一种轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架.pdf

一种轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其主要包括导轨底座和四个可移动滚轮组件。滚轮组件中的滚轮轴与滚轮固联，滚轮轴的两端与偏心套之间分别装有轴承组件，偏心套的内圆孔与外圆中心不重合，有一偏心量e；偏心套与轴承座圆孔之间分别安装有滚针轴承，偏心套上固联有蜗轮，并与安装在轴承座中的蜗杆啮合；该蜗杆可人工或机械驱动。当蜗杆给定输入后，驱动蜗轮及偏心套转动，改变滚轮轴两端支撑的相对位置，进而改变滚轮轴线的位姿，从而控制放置在滚轮架上的筒体的轴向窜动，实现控制轴向窜动调节方式多样、调节灵敏，控制轴向窜动机械调节机构简单、体积小、承载力大。

权利要求书
1.  一种轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其特征在于：两个平行的 纵向导轨固定在地基上，位于同一水平面内，两个横向导轨安装在两纵向导轨 上，一个为固定的横向导轨，另一个为可沿纵向导轨移动的横向导轨，在每个 横向导轨上设有以横向导轨长度中心线对称的两个滚轮组件，滚轮组件的轴承 座通过螺栓连接在横向导轨上，该轴承座内设有轴线呈水平的滚轮,设在该滚轮 中心通孔的滚轮轴与滚轮固联，滚轮两侧的滚轮轴上分别装有将其罩住的偏心 套，该偏心套的内圆孔中心与外圆中心不重合，有一偏心量e，偏心套与滚轮轴 之间设有轴承组件，偏心套内侧外周面与轴承座圆孔之间分别安装有滚针轴承， 偏心套外侧的外周面上固联有蜗轮，蜗轮与安装在轴承座中的蜗杆相互啮合， 蜗轮的轴线与偏心套的外圆轴线重合，偏心套与端盖之间装有推力轴承，该推 力轴承的轴线与偏心套的外圆轴线重合，端盖通过螺栓连接在轴承座上。

2.  根据权利要求1所述的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其特征 在于：与滚轮两侧相邻的滚轮轴和偏心套之间分别设有调心轴承，其外环配合 安装在偏心套的内圆孔中，同时滚轮轴两端与偏心套之间装有推力调心轴承， 推力调心轴承的外环球面中心与调心轴承的中心重合，即推力调心轴承与调心 轴承具有相同的旋转调整中心。

3.  根据权利要求1所述的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其特征 在于：与滚轮两侧相邻的滚轮轴和偏心套内侧之间分别装有调心轴承，滚轮轴 与调心轴承之间分别装有圆锥滚子轴承。

4.  根据权利要求3所述的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其特征 在于：调心轴承为滑动调心轴承。

5.  根据权利要求1所述的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其特征 在于：在蜗杆的输入端装有编码器。

6.  根据权利要求1所述的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，其特征 在于：在主动滚轮组件中滚轮轴与减速器的输出轴之间增设十字滑块联轴器。

说明书一种轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架
技术领域
本发明涉及一种超声波探伤及焊接辅助设备。
技术背景
随着我国石油、化工、核电、火电等领域的迅猛发展，对大型化、大壁厚 压力容器的需求量也在日益增加，对压力容器筒体的质量及筒体之间的焊接质 量以及焊接效率的要求也越来越高。焊接滚轮架就是应用在大型筒体焊接生产 中的一种辅助装置，在焊接滚轮架主动滚轮的驱动下，筒体在滚轮架上连续低 速、平稳换位转动，可实现自动化焊接，极大地提高了焊接效率及焊缝质量； 另在筒体出厂前一般需要对筒体进行超声波无损探伤检查来控制质量，筒体探 伤滚轮架就是应用在超声波自动探伤中的一种辅助装置，在筒体探伤滚轮架主 动滚轮的驱动下，筒体在滚轮架上连续高速、平稳换位转动，可实现筒体的自 动探伤，提高筒体探伤的效率。
大量资料研究与分析表明：筒体发生轴向窜动的主要原因是筒体轴线与滚轮 架各滚轮的轴线不平行或短时、瞬时不平行造成的，即筒体轴线与滚轮轴线之 间存在着夹角，使得筒体不再做单纯的圆周运动，而是做螺旋运动，引起筒体 的轴向窜动。如果能及时的采取措施改变滚轮轴线与筒体轴线之间的夹角，使 筒体在左旋运动与右旋运动之间来回交替并平衡，或不再做螺旋运动，那么筒 体的轴向窜动量就会被稳定在允许的误差内，或者不发生轴向窜动；也可以通 过调节滚轮轴线与筒体轴线之间的夹角，使筒体向确定的某一个方向窜动，并 在该方向上配备限位顶辊，对筒体进行精确定位。
目前国内外有许多滚轮架生产厂，如芬兰的PEMA公司生产的焊接滚轮架， 其控制工件轴向窜动机械调节机构采用的是单向偏转式调节机构，通过液压缸 驱动滚轮支座在水平面内做摆动，从而改变滚轮轴线姿态，如图7所示，其本 质属于单向偏转式调节方式；意大利的ANSALDO公司生产的焊接滚轮架，其控 制工件轴向窜动机械调节机构采用杠杆原理，将滚轮放置在一偏心轴上，用液 压缸驱动偏心轴在垂直于工件轴线的平面内做平面摆动，如图8所示，其本质 属于升降式调节方式；中国专利(公告号：CN101780622A)公开了一种滚珠丝 杆顶升式自动防窜滚轮架，其控制工件轴向窜动机械调节机构采用杠杆原理， 将滚轮置于杠杆上，杠杆末端装有滚珠丝杆，由电机驱动滚珠丝杆使滚轮在垂 直于筒体轴线的平面内做平面摆动，如图9所示，其本质属于升降式调节方式。
目前，滚轮架控制轴向窜动的机械调节方式都是单一的改变筒体的轴线位 置或滚轮的自身轴线位置，从而改变筒体轴线与滚轮轴线之间的夹角，调节时 无法同时协调好四个滚轮与筒体之间的相对位置关系，使筒体与滚轮之间的接 触出现偏载，筒体与滚轮之间存在滑动摩擦，影响筒体表面质量，而且现有的 控制轴向窜动机械调节机构体积较大、调节方式单一、灵敏性差，机械调节机 构一般只能应用在从动滚轮上，对于重型滚轮架的调节功率较大，严重限制了 其在工程实践中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架，本发 明控制轴向窜动调节方式多样化、空间化、调节灵敏；控制轴向窜动机械调节 机构简单、体积小、承载力大，同时适用于主、从动滚轮；在控制筒体轴向窜 动的同时能保证筒体与滚轮良好接触。
本发明的技术方案具体如下：
本发明主要包括设备导轨底座和四个可移动滚轮组件，所述的设备导轨底座 包括两个纵向导轨，两个横向导轨。其中，两个纵向导轨固定在地基上，位于 同一水平面内，彼此平行布置，共同承担载荷；两个横向导轨安装在两纵向导 轨上，一个为固定的横向导轨，另一个为可沿纵向导轨移动的横向导轨，以适 应不同筒体的长度。在每个横向导轨上设有以横向导轨长度中心线对称的两个 滚轮组件，该滚轮组件可沿横向导轨移动，通过调节两滚轮组件之间的距离， 以适应不同直径的筒体。每个滚轮组件上设有控制轴向窜动机械调节机构，可 以调节每一个滚轮轴线的位姿，控制筒体轴向窜动。该滚轮组件主要包括：轴 承座、滚轮轴、滚轮、滚针轴承、调心轴承、推力调心轴承、端盖、推力轴承、 偏心套、蜗轮、蜗杆及编码器。其中：轴承座通过螺栓活动连接在横向导轨上， 该轴承座内设有轴线呈水平的滚轮,设在该滚轮中心通孔的滚轮轴与滚轮固联， 滚轮两侧的滚轮轴上分别装有将其罩住的偏心套，该偏心套的内圆孔中心与外 圆中心不重合，有一偏心量e，该偏心套与滚轮轴之间设有轴承组件，其或是： 与滚轮两侧相邻的滚轮轴和偏心套内侧(即大直径一侧)之间分别设有调心轴 承，其外环配合安装在偏心套的内圆孔中，同时滚轮轴两端与偏心套之间装有 推力调心轴承，用来承担轴向力，推力调心轴承的外环球面中心与调心轴承的 中心重合，即推力调心轴承与调心轴承具有相同的旋转调整中心；其或是：与 滚轮两侧相邻的滚轮轴和偏心套内侧之间分别装有调心轴承，滚轮轴与调心轴 承之间分别装有圆锥滚子轴承，调心轴承为滑动调心轴承，具有较大的调心范 围，滚轮轴两端与偏心套之间不设推力调心轴承。上述偏心套内侧外周面与轴 承座圆孔之间分别安装有滚针轴承，偏心套外侧的外周面上固联有蜗轮，蜗轮 的轴线与偏心套的外圆轴线重合，上述蜗轮与设在轴承座中的蜗杆相互啮合。 偏心套与端盖之间装有推力轴承，该推力轴承的轴线与偏心套的外圆轴线重合。 端盖通过螺栓连接在轴承座上，端盖与推力轴承之间装配时留有微小间隙，以 补偿控制轴向窜动机械调节机构调节过程中滚轮轴产生的微小轴向移动。在蜗 杆的输入端装有编码器，用来测量蜗杆的转动量，间接测量偏心套的调节量。 上述轴承座中的蜗杆可人工驱动也可由电机驱动。当控制轴向窜动机械调节机 构应用于主动滚轮组件时，滚轮轴与减速器的输出轴之间增设十字滑块联轴器， 十字滑块联轴器可以补偿由于滚轮调节导致的两轴轴线之间的相对位移和相对 偏转，而且控制轴向窜动机械调节机构被集成在轴承座内，对滚轮组件的传动 无影响。
上述结构的工作过程：蜗杆在外力驱动下，带动蜗轮及偏心套转动，安装 在偏心套内的滚轮轴的轴线(即滚轮轴线)相对轴承座的位姿就会发生改变。 当滚轮轴两侧的偏心套同步转动时，滚轮的轴线做以偏心套外圆轴线为中心、 偏心量e为半径的圆周运动，滚轮可前、后、上、下平移运动，滚轮轴线的位 移空间为一圆柱面，可使放置在滚轮架上的筒体轴线发生偏移，改变筒体轴线 与滚轮轴线之间的夹角，控制筒体轴向窜动；当滚轮轴两侧的偏心套异步转动 时，滚轮自身轴线会发生空间偏转，即对于底面半径为偏心量e，高度为两调心 轴承中心距离的圆柱体，滚轮的轴线可与连接该圆柱下底面圆周上任意一点与 上底面圆周上任意一点的直线相重合，通过滚轮自身轴线的空间偏转，使筒体 轴线与滚轮轴线之间的夹角发生改变，控制筒体轴向窜动。
一般情况下四个滚轮组件的滚轮轴线与筒体轴线存在夹角是不相等的，筒体 的螺旋运动是四个滚轮共同作用的结果，筒体的螺旋运动与单个滚轮的运动是 不匹配的，使得筒体与滚轮之间存在一个轴向力。当轴向力作用在滚轮上时， 通过滚轮轴将载荷施加给推力调心轴承(或圆锥滚子轴承)，进而传递给偏心套， 通过偏心套上的推力轴承，最终将载荷加载到轴承座上，从而传至底座上。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、具有多种控制轴向窜动的调节方式，即滚轮轴线可实现空间移动和空间 偏转，可同时改变筒体轴线以及滚轮自身轴线的位姿，调节灵敏，控制轴向窜 动效果好；
2、控制轴向窜动机械调节机构简单紧凑，体积小，可集成在轴承座内，对 滚轮的传动及滚轮组件移动调节无影响，可适用于主动滚轮、从动滚轮，适用 范围广；
3、采用蜗轮蜗杆传动，可在机械结构上形成自锁，调节完成后即自动锁死 机械调节机构，保证调节的准确性；
4、控制轴向窜动机械调节机构调节功率小，可手动、电动调节，可以实现 空载或满载调整；
5、控制轴向窜动机械调节机构承载力大，可适用于重载滚轮架。
附图说明
图1是本发明立体示意简图.
图2是本发明第一个实施例滚轮组件主视剖面示意图.
图3是图2的A-A视图.
图4是本发明第二个实施例滚轮组件主视剖面示意图.
图5是图4的B-B视图.
图6是本发明第三个实施例滚轮组件主视剖面示意图.
图7是PEMA公司滚轮架控制轴向窜动机械调节机构原理图.
图8是ANSALDO公司滚轮架控制轴向窜动机械调节机构原理图.
图9是滚珠丝杆顶升式自动防窜滚轮架机械调节机构原理图.
图中：1.纵向导轨，2.横向导轨，3.轴承座，4.滚轮轴，5.滚轮，(6，6′). 滚针轴承，(7，7′，15，15′).调心轴承，(8，8′).推力调心轴承，(9，9 ′).端盖，(10，10′).推力轴承，(11，11′).偏心套，(12，12′).蜗轮， (13，13′).蜗杆，(14，14′).编码器，(16，16′).圆锥滚子轴承，17. 电机，18.减速器，19.十字滑块联轴器，20.液压缸，21.滚珠丝杆。
具体实施方式
实施例1
在图1所示的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架的立体示意简图中，本 发明主要包括设备导轨底座和四个可移动滚轮组件。所述的设备导轨底座包括 两个纵向导轨1，两个横向导轨2，两个纵向导轨1固定在地基上，位于同一水 平面内，彼此平行布置；两个横向导轨2安装在两纵向导轨1上，一个为固定 的横向导轨，另一个为可沿纵向导轨1移动的横向导轨。在每个横向导轨2上 设有以横向导轨长度中心线对称的两个滚轮组件，每个滚轮组件上设有控制轴 向窜动机械调节机构。
在图2和图3所示的本发明第一个实施例滚轮组件剖视示意图中，其为采用 手动调整方式的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架的滚轮组件，该滚轮组 件主要包括：轴承座3、滚轮轴4、滚轮5、滚针轴承(6，6′)、调心轴承(7， 7′)、推力调心轴承(8，8′)、端盖(9，9′)、推力轴承(10，10′)、偏心套 (11，11′)、蜗轮(12，12′)、蜗杆(13，13′)及编码器(14，14′)。其中： 轴承座3通过螺栓活动连接在横向导轨2上，该轴承座3内设有轴线呈水平的 滚轮5,设在该滚轮中心通孔的滚轮轴4与滚轮5固联，滚轮5两侧的滚轮轴4 上分别装有将其罩住的偏心套(11，11′)，该偏心套(11，11′)与滚轮轴4 之间设有轴承组件，即与滚轮5两侧相邻的滚轮轴4和偏心套(11，11′)内 侧(即大直径一侧)之间分别设有调心轴承(7，7′)，该调心轴承(7，7′) 外环配合安装在偏心套(11，11′)的内圆孔中，该偏心套(11，11′)的内 圆孔中心与外圆中心不重合，有一偏心量e，同时滚轮轴4两端与偏心套(11， 11′)之间分别装有推力调心轴承(8，8′)。推力调心轴承(8，8′)的外环球 面中心与调心轴承(7，7′)的中心重合，即推力调心轴承(8，8′)与滚动调 心轴承(7，7′)具有相同的旋转调整中心。上述偏心套(11，11′)内侧外 周面与轴承座3圆孔之间分别安装有滚针轴承(6，6′)，偏心套(11，11′) 外侧的外周面上固联有蜗轮(12，12′)，蜗轮(12，12′)的轴线与偏心套(11， 11′)的外圆轴线重合，上述蜗轮(12，12′)与设在轴承座3中的蜗杆(13， 13′)啮合传动。偏心套(11，11′)与端盖(9，9′)之间装有推力轴承(10， 10′)，该推力轴承(10，10′)的轴线与偏心套(11，11′)的外圆轴线重合。 端盖(9，9′)通过螺栓活动连接在轴承座3上，端盖(9，9′)与推力轴承 (10，10′)之间装配时留有微小间隙，以补偿控制轴向窜动机械调节机构调 节过程中滚轮轴产生的微小轴向移动，在蜗杆(13，13′)的输入端装有编码 器(14，14′)。
实施例2
在图4和图5所示的本发明第二个实施例的滚轮组件剖视示意图中，其为采 用电动机调整方式的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架的滚轮组件，其结 构基本与手动滚轮组件结构相同，其不同之处：与滚轮5两侧相邻的滚轮轴4 和偏心套(11，11′)内侧之间分别装有调心轴承(15，15′)，滚轮轴4与调 心轴承(15，15′)之间分别装有圆锥滚子轴承(16,16′)，调心轴承(15， 15′)为滑动调心轴承，不同于实施例1中的滚动调心轴承(7，7′)，具有较 大的调心范围，并且调心轴承外侧的滚轮轴4与偏心套(11，11′)之间不设 推力调心轴承。蜗杆(13，13′)与电机(17，17′)主轴相连，编码器(14,14 ′)设在电机(17，17′)的主轴上。
实施例3
在图6所示的本发明第三个实施例的滚轮组件剖视示意图中，其为采用电动 机调整方式的轴向窜动可控的筒体探伤及焊接滚轮架的主动滚轮组件，其结构 基本与例2相同，只是在滚轮轴4与减速器18的输出轴之间增设十字滑块联轴 器19，当调整电机(17，17′)带动蜗杆(13，13′)转动，使滚轮轴4的轴 线发生空间位移和空间偏转，通过十字滑块联轴器19的位移和角度补偿后，可 使减速器18输出轴的扭矩正常传递给滚轮轴4，带动滚轮正常转动。
上述实施例本质都是相同的，都是通过滚轮轴两侧的偏心套转动改变滚轮 轴线位姿，不同点在于抵消轴向力结构上，实施例1通过推力调心轴承将轴向 力传递给偏心套，实施例2通过圆锥滚子轴承将轴向力传递给滑动调心轴承， 进而传递给偏心套。此外实施例1采用滚动调心轴承，实施例2采用滑动调心 轴承，两个实施例中的两种类型调心轴承是可以互换的。两种控制轴向窜动机 械调节机构，均可用手动驱动或电机驱动。