一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人，该机器人整体呈胶囊状，具体结构包括自适应走行系统、机械支撑与平衡系统、激光熔覆系统、水冷却系统，自适应走行系统由伺服电机提供动力，齿轮箱与设备壳体固定连接，伺服电机将动力经齿轮箱传递给主轴，主轴前部与后部分别固定连接有两个主动锥齿轮，每个主动锥齿轮上通过从动锥齿轮连接有3组走行脚支；每个从动锥齿轮上均连接有1组走行脚支；3组前走行脚支和3组后走行脚支支撑在被熔覆钢管内壁上，通过自适应行走对变径或不变径钢管内壁进行激光熔覆，基于压力过载保护装置，可适应不同管材内壁的激光熔覆强化作业。可适应不同管材内壁的激光熔覆强化作业。可适应不同管材内壁的激光熔覆强化作业。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人


[0001]本技术属于激光熔覆
，尤其涉及一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人。

技术介绍

[0002]随着机械工业快速发展，机械零部件的服役环境变得越来越苛刻，常常处于高温、高速、高压、强腐蚀性的极限工况下服役，对其表面性能要求越来越高，激光增材制造是提高其表面强化质量的重要方法。激光熔覆技术在工业领域有广泛应用。激光熔覆具有热量集中、加热和冷却速度快、绿色环保、工件热变形小等优点。但是目前激光熔覆设备多以熔覆零件外表面为主，针对细长管零件内壁激光熔覆的设备不多，仅有的管内壁激光熔覆设备主要通过伸缩单臂带动熔覆头及相关设备伸入到管内进行熔覆，因受稳定性平衡限制单臂伸展最大距离3m，且单臂带动的熔覆头不能旋转，通过转动胎具支承被熔覆管材旋转，进而实现对管材内壁的熔覆，该设计方案对于大吨位管材或固定不动的管材内壁熔覆无能为力。单臂熔深3m后，通过调转到管材另外一端，重新深入3m进行熔覆。整体最大熔覆长度不足6m，且熔覆管件直径也不能太小。设备自动化程度低，熔覆工艺实施工况严重受限，不利于自动化作业。
[0003]中国专利申请号201510357239.9，公开了一种管件内壁激光熔覆装置，虽然机构简单，但其不能适用变管径工况，变管径下设备需不断调整激光焦点位置，因此该技术方案无法实现对管径有变化的管件进行连续激光熔覆作业。同时其未考虑对激光熔覆头等设备的冷却处理。钢管内壁激光熔覆作业空间狭窄受限，烟雾混杂，环境温度容易升高，熔覆中往往伴随产生大量热，这些热量若不能及时排出会持续累积，会对熔覆头设备造成热损伤。
[0004]中国专利申请号201910597211.0，公开了一种适用于细长管内壁激光熔覆的装置及使用方法，通过增加支点方式提高了熔覆稳定性，同时考虑通过管路进行水冷，通过转动被熔覆管件来实现熔覆作业。但其仅适用于体积小、易移动的细长管件，针对大吨位管材、固定管件内壁没有对应的设计方案。同时对管件长度有严格限制，对长度过大管件无能为力。
[0005]在工业蓬勃发展的时代，针对不同作业工况的细长管内壁激光熔覆强化问题不可忽视。限制该领域的瓶颈有两个：一是熔覆工艺；二是熔覆机械载体装置。随着激光技术的发展，熔覆工艺已逐步成熟并得到解决。但还缺少实现钢管内壁激光熔覆的重要机械装置载体，装置需要适合更广泛的应用工况，尤其针对不能移动的大吨位管件内壁强化、管径有阶梯变化的管件内壁，长度较大的管件内壁的激光熔覆问题急待解决。因此，急需设计一种结构简单、使用方便、自动化程度高的管件内壁熔覆装置，以提高激光熔覆工艺在细长管内壁强化中的更广泛应用。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本技术的目的是提供一种自适应型变径钢管内壁激
光熔覆机器人，可实现对管径阶梯变化的长管内壁进行激光熔覆强化处理。
[0007]为实现上述目的，本技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人，该机器人整体呈胶囊状，具体结构包括自适应走行系统、机械支撑与平衡系统、激光熔覆系统、水冷却系统；
[0009]所述的自适应走行系统包括伺服电机、齿轮箱、主轴、走行脚支，自适应走行系统由伺服电机提供动力，齿轮箱与设备壳体固定连接，伺服电机将动力经齿轮箱传递给位于整个设备主轴线上的主轴，主轴前部与后部分别固定连接有两个主动锥齿轮，每个主动锥齿轮上通过从动锥齿轮连接有3组走行脚支；主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮以主轴为中心均布，每个从动锥齿轮的轴线与主动锥齿轮的轴线呈90
°
角；每个从动锥齿轮上均连接有1组走行脚支；
[0010]所述的走行脚支包括链轮一、链轮二、蜗杆、蜗轮、耐热走行轮，从动锥齿轮与蜗杆同轴固定连接，蜗杆与蜗轮相互啮合传动，蜗轮中心通过销轴与链轮一固定连接，销轴由固连在设备壳体外部的支架支承；链轮一与链轮二通过链条传动，链轮二与耐热走行轮连接，动力通过链传动传输至耐热走行轮；由伺服电机带动走行脚支，每一个走行脚支的行走动作通过互呈120
°
角的3个从动锥齿轮传递给蜗轮蜗杆，然后通过链传动将动力传递给耐热走行轮。
[0011]所述的机械支撑与平衡系统由伺服电机提供动力带动3组前走行脚支、3组后走行脚支；机械支撑与平衡系统由两部分构成；
[0012]第一部为支撑构件组，包括拉力杆、空心丝杠、三爪丝母；拉力杆顶端与走行脚支的Y形支撑杆中部铰接，底端与三爪丝母上的爪铰接；空心丝杠与三爪丝母螺纹连接，空心丝杠与主轴同轴设置，并通过轴承连接，给走行脚支提供支撑动力；
[0013]第二部分为耐热走行轮与熔覆钢管内壁之间的压力过载保护装置，包括弹簧腔体、定压球、压簧、定压齿轮、齿轮固定挡圈，弹簧腔体外部均布有花键，花键与后置空心丝杠插接，实现弹簧腔体与后置空心丝杠的周向固定；弹簧腔体内部设有周向均布有圆柱盲孔结构，圆柱盲孔结构内设有压簧；定压齿轮与主轴同轴布置；定压齿轮靠近弹簧腔体的表面周向均布有半球形凹窝，每个凹窝内设有定压球，齿轮固定挡圈设置在主轴与弹簧腔体之间，并与弹簧腔体内侧螺纹连接，在压簧的作用下定压球、定压齿轮、齿轮固定挡圈依次抵靠接触，使定压齿轮与弹簧腔体之间留有空隙，齿轮固定挡圈与主轴之间留有空隙；
[0014]伺服电机将动力经过齿轮啮合传动传递给定压齿轮，由定压齿轮经定压球带动弹簧腔体转动，弹簧腔体把动力传递给空心丝杠和三爪丝母，通过三爪丝母的轴向移动带动拉力杆，将动力传递给Y形支撑杆，从而实现6组走行脚支的伸展角度调整，使走行脚支与被熔覆内管壁接触。
[0015]所述的激光熔覆系统包括齿轮二、齿轮三、齿轮四、熔覆头旋转壳体、熔覆头固定壳体、反光镜、光束聚焦透镜调整电机、光束聚焦透镜调整丝杠、光束聚焦透镜、反光镜角度调整电机、熔覆喷嘴；齿轮二与主轴固定连接，齿轮二与齿轮三相互啮合，齿轮三、齿轮四与传动轴固定连接，传动轴通过轴承与设备壳体连接，齿轮四与固定在熔覆头旋转壳体上的齿轮一啮合，熔覆头固定壳体与设备壳体固定连接，熔覆头旋转壳体与熔覆头固定壳体相互转动连接，熔覆头旋转壳体、熔覆头固定壳体内由内而外均设置有激光腔、送粉腔，两个激光腔之间相互连通，且连接处设有密封环一；两个送粉腔之间相互连通，且连接处设有密
封环二；
[0016]光束聚焦透镜调整电机固定在熔覆头固定壳体上，光束聚焦透镜调整电机带动光束聚焦透镜调整丝杠旋转，进而带动与光束聚焦透镜调整丝杠螺纹连接的丝母升降，光束聚焦透镜固定在丝母上，实现调整激光聚焦点位置；熔覆头旋转壳体的激光腔内安置有反光镜，反光镜角度调整电机可带动反光镜转动，配合光束聚焦透镜位置调整，从而调整光束照射在管材内壁的光斑位置，使其与熔覆喷嘴喷射粉末汇聚同一点，熔覆头旋转壳体上连接有与送粉腔相连通的熔覆喷嘴。
[0017]所述的水冷却系统包括在设备壳体内壁上均匀布置的水冷管路，水冷管路与设备壳体外部的冷却进水管、冷却出水管连接。
[0018]还包括Y形支撑杆，Y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人，其特征在于，该机器人整体呈胶囊状，具体结构包括自适应走行系统、机械支撑与平衡系统、激光熔覆系统、水冷却系统；所述的自适应走行系统包括伺服电机、齿轮箱、主轴、走行脚支，自适应走行系统由伺服电机提供动力，齿轮箱与设备壳体固定连接，伺服电机将动力经齿轮箱传递给位于整个设备主轴线上的主轴，主轴前部与后部分别固定连接有两个主动锥齿轮，每个主动锥齿轮上通过从动锥齿轮连接有3组走行脚支；主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮以主轴为中心均布，每个从动锥齿轮的轴线与主动锥齿轮的轴线呈90
°
角；每个从动锥齿轮上均连接有1组走行脚支；所述的走行脚支包括链轮一、链轮二、蜗杆、蜗轮、耐热走行轮，从动锥齿轮与蜗杆同轴固定连接，蜗杆与蜗轮相互啮合传动，蜗轮中心通过销轴与链轮一固定连接，销轴由固连在设备壳体外部的支架支承；链轮一与链轮二通过链条传动，链轮二与耐热走行轮连接，动力通过链传动传输至耐热走行轮；由伺服电机带动走行脚支，每一个走行脚支的行走动作通过互呈120
°
角的3个从动锥齿轮传递给蜗轮蜗杆，然后通过链传动将动力传递给耐热走行轮。2.根据权利要求1所述的一种自适应型变径钢管内壁激光熔覆机器人，其特征在于，所述的机械支撑与平衡系统由伺服电机提供动力带动3组前走行脚支、3组后走行脚支；机械支撑与平衡系统由两部分构成；第一部为支撑构件组，包括拉力杆、空心丝杠、三爪丝母；拉力杆顶端与走行脚支的Y形支撑杆中部铰接，底端与三爪丝母上的爪铰接；空心丝杠与三爪丝母螺纹连接，空心丝杠与主轴同轴设置，并通过轴承连接，给走行脚支提供支撑动力；第二部分为耐热走行轮与熔覆钢管内壁之间的压力过载保护装置，包括弹簧腔体、定压球、压簧、定压齿轮、齿轮固定挡圈，弹簧腔体外部均布有花键，花键与后置空心丝杠插接，实现弹簧腔体与后置空心丝杠的周向固定；弹簧腔体内部设有周向均布有圆柱盲孔结构，圆柱盲孔结构内设有压簧；定压齿轮与主轴同轴布置；定压齿轮靠近弹簧腔体的表面周向均布有半球形凹窝，每个凹窝内设有定压球，齿轮固定挡圈设置在主轴与弹簧腔体之间，并与弹簧腔体内侧螺纹连接，在压簧的作用下定压球、定压齿轮、齿轮固定挡圈依次抵靠接触，使定压齿轮与弹簧腔体之间留有空隙，齿轮固定挡圈与主轴之间留...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌，张大成，高兴，韩兴，许彦，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：新型
国别省市：