424 防窜焊接滚轮架：窜动检测及防窜控制系统设计

第一章 方案的选择和确定

1­1 滚轮架简介

焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件间的摩擦力来带动焊件旋转的变位机械。 滚轮 分主动滚轮与从动滚轮。主要用于筒形焊件的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度 作适当调整，也可进行锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。 对于一些非圆长形 焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。

焊接滚轮架的使用能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高工作效率。

1­2 滚轮架分类

(一) 结构式分类

长轴式滚轮架:滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的一排为主动滚轮，另一 排为从动滚轮，也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄形焊件的组对与焊接。

1—从动滚轮 2—主动滚轮 3—驱动装置

组合式滚轮架:使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，使用方便灵活， 对焊件的适应性很强，是目前应用最广泛的结构形式。

a)主动滚轮架 b)从动滚轮架 c)混合式滚轮架

（二） 调节方式分类

自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距：

非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。

自调式焊接滚轮架 非自调式焊接滚轮架

1­3 结构设计

（一） 滚轮架结构选择

结构选择：采用组合式滚轮架。

组合式滚轮架特点 ：使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，使用方便灵 活，对焊件的适应性很强，是目前应用最广泛的结构形式。

（二） 滚轮架调节方式选择

调节方式选择：采用自调式滚轮架。

自调式滚轮架特点：自调式滚轮架根据工件直径大小自动调节滚轮支架的角度， 满足不同直径工件的支撑及旋转驱动。

1­4 滚轮驱动方案的拟定

为了保证一对主动轮的速度同步，采用由一个电机同时驱动两个主动轮。

传动方案设计如下图

传动方案简图

第二章 焊接滚轮架的设计与计算

2­1 焊接滚轮架主要技术参数

额定载重量：2t；

工件直径：250~1600mm；

滚轮圆周速度：6~60m／h

2­2 滚轮直径的确定

由表 1 可知本次设计的 2t 滚轮架选取滚轮直径 Dr=250mm；工件筒体直径 Dmin=250mm，Dmax=1600mm。

表1 焊接滚轮架技术参数

2­3 中心距的确定

当中心角的a >130 时支反力和圆周力急剧增大，相反，当a 角太小时，滚轮架 上的筒体焊件放置有可能不稳定。 因此在实际应用中为使焊件在滚轮架上获得可靠的 稳定性，并保证焊件可以平稳的转动a 应小于 40 度我国制定的焊接滚轮架行业标准 （ JB/T 9187-1999 ） 中规定中心角 a 应在 45 度到 110 度之

间 。

取l= 100mm 则L2=L1+2l

且 α1<110° α2>45°

2 110 sin 500 max 2 1 o

< L 2

50

sin 500 2 min 1 o > +l L 取L1=800mm

2­4 驱动圆周力和摩擦力的计算

焊接滚轮架受力简图

图3所示为焊件滚轮架及焊件的受力简图，图中2，3为主动滚轮。当重量为G、 其偏心距e=0的筒体焊件 1静置在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力 相等，即

2

2 ) ( 2 2

cos

2 L

Dr D Dr

D G

G F f - + + = =

a

式中 a —中心角；D—焊件直径；

Dr—滚轮直径；

L—主动滚轮之间的横向距离； 当偏心距 0 e = 时滚轮切向摩擦力

12 sin

2 sin cos 1

F F G

b a

a a == +- （2­2）

式中：a ­­­­­­­中心角

b­­­­­­­与滚轮几何尺寸和材料有关的系数

其中

2

r

r D b fd m =

+ (2­3)

式中：

Dr ————滚轮直径

r d ————滚轮直径，初取 r d =60mm

f ———— 滚轮与滚轮轴摩擦因数（滚动轴承 f=0.02）

u ———— 滚轮与焊件表面之间的摩擦因数（钢轮为m =0.6~0.8，橡胶轮为

m =2.5~3.5）。这里取m =3.5。

2­5 滚轮支反力的计算

架在滚轮座上的简体转动时，驱动圆周力F l 和 F 2 将使支反力 F f1、F f2 发生变化。 实际上，焊件只有按图所示位置逆时针转动时，因 F l 、F 2 力的方向向下，才使 F f1、 F f2 数值增大，且增大的份额往往超过因a 角增加或者摩擦因数 , f m

增加而增大的

份额。如果焊件顺时针转动，则 F1、F2 方向向上， 1 f F 、 2 f F 的数值减小。所以,

计算滚轮最大支反力时，应以图2­2所示的焊件重心位置和转向为准进行计算。 经公式推导得：

(2­4)

(2­5)

（2­6）

经过数据代入计算 ：可以得出 mm

b 5 . 30 = N

f f F F 17068 2

1

= = N

F F 3 . 653 2

1

= =

2­6 焊接滚轮架的电动机驱动功率的确定及型号选择

（一）滚轮轴上的载荷与驱动功率的计算

当已知滚轮架上的驱动圆周力和支反力后，每个滚轮和轴径上的计算载荷为

N K P p

f i F F P 25 . 8540 2

1

2 1

= + =

（2­8）

式中

P —作用在一个主动轮上的载荷 i

p

—同一列上的滚轮座数量

K

p

—载荷作用不均匀系数，当 i p =2时， K p =1.当 i p 3 ³ 时， K p =1.2～1.3

对独立驱动的主动滚轮，每一轮轴的扭矩

22 n 111 M [()]

22 r r P

f p

D d K F f F F i m =+++ （2­10）

式中：

n M ————轮轴的扭矩

1 F ————滚轮切向摩擦力

r D ————滚轮直径

f ————滚轮与滚轮轴摩擦因数

1 f F ————主动滚轮上的支反力

p K ————荷载作用不均匀系数，当 p i =2是， 1

p K = p i ————同一列上滚轮座数量

经计算：

m

N M

n

/ 65 . 82 = 焊接滚轮架的电动机驱动功率：

9950 n M n

N h

=

总 式中：N ————每个主动滚轮电动机驱动功率