波纹管焊接设备的研制.pdf

文 章 编 号 100225855 2007 0520038203 作 者 简 介 何 克 明 1947 男 高 级 工 程 师 从 事 阀 门 用 金 属 波 纹 管 的 设 计 研 制 工 作 波 纹 管 焊 接 设 备 的 研 制 何 克 明 沈 阳 仪 表 科 学 研 究 院 辽 宁 沈 阳 110043 摘 要 介 绍 了 金 属 波 纹 管 在 阀 门 中 的 应 用 并 叙 述 了 一 种 简 便 高 效 的 波 纹 管 焊 接 设 备 的 研 制 过 程 提 出 了 简 化 设 计 的 一 些 方 法 关 键 词 金 属 波 纹 管 阀 门 环 缝 焊 接 机 床 中 图 分 类 号 TG43919 文 献 标 识 码 A A study of simple and high2eff icient bellows welding equipment HE Ke2ming Shenyang Academy of Instrumentation Sciences Shenyang 110043 China Abstract This paper introduces the application of metal bellows in the valve field and also presents a research process of bellows welding equipment which is very simple and high2efficient It shows some methods to simplify designation Key words metal bellows valve girth welding machine tool 1 概 述 金 属 波 纹 管 具 有 在 压 力 轴 向 力 横 向 力 或 弯 矩 作 用 下 均 能 产 生 相 应 位 移 的 特 点 并 具 有 耐 压 真 空 密 封 耐 腐 蚀 温 度 稳 定 和 使 用 寿 命 长 等 性 能 因 此 它 在 许 多 工 业 领 域 中 得 到 越 来 越 多 的 广 泛 应 用 2 应 用 图 1 为 波 纹 管 作 为 密 封 隔 离 元 件 在 阀 门 中 的 应 用 在 各 种 波 纹 管 阀 门 中 无 论 是 截 止 阀 节 流 阀 调 节 阀 还 是 减 压 阀 等 阀 门 波 纹 管 都 是 作 为 阀 杆 的 无 填 料 密 封 隔 离 元 件 在 阀 门 工 作 过 程 中 波 纹 管 与 阀 杆 一 起 进 行 轴 向 位 移 和 复 位 同 时 它 还 承 受 流 体 的 压 力 并 保 证 密 封 与 填 料 密 封 阀 门 相 比 波 纹 管 阀 门 具 有 更 高 的 可 靠 性 和 使 用 寿 命 因 此 波 纹 管 阀 门 在 核 工 业 石 油 化 工 医 药 及 航 空 航 天 等 工 业 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 在 实 际 应 用 中 波 纹 管 经 常 与 其 他 元 器 件 如 法 兰 接 管 和 阀 杆 等 焊 为 一 体 组 成 波 纹 管 类 组 件 焊 接 成 为 波 纹 管 类 组 件 生 产 中 不 可 缺 少 的 一 道 重 要 工 序 随 着 科 研 和 生 产 的 发 展 对 波 纹 管 焊 接 工 装 及 设 备 提 出 了 新 的 要 求 根 据 这 些 要 求 需 要 研 制 新 的 波 纹 管 焊 接 设 备 3 研 制 311 波 纹 管 环 缝 焊 接 工 序 流 程 根 据 具 体 使 用 情 况 焊 接 工 艺 提 出 了 实 现 波 纹 管 组 件 半 自 动 焊 接 的 程 序 将 工 件 置 于 机 床 主 轴 夹 盘 上 夹 紧 机 床 尾 座 顶 紧 工 件 焊 枪 调 整 到 位 调 整 线 位 移 万 向 旋 转 角 位 移 焊 接 电 源 开 启 起 弧 机 床 启 动 转 动 工 件 转 动 速 度 可 调 正 反 转 瞬 时 可 调 机 床 关 闭 焊 接 电 源 关 闭 焊 接 结 束 卸 下 工 件 312 焊 接 机 床 的 技 术 要 求 实 现 相 应 程 序 环 缝 焊 接 机 床 应 达 到 相 应 的 技 术 要 求 床 头 可 转 换 角 度 90 主 轴 旋 转 速 度 011 11r min 无 级 调 速 主 轴 中 心 高 200mm 床 身 焊 接 长 度 500mm 焊 枪 调 节 范 围 垂 直 方 向 0 500mm 水 平 方 向 0 500mm 旋 转 方 向 万 向 旋 转 313 焊 接 设 备 焊 接 机 床 的 技 术 要 求 主 要 有 主 轴 旋 转 速 度 范 围 011 11r min 且 实 现 无 级 调 速 为 一 设 计 难 点 这 一 条 技 术 要 求 是 依 据 焊 接 机 床 使 用 范 围 通 用 化 这 一 出 发 点 而 提 出 的 主 轴 的 中 心 高 是 200mm 这 就 意 味 着 凡 是 直 径 小 于 400mm 的 工 件 都 可 以 在 该 设 备 上 实 现 自 动 焊 接 的 要 求 对 工 件 实 施 的 是 83 阀 门 2007 年 第 5 期 TIG 钨 极 亚 弧 焊 焊 接 技 术 焊 接 线 速 度 是 有 一 定 规 范 的 这 就 要 求 在 焊 接 大 直 径 工 件 时 夹 持 工 件 的 主 轴 夹 盘 的 旋 转 速 度 要 低 焊 接 小 直 径 工 件 时 夹 持 工 件 的 主 轴 夹 盘 的 旋 转 速 度 相 对 要 高 因 为 工 件 直 径 变 化 覆 盖 范 围 大 所 以 主 轴 旋 转 速 度 的 变 化 范 围 也 相 应 很 大 为 操 作 上 的 需 要 且 要 求 主 轴 能 在 此 范 围 内 无 级 调 速 图 1 波 纹 管 密 封 阀 1 机 床 主 轴 调 速 方 案 的 确 定 和 设 计 实 施 实 现 主 轴 无 级 调 速 的 方 法 一 般 有 2 种 小 功 率 交 流 电 机 配 以 交 流 变 频 调 速 器 的 交 流 变 频 调 速 系 统 该 系 统 的 工 作 原 理 是 依 据 交 流 电 机 转 速 n 60 fp 式 中 n 电 机 转 速 r min f 三 向 交 流 电 的 频 率 Hz p 交 流 电 机 的 极 对 数 如 果 改 变 交 流 电 的 频 率 f 就 实 现 了 电 机 输 出 轴 的 无 级 变 速 对 于 一 般 的 交 流 电 机 它 只 可 在 10 50Hz 的 范 围 内 变 速 而 不 丧 失 带 载 能 力 对 于 变 频 交 流 电 机 则 可 在 5 50Hz 范 围 内 变 速 由 此 看 来 这 种 方 式 的 最 大 调 速 范 围 为 imax 505 10 小 功 率 永 磁 支 流 电 机 配 以 脉 冲 调 速 器 的 直 流 调 速 系 统 该 系 统 的 调 速 范 围 不 超 过 1 20 超 出 后 电 机 无 带 载 能 力 调 速 范 围 仍 满 足 不 了 实 际 要 求 如 焊 接 大 直 径 工 件 需 工 件 慢 速 转 动 时 电 机 输 出 轴 经 常 停 转 难 以 实 现 正 常 焊 接 由 于 焊 接 工 艺 提 出 焊 接 机 床 主 轴 旋 转 速 度 在 011 11r min 范 围 内 无 级 调 速 也 就 意 味 着 调 速 比 i 11011 110 采 用 通 常 的 电 子 调 速 手 段 是 难 以 实 现 的 需 要 设 计 变 速 装 置 通 过 变 速 装 置 的 几 挡 变 速 输 出 与 电 子 无 级 调 速 系 统 形 成 串 联 结 构 最 终 完 全 覆 盖 要 求 的 i 110 的 传 动 比 若 按 此 方 案 设 计 将 使 整 个 焊 接 机 床 的 结 构 复 杂 化 增 加 成 本 并 且 给 操 作 带 来 不 便 经 过 焊 接 工 艺 分 析 最 终 将 主 轴 的 旋 转 速 度 指 标 定 为 0125 10r min 范 围 内 无 级 调 速 这 一 技 术 指 标 满 足 实 际 使 用 要 求 它 的 调 速 比 i 40 这 就 为 机 床 结 构 的 简 化 提 供 了 条 件 经 过 设 计 认 真 论 证 决 定 采 用 一 种 调 速 范 围 可 达 50 1 的 新 型 直 流 调 速 装 置 KBM G 212D 超 小 型 再 生 式 驱 动 器 作 为 主 轴 驱 动 电 机 的 调 速 器 它 的 使 用 使 得 主 轴 调 速 不 必 设 计 独 立 的 机 械 变 速 装 置 简 化 了 焊 接 机 床 的 结 构 KBM G为 一 种 超 小 型 全 波 再 生 驱 动 器 能 够 以 双 向 方 式 控 制 直 流 永 磁 或 励 磁 电 动 机 其 四 象 限 运 行 可 为 速 度 的 2 个 方 向 提 供 正 反 转 力 矩 可 在 50 1 的 电 机 基 准 速 度 范 围 内 提 供 负 载 能 力 图 2 为 机 床 结 构 主 轴 驱 动 电 机 选 用 型 号 为 M D K65 的 直 流 永 磁 式 电 机 电 机 的 功 率 为 65W 输 出 转 速 1 800r min 该 马 达 输 出 轴 与 减 速 比 为 75 的 齿 轮 箱 直 联 结 构 紧 凑 齿 轮 箱 的 输 出 转 矩 也 满 足 使 用 要 求 齿 轮 箱 的 输 出 轴 上 安 装 了 齿 数 z 1 72 的 主 动 齿 轮 它 与 安 装 在 主 轴 尾 部 的 齿 数 z 2 30 的 被 动 齿 轮 相 配 组 成 减 速 比 为 i 72 30 214 的 齿 轮 副 从 该 结 构 可 知 主 轴 最 高 转 速 nmax 1 800 75 214 10r min KBM G调 速 器 与 直 流 电 机 相 联 可 在 50 1 的 调 速 范 围 内 使 直 流 电 机 无 级 变 速 从 而 实 现 主 轴 转 速 在 0125 10r min 范 围 内 平 稳 变 化 并 可 根 据 操 作 需 要 瞬 时 改 变 主 轴 的 正 反 向 运 转 93 2007 年 第 5 期 阀 门 11 主 轴 21 齿 轮 副 31 齿 轮 箱 41 电 机 51 卡 盘 61 尾 座 71 制 动 板 81 导 轨 91 制 动 座 101 床 身 图 2 焊 接 机 床 2 结 构 设 计 由 图 2 所 示 焊 接 机 床 除 了 主 轴 系 统 外 还 包 括 床 身 纵 向 运 动 导 轨 随 机 制 动 锁 紧 装 置 尾 座 焊 枪 固 定 架 等 机 构 设 计 中 采 用 了 由 标 准 直 线 轴 直 线 轴 支 撑 直 线 滚 动 滑 块 和 尾 座 基 板 组 成 的 直 线 滚 动 导 轨 副 结 构 使 得 尾 座 纵 向 运 动 轻 捷 快 速 尾 座 刚 性 好 尾 座 基 板 侧 面 安 装 了 制 动 板 使 尾 座 可 以 在 需 要 的 位 置 锁 紧 组 成 直 线 滚 动 导 轨 副 的 直 线 轴 直 线 轴 支 撑 和 直 线 滚 动 滑 块 已 形 成 标 准 系 列 产 品 可 以 按 需 求 选 用 达 到 经 济 实 用 作 为 施 焊 器 件 的 焊 枪 在 对 不 同 工 件 作 业 时 一 般 要 求 工 作 前 必 须 作 6 个 自 由 度 的 调 整 以 满 足 工 作 位 置 的 要 求 这 些 都 是 靠 焊 枪 固 定 架 来 实 现 的 因 而 焊 枪 固 定 架 必 须 具 备 6 个 自 由 度 的 调 整 功 能 通 常 在 自 制 设 备 中 焊 枪 固 定 架 是 自 行 设 计 的 功 能 上 的 要 求 导 致 了 它 的 设 计 上 的 相 对 复 杂 单 件 生 产 加 工 又 导 致 了 它 的 成 本 较 高 在 焊 接 机 床 设 计 加 工 中 采 用 单 独 购 买 焊 接 跑 车 设 备 上 的 焊 枪 固 定 架 总 成 保 证 其 质 量 好 价 钱 便 宜 3 特 点 焊 接 机 床 可 以 连 续 焊 接 100 熔 透 焊 缝 可 随 时 调 节 焊 接 参 数 正 反 转 瞬 时 可 调 其 尾 座 定 位 机 构 可 消 除 和 减 少 焊 接 工 件 的 定 位 误 差 提 高 焊 接 质 量 操 作 简 便 运 动 部 件 运 动 轻 捷 刚 性 好 节 约 操 作 时 间 提 高 生 产 率 减 轻 操 作 强 度 3 结 语 波 纹 管 焊 接 机 床 使 用 情 况 良 好 做 到 了 设 计 和 制 造 周 期 短 投 入 使 用 快 通 过 这 次 设 计 可 以 对 今 后 的 设 计 工 作 以 一 些 启 示 如 设 计 中 应 慎 重 提 出 技 术 指 标 要 求 和 慎 重 选 定 设 计 实 施 方 案 充 分 考 虑 设 计 周 期 和 加 工 成 本 关 注 技 术 市 场 关 注 实 用 技 术 的 发 展 将 一 些 需 自 行 设 计 制 造 的 零 部 件 代 之 以 购 买 成 品 尽 量 采 用 可 利 用 的 功 能 部 件 这 既 可 以 节 约 制 造 成 本 又 可 缩 短 新 设 备 的 设 计 和 研 发 周 期 可 简 化 整 个 设 计 工 作 达 到 低 成 本 高 效 率 的 效 果 参 考 文 献 1 徐 开 先 1 波 纹 管 类 组 件 的 制 造 及 应 用 M 1 北 京 机 械 工 业 出 版 社 19981 收 稿 日 期 2007108113 上 接 第 11 页 的 变 形 首 先 对 套 筒 进 行 粗 加 工 然 后 上 工 装 对 套 筒 进 行 精 加 工 在 加 工 时 要 采 取 合 理 的 进 给 量 和 走 刀 量 等 保 证 套 筒 导 向 面 粗 糙 度 Ra 312 m 然 后 采 取 磨 削 加 工 使 其 表 面 粗 糙 度 Ra 116 m 以 保 证 阀 门 的 运 动 精 度 和 降 低 摩 擦 力 对 于 大 口 径 阀 门 套 筒 要 增 加 时 效 工 序 降 低 因 加 工 引 起 的 零 件 变 形 6 结 语 合 理 的 结 构 设 计 和 加 工 工 艺 设 计 是 保 证 阀 门 密 封 的 重 要 前 提 随 着 先 导 式 调 节 阀 在 自 动 控 制 系 统 越 来 越 多 的 应 用 其 实 践 经 验 和 制 造 技 术 水 平 将 会 得 到 进 一 步 的 完 善 和 提 高 参 考 文 献 1 陆 培 文 调 节 阀 实 用 技 术 M 北 京 机 械 工 业 出 版 社 2006 2 杨 源 泉 阀 门 设 计 手 册 M 北 京 机 械 工 业 出 版 社 1992 3 洪 勉 城 阀 门 设 计 计 算 手 册 M 北 京 中 国 标 准 出 版 社 1994 4 J W 哈 奇 森 调 节 阀 手 册 M 北 京 化 学 工 业 出 版 社 1984 5 彭 廷 红 三 偏 心 蝶 阀 密 封 结 构 启 闭 性 能 分 析 J 阀 门 2003 1 收 稿 日 期 2007102101 04 阀 门 2007 年 第 5 期