一種LNG氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊義　丁濤　葉從歡

【摘 要】為了改變LNG氣瓶在制造過程中依然采用人工拼裝組對氣瓶內(nèi)膽的生產(chǎn)方式，根據(jù)內(nèi)膽焊接組對的精度要求，明確了本氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高組對精度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高生產(chǎn)效率。由應(yīng)用結(jié)果可知：利用氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備組對內(nèi)膽，大大提高了工作效率和組對精度、降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】LNG氣瓶；組對精度；組對設(shè)備

Design and Application of a Kind of New LNG Inner Tank Welding Assembly Tooling

YANG Yi DING Tao YE Cong-huan

（Department of Mechanical Engineering， Hubei Engineering University， Xiaogan Hubei 432000， China）

【Abstract】In order to change current mode of production by artificial assembly of inner tank in the manufacturing process of LNG storage tank. according to the accuracy requiremen of assembly welding of inner tank， confirmed the target of this welding assembly tooling design is improving assembly accuracy ，automatic operation， enhanced productivity. Moreover， result shows： this assembly greatly promotes process accuracy and efficiency.

【Key words】LNG storage tank； Assembly accuracy； Assembly tooling

0 引言

LNG作為清潔能源越來越受到人們的關(guān)注，而儲(chǔ)存LNG的氣瓶內(nèi)膽是至關(guān)重要的設(shè)備。隨著全國各地LNG項(xiàng)目的落地，LNG氣瓶內(nèi)膽的制造工藝也受到人們的廣泛關(guān)注[1]。氣瓶內(nèi)膽一般由三部分組成：左右封頭和中間筒體[2]。圖1為LNG氣瓶內(nèi)膽外觀圖。內(nèi)膽的制造過程通常是：標(biāo)準(zhǔn)板料卷圓、縱縫焊接、縱縫探傷、封頭組對、環(huán)縫焊接、環(huán)縫探傷、試壓、氮檢漏等等。其中封頭組對工序是將左右封頭與中間筒體組對而成內(nèi)膽。傳統(tǒng)的組對方法是采用由工人手工拼裝組對，效率低、成本高、對人工依賴強(qiáng)。本文介紹的一種氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備是專門針對此道工序而設(shè)計(jì)的，通過此專用設(shè)備組對與手工組對相比具有操作簡便、組對效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、組對精度高等特點(diǎn)。圖2為LNG氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 LNG氣瓶內(nèi)膽外觀圖

1.左封頭組件；2.中間筒體；3.右封頭組件

圖2 LNG氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

1.左側(cè)減速電機(jī)；2.左側(cè)傳動(dòng)絲杠；3.左滑動(dòng)座；4.左封頭定位夾具；5.底架；

6.雙輸出軸電機(jī)；7.升降輥輪機(jī)構(gòu)；8.右封頭定位夾具；9.右滑動(dòng)座；

10.右側(cè)傳動(dòng)絲杠；11.右側(cè)減速電機(jī)

1 LNG氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

1.1 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

本設(shè)備主要用于取代目前手工組對，用于氣瓶兩端左右封頭組件與中間筒體段組件的裝夾定位點(diǎn)焊，并且在裝配過程中能夠?qū)崿F(xiàn)封頭、筒體中心軸的自動(dòng)找正和兩端封頭同時(shí)裝配到位。

通過對氣瓶內(nèi)膽尺寸規(guī)格和設(shè)備組對自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的具體要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況對自動(dòng)化設(shè)備提出如下要求：

（1）該設(shè)備適用于外徑φ300mm至φ600mm的工件。

（2）定位精度：左右封頭和內(nèi)筒體對裝時(shí)同軸度≤2mm。

（3）工件定位回轉(zhuǎn)高度814mm，可以做手動(dòng)回轉(zhuǎn)角度：±360°。

1.2 氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理

設(shè)備采用臥式對裝結(jié)構(gòu)，主要由底架、控制臺(tái)、左右封頭定位滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和升降輥輪機(jī)構(gòu)組成以及控制系統(tǒng)構(gòu)成。

工作原理

左封頭定位組件裝入左端滑動(dòng)座，并啟動(dòng)左端三爪卡盤按鈕夾緊。右封頭定位組件裝入右端滑動(dòng)座，并啟動(dòng)右端三爪卡盤按鈕夾緊。中間筒體組件滾入裝配位置，啟動(dòng)升降輥輪機(jī)構(gòu)按鈕，將中間筒體組件頂起到合適的組對高度，啟動(dòng)左右滑動(dòng)設(shè)備按鈕，開始對中組對。組對完成后，將升降輥輪機(jī)構(gòu)降下來，開始滾動(dòng)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)焊。

2 氣瓶內(nèi)膽組對設(shè)備組成及動(dòng)作流程

2.1 設(shè)備組成

1）底架由框架、軌道安裝板、升降裝置安裝板、絲杠傳動(dòng)裝置安裝板、電機(jī)安裝支板和地腳板等組成。其中框架主要由型材和鋼板焊接加工而成。焊接后經(jīng)整體退火消除應(yīng)力，再冷作修正焊接造成的變形，應(yīng)力去除徹底，整體剛性好，長期使用不變形。

2）底架是所有零部件的承載體，其組焊而成后，各加工面及安裝孔均為焊后加工，保證形位精度；整體直線度偏差為1‰，全長范圍內(nèi)不大于5mm。

3）左右滑動(dòng)座通過導(dǎo)軌滑塊連接底架上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源由左右減速電機(jī)通過絲杠傳動(dòng)提供。進(jìn)給方式為無極變速，在移動(dòng)過程中可以實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、慢進(jìn)、快退功能，且移動(dòng)平穩(wěn)。當(dāng)左右封頭與中間筒體對裝組對的時(shí)候，電機(jī)啟動(dòng)滑動(dòng)座對中移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)組對動(dòng)作。

4）封頭定位夾具共有左右兩套，分別安裝在左右滑動(dòng)座上，隨滑動(dòng)座移動(dòng)。并通過仿形爪和三爪氣動(dòng)卡盤來定位和夾緊封頭，夾具與產(chǎn)品封頭接觸部分采用黃銅夾片，避免對產(chǎn)品外表面的擦傷。圖3為封頭定位夾具示意圖。

圖3 為封頭定位夾具示意圖

1.安裝座；2.四爪自定心卡盤；3.導(dǎo)向塊5）升降輥輪機(jī)構(gòu)是由一臺(tái)雙輸出軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)左右兩臺(tái)安裝有輥輪的渦輪絲杠升降機(jī)構(gòu)成。兩邊輥輪的升降模式為聯(lián)動(dòng)模式，兩邊輥輪機(jī)構(gòu)之間的高度能夠達(dá)到零偏差，從而保證筒體處于水平位置。圖4為升降輥輪機(jī)構(gòu)示意圖。

圖4 升降輥輪機(jī)構(gòu)示意圖

1.托板；2.安裝臺(tái)；3.雙輸出軸電機(jī)；4.渦輪絲杠升降機(jī)；5.輥輪托架

6）整機(jī)控制系統(tǒng)采用松下可編程控制器為主控單元，完成電路系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)的控制。通過電纜線與設(shè)備主機(jī)相連，可以在電纜線長度允許的范圍內(nèi)移動(dòng)；電纜線外部采用橡膠軟管進(jìn)行防護(hù)，以免出現(xiàn)電纜線被踩踏損壞的情況。

2.2 設(shè)備設(shè)備動(dòng)作流程

1）組對設(shè)備初始狀態(tài)檢查，設(shè)備通電；急停按鈕（三處）松開；鑰匙開關(guān)打開；電源指標(biāo)燈亮。

2）左封頭組件裝入左端封頭定位夾具，并啟動(dòng)左端三爪卡盤按鈕夾緊。右封頭組件裝入右端封頭定位夾具，并啟動(dòng)右端三爪卡盤按鈕夾緊。

3）中間筒體段組件放置在升降輥輪機(jī)構(gòu)的左右輥輪上，啟動(dòng)升降輥輪機(jī)構(gòu)按鈕，將中間筒體組件頂起到與封頭同軸的位置。

4）啟動(dòng)左右滑動(dòng)座按鈕，開始對裝組對。

5）對裝完成后，將升降輥輪機(jī)構(gòu)降下來，開始滾動(dòng)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)焊。

6）點(diǎn)焊完成后，氣動(dòng)三爪卡盤松開，升降輥輪機(jī)構(gòu)升起，左右滑動(dòng)座回初始位，工件同升降輥輪機(jī)構(gòu)一起落下，工件滾出到卸料小車。

3 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)人員與現(xiàn)場調(diào)試人員的共同努力，新研制的內(nèi)膽組對機(jī)設(shè)備改變了該工序最初使用手工組對的現(xiàn)狀。整個(gè)設(shè)備裝卸工件方便，左右封頭夾具定位夾緊準(zhǔn)確和可靠，左右封頭與中間圓柱部分對接準(zhǔn)確和可靠，完全滿足客戶焊接時(shí)的組對要求，大大提高了工作效率和組對精度、降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳嶠.LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)淺析[J].天津化工，2015，29（2）：53-56.

[2]楊國強(qiáng).LNG 儲(chǔ)罐焊接技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2015（8）：198-199.

[責(zé)任編輯：湯靜]