驱动齿轮，第二驱动齿轮与从动齿圈啮合连接；

储料壳体外侧面具有多个钢板放置槽，储料壳体后端具有多个与钢板放置槽相连通的钢板推出开槽，钢板放置槽内侧壁固定有钢板固定条；

后端支撑板上具有钢板推出配合槽；

送料机构包括固定在后端支撑板后端的爬行支撑板上的第二伸缩缸，第二伸缩缸沿钢管内管的轴线方向延伸布置，第二伸缩缸内滑动配合有第二伸缩杆，第二伸缩缸固定在每对爬行支架中爬行支撑板相互靠近的一侧，第二伸缩杆在第二伸缩缸内移动时由位移传感器进行精确的位置测量；

第二伸缩杆一端固定设有第一支撑块，第一支撑块上固定设有第二方向约束杆，第二方向约束杆沿第二伸缩杆轴线方向延伸，第二伸缩缸外侧固定设有第二约束块，第二约束块上具有贯通的第二约束孔，第二方向约束杆滑动配合在第二约束孔内；

第一支撑块靠近钢管内管外侧壁与钢管外管内侧壁的两端均固定有直线电机轨道，直线电机轨道的延伸方向与第二伸缩缸轴向一致，直线电机轨道上滑动配合连接有直线电机滑块，直线电机滑块上固定有多个由电控伸缩杆驱动的伸缩卡盘，直线电机滑块在直线电机轨道上移动时由位移传感器进行精确定位其相对位置关系；

每组爬行支撑板相互靠近的一侧上固定有摆位伸缩杆，每个爬行支撑板上至少设有三个摆位伸缩杆；

前端支撑板上固定设有推出驱动缸，推出驱动缸内滑动配合有第三伸缩杆，前端支撑板上位于推出驱动缸处具有第一伸缩杆通孔，储料壳体靠近推出驱动缸一侧面具有与钢板放置槽相连通的第二伸缩杆通孔；

排气机构安装在爬行支撑机构远离焊接机构的一侧用于收集处理焊接时产生的烟气。

优选地，旋转盘包括固定盘以及转动配合连接在固定盘外侧的旋转配合盘，旋转配合盘沿第一伸缩缸的周向转动，旋转配合盘在固定盘上的转动由伺服电机控制驱动，旋转配合盘与固定盘之间的角度位置关系由编码盘来定位测量。

说明：旋转盘用来控制焊接机头末端焊接时的角度。

优选地，滑轨机构包括固定在旋转配合盘端面的固定轨道以及滑动配合连接在固定轨道上的驱动滑块，固定轨道沿旋转配合盘的径向延伸布置，驱动滑块由直线电机驱动在固定轨道上滑动，驱动滑块在固定轨道上的位置由位移传感器进行精确测量；

焊接机头与驱动滑块固定连接。

说明：滑轨机构用来控制焊接机头末端在焊接时与钢管内管外侧壁以及钢管外管内侧壁之间的距离。

优选地，钢板放置槽相对于储料壳体的径向具有倾斜夹角，倾斜夹角为30°~60°。

说明：因空间的局限性，钢板放置槽相对于储料壳体的径向具有倾斜夹角，能够避免钢板放置槽内存放的加固钢板与钢管外管内侧壁之间发生卡顿。

优选地，钢板固定条为软质橡胶材料制成。

说明：利用钢板固定条与钢板放置槽内存放的加固钢板之间的摩擦力，使得加固钢板能够更加稳妥的放置在钢板放置槽内。

优选地，每对爬行支架中的其中一个爬行支撑板上固定有内侧限位约束板，另一个爬行支撑板上固定有外侧限位约束板，内侧限位约束板贴近钢管内管外侧壁布置，外侧限位约束板贴近钢管外管内侧壁布置；

内侧限位约束板与外侧限位约束板相互靠近的一端均固定有沿钢管内管轴线方向延伸布置的限位卡条。

说明：内侧限位约束板与外侧限位约束板的厚度能够用来限制加固钢板在焊接时与钢管内管外侧壁以及钢管外管内侧壁之间的焊缝距离，同时限位卡条能够约束加固钢板处于正确的焊接准备姿态。

优选地，排气机构包括固定连接在前端支撑板上的烟气收集壳体，烟气收集壳体通过多根固定连接辐条与前端支撑板固定连接；

烟气收集壳体为环形的中空壳体，烟气收集壳体远离前端支撑板的一侧具有与烟气收集壳体内部相连通的排气汇总接口，烟气收集壳体内固定设有鼓风机，鼓风机的输出端与排气汇总接口通过管道相连通。

说明：排气机构能够将焊接产生的烟气及时处理排出，避免焊接产生的烟气到处扩散对工人的工作环境造成不良影响。

优选地，烟气收集壳体内固定有多片环形的腔室分隔板，烟气收集壳体靠近前端支撑板的一侧具有多个与烟气收集壳体内部相连通的烟气通孔，腔室分隔板将烟气收集壳体内部分割为多个独立的烟气处理腔，烟气处理腔内具有多个烟气过滤块；

腔室分隔板上具有多个用于连通相邻的烟气处理腔的烟气连通孔。

优选地，鼓风机固定在靠近排气汇总接口的烟气处理腔内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，操作方便，本发明中的钢管桩采用双层结构，并在内外层之间加固焊接有多片钢板以对钢管桩的整体强度进一步提高，本发明的焊接装置能够在狭小的空间内穿梭自如，高效地将钢板准确快速的焊接到钢管桩内外层之间的指定位置，上述焊接装置自带相应的储料机构，可进一步提高其持续工作的能力。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明中组合钢管桩的结构示意图；

图5是图1的剖视图A-A；

图6是图5中的局部视图C；

图7是图3的剖视图B-B；

图8是图5的左视图。

图中，11-钢管内管、12-钢管外管、13-加固钢板、30-爬行支撑机构、31-主支撑筒、311-前端支撑板、3111-第一伸缩杆通孔、312-后端支撑板、3121-钢板推出配合槽、32-爬行支架、321-爬行支撑板、322-行走滚轮、323-第一电机、40-焊接机构、41-焊接机头、42-第一伸缩缸、421-第一伸缩杆、422-第一方向约束杆、423-第一约束块、4231-第一约束孔、43-旋转盘、431-固定盘、432-旋转配合盘、44-滑轨机构、441-固定轨道、442-驱动滑块、50-储料机构、51-储料壳体、510-从动齿圈、5110-钢板固定条、511-钢板放置槽、512-钢板推出开槽、513-第二伸缩杆通孔、52-第二电机、521-第二驱动齿轮、60-送料机构、61-第二伸缩缸、611-第二伸缩杆、612-第一支撑块、613-第二方向约束杆、614-第二约束块、6141-第二约束孔、62-直线电机轨道、621-直线电机滑块、63-伸缩卡盘、64-推出驱动缸、641-第三伸缩杆、65-摆位伸缩杆、651-内侧限位约束板、652-外侧限位约束板、653-限位卡条、70-排气机构、700-固定连接辐条、71-烟气收集壳体、710-烟气通孔、711-腔室分隔板、712-烟气处理腔、713-排气汇总接口、7110-烟气连通孔、72-烟气过滤块、73-鼓风机。

具体实施方式

下面结合图1-图7对本发明进行详细说明，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1本身投影关系的上下左右前后方向一致。

实施例1：

一种高桩码头用组合钢管桩的专用焊装装置，如图4所示，组合钢管桩包括钢管内管11以及包围固定在钢管内管11外侧且与其同轴的钢管外管12，钢管内管11外侧壁与钢管外管12内侧壁之间固定连接有多个加固钢板13，专用焊装装置包括爬行支撑机构30、焊接机构40、储料机构50、送料机构60以及排气机构70，专用焊装装置在工作时处于钢管内管11外侧壁与钢管外管12内侧壁之间用于对加固钢板13进行焊接；

如图3所示，爬行支撑机构30包括主支撑筒31，主支撑筒31前端固定设有环形的前端支撑板311，主支撑筒31后端固定设有环形的后端支撑板312；

前端支撑板311前端以及后端支撑板312后端均固定设有多对结构镜像对称的爬行支架32，爬行支架32包括爬行支撑板321，爬行支撑板321靠近钢管内管11外侧壁的一侧与靠近钢管外管12内侧壁的另一侧均连接有行走滚轮322，行走滚轮322由第一电机323进行驱动；

前端支撑板311前端的爬行支架32中的爬行支撑板321与前端支撑板311前端固定连接，后端支撑板312后端的爬行支架32中的爬行支撑板321与后端支撑板312后端固定连接；

如图5所示，焊接机构40包括焊接机头41，焊接机头41连接在后端支撑板312后端的爬行支撑板321上，爬行支撑板321上固定设有第一伸缩缸42，第一伸缩缸42沿钢管内管11的轴线方向延伸布置，第一伸缩缸42内滑动配合有第一伸缩杆421；

第一伸缩杆421上固定连接设有第一方向约束杆422，第一方向约束杆422沿第一伸缩杆421轴向延伸，爬行支撑板321上固定设有第一约束块423，第一约束块423内具有第一约束孔4231，第一方向约束杆422滑动配合在第一约束孔4231内；

第一伸缩杆421一端固定连接有旋转盘43，旋转盘43远离第一伸缩杆421的一端设有滑轨机构44，焊接机头41固定连接在滑轨机构44上；

如图6所示，旋转盘43包括固定盘431以及转动配合连接在固定盘431外侧的旋转配合盘432，旋转配合盘432沿第一伸缩缸42的周向转动，旋转配合盘432在固定盘431上的转动由伺服电机控制驱动，旋转配合盘432与固定盘431之间的角度位置关系由编码盘来定位测量。

如图6所示，滑轨机构44包括固定在旋转配合盘432端面的固定轨道441以及滑动配合连接在固定轨道441上的驱动滑块442，固定轨道441沿旋转配合盘432的径向延伸布置，驱动滑块442由直线电机驱动在固定轨道441上滑动，驱动滑块442在固定轨道441上的位置由位移传感器进行精确测量；

焊接机头41与驱动滑块442固定连接。

如图2所示，储料机构50包括转动配合连接在主支撑筒31外侧的储料壳体51，储料壳体51为环形柱状壳体，储料壳体51上固定连接有从动齿圈510，前端支撑板311上固定设有第二电机52，第二电机52的输出轴上固定设有第二驱动齿轮521，第二驱动齿轮521与从动齿圈510啮合连接；

储料壳体51外侧面具有多个钢板放置槽511，储料壳体51后端具有多个与钢板放置槽511相连通的钢板推出开槽512，钢板放置槽511内侧壁固定有钢板固定条5110，钢板固定条5110为软质橡胶材料制成；

钢板放置槽511相对于储料壳体51的径向具有倾斜夹角，倾斜夹角为30°。

后端支撑板312上具有钢板推出配合槽3121；

如图1、图2所示，送料机构60包括固定在后端支撑板312后端的爬行支撑板321上的第二伸缩缸61，第二伸缩缸61沿钢管内管11的轴线方向延伸布置，第二伸缩缸61内滑动配合有第二伸缩杆611，第二伸缩缸61固定在每对爬行支架32中爬行支撑板321相互靠近的一侧，第二伸缩杆611在第二伸缩缸61内移动时由位移传感器进行精确的位置测量；

第二伸缩杆611一端固定设有第一支撑块612，第一支撑块612上固定设有第二方向约束杆613，第二方向约束杆613沿第二伸缩杆611轴线方向延伸，第二伸缩缸61外侧固定设有第二约束块614，第二约束块614上具有贯通的第二约束孔6141，第二方向约束杆613滑动配合在第二约束孔6141内；

第一支撑块612靠近钢管内管11外侧壁与钢管外管12内侧壁的两端均固定有直线电机轨道62，直线电机轨道62的延伸方向与第二伸缩缸61轴向一致，直线电机轨道62上滑动配合连接有直线电机滑块621，直线电机滑块621上固定有多个由电控伸缩杆驱动的伸缩卡盘63，直线电机滑块621在直线电机轨道62上移动时由位移传感器进行精确定位其相对位置关系；

每组爬行支撑板321相互靠近的一侧上固定有摆位伸缩杆65，每个爬行支撑板321上至少设有三个摆位伸缩杆65；

如图1所示，每对爬行支架32中的其中一个爬行支撑板321上固定有内侧限位约束板651，另一个爬行支撑板321上固定有外侧限位约束板652，内侧限位约束板651贴近钢管内管11外侧壁布置，外侧限位约束板652贴近钢管外管12内侧壁布置；

内侧限位约束板651与外侧限位约束板652相互靠近的一端均固定有沿钢管内管11轴线方向延伸布置的限位卡条653。

如图2所示，前端支撑板311上固定设有推出驱动缸64，推出驱动缸64内滑动配合有第三伸缩杆641，前端支撑板311上位于推出驱动缸64处具有第一伸缩杆通孔3111，储料壳体51靠近推出驱动缸64一侧面具有与钢板放置槽511相连通的第二伸缩杆通孔513；

如图3所示，排气机构70安装在爬行支撑机构30远离焊接机构40的一侧用于收集处理焊接时产生的烟气，排气机构70包括固定连接在前端支撑板311上的烟气收集壳体71，烟气收集壳体71通过多根固定连接辐条700与前端支撑板311固定连接；

烟气收集壳体71为环形的中空壳体，烟气收集壳体71远离前端支撑板311的一侧具有与烟气收集壳体71内部相连通的排气汇总接口713，烟气收集壳体71内固定设有鼓风机73，鼓风机73的输出端与排气汇总接口713通过管道相连通。

烟气收集壳体71内固定有多片环形的腔室分隔板711，烟气收集壳体71靠近前端支撑板311的一侧具有多个与烟气收集壳体71内部相连通的烟气通孔710，腔室分隔板711将烟气收集壳体71内部分割为多个独立的烟气处理腔712，烟气处理腔712内具有多个烟气过滤块72；

腔室分隔板711上具有多个用于连通相邻的烟气处理腔712的烟气连通孔7110。

如图3所示，鼓风机73固定在靠近排气汇总接口713的烟气处理腔712内。

实施例2：

与实施例1不同之处在于，钢板放置槽511相对于储料壳体51的径向具有倾斜夹角，倾斜夹角为45°。

实施例3：

与实施例1不同之处在于，钢板放置槽511相对于储料壳体51的径向具有倾斜夹角，倾斜夹角为60°。

本发明专用焊装装置的焊接过程由现有技术的自动程序进行控制，例如公开号为CN111843133A的发明专利，以及参考现有流水线中使用的自动焊接机械臂；

本发明的专用焊装装置在实际应用中的工作过程如下：

在工作之前，首先将需焊接的加固钢板13放置在钢板放置槽511内，然后将整个装置送入处于钢管内管11外侧壁与钢管外管12内侧壁之间的空间内，驱动行走滚轮322的第一电机323为伺服电机，多个行走滚轮322带动整个装置移动到指定位置，推出驱动缸64内的第三伸缩杆641伸出，第三伸缩杆641依次穿过第一伸缩杆通孔3111和第二伸缩杆通孔513，接着第三伸缩杆641将一个钢板放置槽511内放置的加固钢板13推出，加固钢板13通过钢板推出开槽512进入到内侧限位约束板651与外侧限位约束板652之间的位置，摆位伸缩杆65内的伸缩杆伸缩将加固钢板13扶正，再通过送料机构60将加固钢板13摆放为正确的焊接姿态和位置，即使得加固钢板13所在平面处于钢管外管12的径向平面；

在送料机构60上，位于加固钢板13两侧的直线电机滑块621运动到加固钢板13两侧使得伸缩卡盘63能够将加固钢板13夹持住，然后通过直线电机滑块621的移动以及第二伸缩缸61内第二伸缩杆611的伸缩移动共同将加固钢板13推向焊接位置，第二伸缩杆611在第二伸缩缸61内移动时由位移传感器进行精确的位置测量，直线电机滑块621在直线电机轨道62上移动时由位移传感器进行精确定位其相对位置关系，进而能够确定加固钢板13的位置；

第一伸缩缸42内第一伸缩杆421的伸缩移动、旋转配合盘432相对于固定盘431的旋转以及驱动滑块442借助伸缩缸驱动相对于固定轨道441的运动能够使得焊接机头41上的焊接枪头在空间内自由移动以及处于合适的焊接角度，其中旋转配合盘432与固定盘431相对转动使得焊接机头能够在待焊接的管体径向平面内旋转，直线电机驱动的驱动滑块442相对固定轨道441移动使得焊接机头能够与加固钢板13与管体的接缝形成接触并进行焊接，如图6所示，固定盘431上设置有伺服电机，通过伺服电机转动旋转配合盘432，使得焊接机头41带动其上的焊枪转位，旋转配合盘432与固定盘431之间的角度位置关系由编码盘来定位测量，驱动滑块442在固定轨道441上的位置由位移传感器进行精确测量，进而能够定位使得焊接机头41上的焊接头处于焊缝位置进行精确焊接，焊接机头41将加固钢板13分别与钢管内管11外侧壁与钢管外管12内侧壁焊接固定；

排气机构70能够将焊接产生的烟气进行初步过滤处理，并方便将焊接产生的烟气集中收集，避免焊接产生的烟气到处扩散，在鼓风机73的输送作用下，烟气收集壳体71内的空气不断地从排气汇总接口713中排出，烟气收集壳体71内空气排出后气压降低，烟气收集壳体71外靠近焊接机头41一侧的空气通过烟气通孔710进入到烟气收集壳体71内，并且将焊接产生的烟气也带入到烟气收集壳体71内，焊接产生的烟气经过烟气过滤块72过滤后最终从排气汇总接口713中排出。