球罐焊接机器人行走机构的磁轮研制

球罐焊接机器人行走机构的磁轮研制 球罐焊接机器人行走机构的磁轮研制* DeveloptheMagneticWheelsofMovableMechanismfortheSphericalTank WeldingRobot 北京石油化工学院(102600)薛龙姚斌李明利 【摘要】介绍了焊接机器人行走机构的磁轮 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 选择,设计要求,安装工艺和设计原理.该 机构克服了导轨式焊接机器人的缺点,可以实现无导轨焊接的全位置行走.通过实践验证了该 机构的功能及安全性. 关键词稀土永磁磁力磁轮球罐 Keywordsrare—earthmagnet,magnetism,magneticwheels,sphericaltank 随着石油化工等工业的发展,大型球罐,储罐, 管道的建造量与日俱增,迫切需要提高焊接自动化 程度以提高施工速度与焊缝质量.目前国内从美国, 加拿大等国家进口的焊接设备,主要由爬行机构,摆 动机构,柔性或半柔性轨道等部分组成I1].由于导轨 的存在,在焊接过程中仍需完全依靠人工来紧盯焊 接熔池,不断操作焊枪进行焊缝跟踪,其劳动强度 大,焊缝质量影响因素多,因此国内外的球罐自动化 焊接技术仅达到了机械化焊接生产水平,需要研制 开发出具有自动实时跟踪焊缝等功能的智能焊接设 备,以提高球罐自动化,智能化焊接的水平I2]. 我校完成的”球罐全位置智能焊接机器人的研 制及其现场工程应用”研究课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,摆脱了导轨的约 束,解决了自动焊的问题I3].以磁轮为主的柔性磁轮 行走机构,是解决该问题的关键技术之一. 磁轮设计方案 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 爬行机器人是集机构学,运动学,传感技术,控 制和信息技术等学科于一体的高科技产品,按照其 吸附方式可分为真空吸附和磁吸附2种;按照其移 动方式可分为轮式,履带式和步行3种. 1.吸附方式选择 磁吸附式装置结构简单,吸附力大于真空吸附 方式,且对壁面的凸凹适应性强,不存在整孔吸附漏 气的问题,因而当壁面是导磁材料时,优先选用磁吸 附方式.而磁源产生方式有2种:永磁材料生磁,电 磁铁生磁.电磁铁生磁,磁力大小可控制,比较灵活, 但要消耗电能,同时,安全性差,当意外断电时易发 生事故,并且电磁铁本身也存在电阻与温升的问题, 体积不能缩小,难以与转动机构相结合.使用永磁铁 则可避免以上电磁铁的缺点. 2.移动方式选择 轮式结构,由磁芯产生磁力,磁芯外套钢套为轮 轴,钢轮被磁芯磁化,产生新的磁感B与磁芯磁感B 共同作用于球罐,产生磁力;履带式结构,履带上部 为磁源生磁,在其下部置一可控反向磁源,控制其整 体磁感B的大小,使前进方向上的磁感B大,而其 后方向履带的磁力变小,以减少履带脱离时能量消 耗;步行结构,由八脚蛛形结构组成,同履带式相仿, 每个脚上部为磁源,下部为反向可控生磁机构.移动 时4脚移动,4脚吸附相互转换. 上述3种方案分析比较,车轮式移动快速,控制 灵活;履带式对壁面的适应性强,但不易转弯;步行 式承重能力强,但速度较慢.由于履带式和步行式结 构复杂,造价昂贵,也不适合本课题的研究对象,因 此该系统选用车轮式移动结构. 3.磁轮结构设计 1)磁轮的结构组成 磁轮由钢轮, Nd—Fe—B磁芯,铜 套,紧定螺钉4部分 组成(如图1所示). 钢轮兼导磁,滚轮与 支撑轴3种作用为 一 体,由于磁芯比较 脆,易碎裂,不宜直 接作车轮,需要通过图1磁轮机构图 耐磨的导磁性能良好的构件连接,本设计中,钢轮采 用了45钢,为了增加摩擦力,钢轮外表面滚花并表 面淬火处理;铜套将左右2个半轮连接起来,并避免 磁短路;固定螺钉的作用是将2个半轮连接起来,由 于左右2个半轴要求同轴,其精度由铜套来保证,因 此不宜采用螺纹连接.磁芯的作用是产生磁源. 2)磁芯 《新技术新工艺》?机械加工与自动化2002年第9期.11. 随着材料科学的迅速发展,各种性能优异的磁 性材料不断涌现,稀土磁性材料在近年来得到越来 越多的应用.主要是稀土氧化物成分,Sn—CoR合金 和Fe—BCR为稀土元素系列永磁材料.特别是 Nd2Fel4B的出现,引起人们很大的兴趣.它具有最 大的磁能积,是新一代的永磁材料.Nd的矫顽力 大,磁能积高,在磁路设计合理的情况下的磁体可提 供4.61N/cm.吸力.但是,该种材料的高温性能不 好,长时间在高温下工作容易退磁.市场上也有耐高 温的永磁材料,但其磁能积明显低于Nd.通过对球 罐焊接现场的考察,并对球罐焊接的热力场分布进 行测试(如图2所示),得到的结果是Nd可以满足 现场需要. 4OO4? f踟渤f .啪=_枷. 1幽一一2艘l 弱415173棚2157B5147舶 温度,? 图2温度场分布图 4.磁轮机构装配工艺 为了便于磁轮的安装操作,我们采用先充磁后 装配的工艺.装配的过程中,要保证2个半轮的内端 面与磁芯的端面接触良好,以便减少磁隙损耗.由于 铜套比磁芯轴向长度要求短些,所以2个半轮装配 压实后,达到设计的尺寸链长度时,即可保证其端面 基本要求. 磁力验算 1.磁力分布 在磁轮的两个半轮上,沿轴向在外端母线上各 均匀取20个点,测量磁力分布,统计如表1. 2.磁力计算 磁轮与球罐接触面的磁力估算公式为: F一5.0176×10-3R.DBg. 式中:R——磁轮半径; D——半轮磁轮母线长度; —— 磁感应强度. 根据表1磁力分布情况,考虑磁轮与球罐的内 外壁的不同的接触面以及一定的安全系数范围内, 计算得B?1.22(T). 解出:F一1l14.75N. 表1磁力沿磁轮母线分布表 分布点02468101214161820 左半轮1.300.950.90.850.810.991.021.551.992.214.20 (左至右) 右半轮1.300.940.910.850.820.941.051.602.002.204.23 (右至左) 3.实验分析 机器人在球罐内壁脱落可能性最大的仰焊位置 上,两边安装防脱落的保护装置,车轮慢速前进,进 行动态测量.逐渐加挂每块1Okg重物,至8块时,开 始出现脱落迹象. 由于焊接机器人的重量为5Okg,所以实验表明 8个磁轮的承重能力可达13Okg,大于理论计算,表 明整个装置设计磁力系统满足安全要求. 结语 研制的焊接机器人,通过焊接工艺实验和现场 焊接检验,磁轮吸附牢固,系统可靠.机器人运行灵 活,能够完成直线,曲线的跟踪要求,可以实现前进, 倒车等工艺要求,实现全位置焊接. 参考文献 1.张运川.球形贮罐自动化焊接技术的进展.压力容器, 1997.4:49,56 2.张甲英等.球罐全自动电弧焊设备.焊接,1998,4 (19):221,224 3.蒋力培,焦向东等.球罐全位置智能焊接机器人研究.机 器人,2000,22(7):688,691 *国家863高技术发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目资助(863—512—9913-02) 责任编辑黄进平 jI}jI}jI}jI}jI}jI}jI}t 《机床工具黄页》受业界关注 中国电话号簿公司将于2002年3月首次出版的《机床工具黄页》 具有两大特点:一是定位准确,只收录机床工具行业企业 的联系方式和产品介绍;二是首次采用按产品或服务类别分类的方式编排,与以往各类黄页按地域排序方式相比,方便了读 者对产品的查询. 发行上,该黄页也将采取更有效的方式,一是在2003年各大展会上发行(如由中国机床工具协会主办的2003年”第八届 中国国际机床展览会”);二是在各类专业期刊上刊登广告发行;三是通过专业书店发行. 该黄页委托北京世晓文化传播有限公司全权负责广告征订,出版,发行工作,该公司拥有《机床商情》,《模具商情》两本杂 志.咨询电话:(8610)84047918,E—mail:JCSQ@163.net .12.《新技术新工艺》?机械加工与自动化2002年第9期