一种异形钢筋骨架成型焊接设备及其施工方法
阅读说明：本技术 一种异形钢筋骨架成型焊接设备及其施工方法 (Special-shaped reinforcement framework forming welding equipment and construction method thereof ) 是由 侯爱山 王振丰 赵红学 杨旭 肖飞 谢丹蕾 王辉 纪恩龙 苑柳依 朱云超 苏伟 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种异形钢筋骨架成型焊接设备及其施工方法,焊接设备包括支撑架、连接于支撑架上的纵向移动机构、与纵向移动机构连接的浮动机构、连接于纵向移动机构上的横向移动机构、连接于横向移动机构一侧的旋转机构、连接于压轮成型机构和自动焊接机构。本发明中横向移动机构和压轮成型机构通过驱动电机,对压轮的横向移动和压轮摆动角度进行了精确控制,与钢筋笼滚焊机的旋转驱动电机和移动驱动电机相配合,通过对四个驱动电机联动控制实现了装置对异形钢筋骨架箍筋空间轨迹的捕抓和缠绕成型功能,解决了箍筋成型过程中存在过弯或变形问题；通过自动焊接机构通过气缸伸缩带动焊枪上下移动,实现纵筋和箍筋交叉点的自动捕抓和焊接功能。(The invention discloses a special-shaped steel bar framework forming welding device and a construction method thereof. According to the invention, the transverse moving mechanism and the pressing wheel forming mechanism accurately control the transverse movement of the pressing wheel and the swinging angle of the pressing wheel through the driving motors, the transverse moving mechanism and the pressing wheel forming mechanism are matched with a rotary driving motor and a movable driving motor of a reinforcement cage seam welder, the catching and winding forming functions of the device on the space track of the stirrup of the special-shaped reinforcement cage are realized through linkage control of the four driving motors, and the problem of over-bending or deformation in the stirrup forming process is solved; the welding gun is driven to move up and down through the expansion of the air cylinder by the automatic welding mechanism, and the automatic catching and welding functions of the cross points of the longitudinal bars and the stirrups are realized.)
技术领域
本发明属于钢筋工程技术领域，特别涉及一种异形钢筋骨架成型焊接设备及其施工方法。
背景技术
在建筑、桥梁等工程施工时，钢筋工程为重要的环节，其中钢筋骨架的制作又是重中之重，常规的钢筋骨架为环状，现在越来越多的异形钢骨架也在施工中被应用。异形钢筋骨架是指横截面为方形、矩形、椭圆、多边形、四边形和八边形复合形等形式的钢筋笼，主要应用于预制混凝土（PC）构件梁、柱中。随着建筑工业化的发展，异形钢筋骨架的需求量在不断增加，但其加工主要依靠人工，生产效率低，劳动强度大。虽然灌注桩用圆形钢筋笼的制作已经由传统的现场人工绑扎转变为采用自动化程度较高的钢筋笼滚焊机进行生产，但是其不能用于制作异形钢筋骨架。
究其原因是：与圆形截面钢筋骨架相比，异形钢筋骨架各主筋旋转半径（主筋到固定盘的圆心的距离）不同，造成了焊点的起始焊接位置在不断发生变化，给异形钢筋笼的缠绕成型和自动焊接造成了困难；再加上传统钢筋笼滚焊机通过气缸的压力强制将压轮压在箍筋上，在异形钢筋笼箍筋成型过程中存在过压或者压力不足现象，易造成异形钢筋笼变形的问题，尤其是在箍筋弯角处出现弯曲角度不够或者在两主筋之间造成箍筋内凹变形。为了克服上述不足，实现异形钢筋笼主动缠绕弯曲成型与同步焊接的自动化加工，本发明提供一种异形钢筋骨架成型及焊接装置。
发明内容
本发明提供了一种异形钢筋骨架成型焊接设备及其施工方法，用以解决钢筋骨架尤其是异形钢筋骨架的变位置焊接、自动焊接以及焊接过程中的夹持固定等技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种异形钢筋骨架成型焊接设备，包括支撑架、连接于支撑架上的纵向移动机构、与纵向移动机构连接的浮动机构、连接于纵向移动机构上的横向移动机构、连接于横向移动机构一侧的旋转机构、连接于压轮成型机构和自动焊接机构；
所述浮动机构、横向移动机构、旋转机构、压轮成型机构和自动焊接机构均可拆卸连接在纵向移动机构上并沿纵向移动连接；横向移动机构与浮动机构相连接并沿横向浮动连接；压轮成型机构通过旋转机构固定在横向移动机构上，沿横向移动连接并且绕着横轴旋转连接；自动焊接机构固定在压轮机构上。
进一步的，所述支撑架包含一组支撑柱、连接于支撑柱之间的支撑横杆、连接于支撑柱顶部的支撑顶板以及连接于支撑架底部的支撑底板；一组支撑柱包含两个竖向平行的支撑柱以及两个斜向支撑柱，四个支撑柱形成上小下大的梯台形；所述支撑顶板顶面连接纵向移动机构，支撑底板与基础固定连接。
进一步的，所述纵向移动机构包括与支撑顶板连接限位装置、连接于支撑顶板上第一导向装置和移动座，移动座沿第一导向装置纵向移动连接；所述第一导向装置包含两平行直线轴承或两直线导轨，两直线轴承或两直线导轨的中部两端设置有L形的限位装置。
进一步的，所述浮动机构包括第二导向装置和浮动装置，浮动机构位于横向移动机构的后面；浮动装置一端固定在横向移动机构上，另一端通过移动座固定在纵向移动机构上；所述浮动装置为弹簧、气弹簧或者气缸。
进一步的，所述横向移动机构包括驱动电机、横向移动装置和第三导向装置；所述驱动电机固定在横向移动装置后端，横向移动装置为滚珠丝杠结构在第三导向装置上横向移动连接；所述第三导向装置为两平行的直线轴承或直线导轨，第三导向装置与第一导向装置垂直连接。
进一步的，所述旋转机构包括固定装置、限位板和旋转套；所述旋转套呈管状，与固定装置同轴心；所述固定装置安装在横向移动机构上，旋转套与压轮成型机构相连并绕横轴旋转连接。
进一步的，所述压轮成型机构包括与旋转机构连接的压轮机构安装板、连接于压轮机构安装板伸出前端的压轮连接板、连接于压轮连接板前端的压轮以及连接于压轮连接板下方并与压轮连接的驱动装置。
进一步的，所述压轮通过驱动装置可摆动连接，其摆动的角度适应焊接角度，压轮与骨架中箍筋接触连接；所述驱动装置包含电动推杆和电动缸等可控制位移驱动器件。
进一步的，所述自动焊接机构包括连接于压轮成型机构一侧后端的钩爪竖直移动导向装置、连接于钩爪竖直移动导向装置底部的缓冲装置、可垂向滑动连接于钩爪竖直移动导向装置上且沿压轮成型机构伸长方向设置的钩爪横向移动机构、连接于钩爪横向移动机构内部的横向驱动装置、连接于横向驱动装置前端的焊枪和钩爪以及连接于钩爪下方的主筋检测到位机构；钩爪抓接钢筋骨架中主筋。
进一步的，所述的一种异形钢筋骨架成型焊接设备的施工方法，具体步骤如下
步骤一、根据待安装纵向移动机构、浮动机构、横向移动机构、旋转机构、压轮成型机构和自动焊接机构的设计安装重量，结合待焊接钢筋骨架的重量和施工所产生的作用力，确定支撑架支撑强度；由设计焊接高度综合确定支撑架高度；
步骤二、安装完成支撑架，并检测支撑顶板的平整度和底部连接强度，符合要求后，安装纵向移动机构、浮动机构、横向移动机构、旋转机构、压轮成型机构和自动焊接机构；其中各机构均为单独组装后按顺序依次安装；
步骤三、钢筋骨架包含主筋和箍筋且呈钢筋笼状，钢筋骨架的横截面为方形、矩形、椭圆、多边形、四边形、八边形或复合形等形式；首先，横向移动机构带动压轮机构沿水平方向移动，使压轮压到箍筋上；而后，通过横向驱动装置使焊枪和钩爪移动伸出到合适水平位置，即保证主筋能够紧贴在钩爪上；
步骤四、旋转主筋，同时沿轴向移动，带动箍筋缠绕成型；在箍筋成型过程中，横向移动机构根据箍筋位置，通过驱动电机实时调节压轮的横向位置，保证压轮时刻紧贴箍筋；压轮成型机构通过驱动装置实时调节压轮的摆角，对箍筋进行主动弯曲成型；
步骤五、当压轮贴在箍筋上时，箍筋带动旋转机构旋转，主筋检测机构检测到主筋时，焊枪开始焊接，对主筋和箍筋的交叉点焊接，同时主筋带动钩爪沿竖直向上移动；
步骤六、焊接结束时，通过横向驱动装置将钩爪收回，钩爪与主筋脱开，钩爪和横向移动机构依靠重力竖直向下移动，进行缓冲复位通过横向驱动装置将钩爪收回，钩爪与主筋脱开，钩爪和横向移动机构依靠重力竖直向下移动，进行缓冲复位；焊枪和钩爪准备捕捉焊接第二根主筋，然后依次循环，完成所有主筋的焊接。
本发明的有益效果体现在：
1）本发明中横向移动机构和压轮成型机构通过两个驱动电机，对压轮的横向移动位置和压轮摆动角度进行了精确控制，与钢筋笼滚焊机的旋转驱动电机和移动驱动电机相配合，通过对四个驱动电机联动控制实现了装置对异形钢筋骨架箍筋空间轨迹的捕抓和缠绕成型功能，解决了箍筋成型过程中存在过弯或变形问题，实现异形钢筋笼主动弯曲成型与同步焊接的自动化加工，并且保证其成型的质量；
2）本发明通过自动焊接机构通过气缸伸缩带动焊枪上下移动，实现纵筋和箍筋交叉点的自动捕抓和焊接功能，降低了工人劳动强度；
3）本发明通过纵向移动机构和浮动机构的设置，为横向装置的纵向移动提供了基础，且通过旋转机构的旋转，更加便捷的带动主筋的焊接；
本发明中，将设备安装在钢筋笼滚焊机的侧面，具有安装简单和维修方便的优点；且通过支撑架的使用便于根据现场情况进行安装和拆卸，适应性强；本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的异形钢筋骨架及焊接设备三维图；
图2为本发明的支撑架和纵向移动机构主视图；
图3为本发明的浮动机构主视图；
图4为本发明的横向移动机构主视图；
图5为旋转机构主视图；
图6为压轮机构主视图；
图7为自动焊接机构主视图；
图8为装置工作原理图。
附图标记：1-支撑架，2-纵向移动机构，21-限位装置，22-第一导向装置，23-移动座，3-浮动机构，31-第二导向装置，32-浮动装置，4-横向移动机构，41-驱动电机，42-横向移动装置，43-第三导向装置，5-旋转机构，51-固定装置，52-限位板，53-旋转套，6-压轮成型机构，61-压轮机构安装板，62-压轮连接板，63-压轮，64-驱动装置，7-自动焊接机构，71-钩爪竖直移动导向装置、72-钩爪横向移动机构、73-横向驱动装置、74-焊枪、75-钩爪、76-主筋检测到位机构，77-缓冲装置，8-主筋，9-箍筋。
具体实施方式
以多边形异形钢骨架焊接为例，如图1至图8所示，通过焊接设置对其进行焊接，其中带有双箭头的的箭线表示机构的移动或转动方向。异形钢筋骨架成型焊接设备，包括支撑架1、连接于支撑架1上的纵向移动机构2、与纵向移动机构2连接的浮动机构3、连接于纵向移动机构2上的横向移动机构4、连接于横向移动机构4一侧的旋转机构5、连接于压轮63成型机构6和自动焊接机构7。
本实施例中，浮动机构3、横向移动机构4、旋转机构5、压轮63成型机构6和自动焊接机构7均可拆卸连接在纵向移动机构2上并沿纵向移动连接；横向移动机构4与浮动机构3相连接并沿横向浮动连接；压轮63成型机构6通过旋转机构5固定在横向移动机构4上，沿横向移动连接并且绕着横轴旋转连接；自动焊接机构7固定在压轮63机构上。
本发明工作时将压轮63机构压在箍筋9上，然后自动焊接机构7伸出钩爪75并等待捕抓主筋8，在主筋8旋转带动箍筋9缠绕成型过程中，通过横向移动机构4和压轮63成型机构6对压轮63的横向移动位置和压轮63的摆动角度进行了控制，与主筋8移动和旋转进行联动配合，实现对异形钢筋骨架箍筋9空间轨迹的捕抓和主动弯曲成型，自动焊接机构7的钩爪75勾住主筋8，主筋8旋转带动焊枪74竖直向上移动同时对主筋8与箍筋9交叉点进行自动捕抓和焊接。
如图2所示，支撑架1包含一组支撑柱11、连接于支撑柱11之间的支撑横杆12、连接于支撑柱11顶部的支撑顶板14以及连接于支撑架1底部的支撑底板13；一组支撑柱11包含两个竖向平行的支撑柱11以及两个斜向支撑柱11，四个支撑柱11形成上小下大的梯台形；支撑顶板14顶面连接纵向移动机构2，支撑底板13与基础固定连接。其中，支撑柱11和支撑横杆12通过角钢制作而成，支撑底板13通过钢板制作而成并通过螺栓与地面或基础连接。支撑顶板14通过呈方形的工字钢顶面焊接钢板制作而成。
如图2和图3所示，纵向移动机构2包括与支撑顶板14连接限位装置21、连接于支撑顶板14上第一导向装置22和移动座23，移动座23沿第一导向装置22纵向移动连接；第一导向装置22包含两平行钢制的直线轴承或两直线导轨，两直线轴承或两直线导轨的中部两端设置有L形的限位装置21。其中限位装置21通过直角形钢板制作而成，且在竖部内侧设置有缓冲层用于缓冲连接上部连接的机构。其中，移动底座通过钢板制作而成，其横截面为直角梯形且带有封板。
如图3所示，浮动机构3包括第二导向装置31和浮动装置32，浮动机构3位于横向移动机构4的后面；浮动装置32一端固定在横向移动机构4上，另一端通过移动座23固定在纵向移动机构2上；浮动装置32为弹簧、气弹簧或者气缸。
如图4所示，横向移动机构4包括驱动电机41、横向移动装置42和第三导向装置43；驱动电机41固定在横向移动装置42后端，横向移动装置42为滚珠丝杠结构在第三导向装置43上横向移动连接；第三导向装置43为两平行钢制的直线轴承或直线导轨，第三导向装置43与第一导向装置22垂直连接。
如图5所示，旋转机构5包括固定装置51、限位板52和旋转套53；旋转套53呈管状，与固定装置51同轴心；固定装置51为方形钢板螺栓安装在横向移动机构4上，旋转套53与压轮63成型机构6相连并绕横轴旋转连接。
如图6所示，压轮63成型机构6包括与旋转机构5连接的压轮63机构安装板61、连接于压轮63机构安装板61伸出前端的压轮63连接板62、连接于压轮63连接板62前端的压轮63以及连接于压轮63连接板62下方并与压轮63连接的直线形液压驱动装置64。压轮63为U形且开口处连接有转轮；压轮63通过驱动装置64可摆动连接，其摆动的角度适应焊接角度，压轮63与骨架中箍筋9接触连接；驱动装置64包含电动推杆和电动缸等可控制位移驱动器件。
如图7所示，自动焊接机构7包括连接于压轮63成型机构6一侧后端的钩爪75竖直移动导向装置71、连接于钩爪75竖直移动导向装置71底部的缓冲装置77、可垂向滑动连接于钩爪75竖直移动导向装置71上且沿压轮63成型机构6伸长方向设置的钩爪75横向移动机构72、连接于钩爪75横向移动机构72内部的横向驱动装置73、连接于横向驱动装置73前端的焊枪74和钩爪75以及连接于钩爪75下方的主筋8检测到位机构76；钩爪75抓接钢筋骨架中主筋8。
结合图1至图8，进一步说明一种异形钢筋骨架成型焊接设备的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、根据待安装纵向移动机构2、浮动机构3、横向移动机构4、旋转机构5、压轮63成型机构6和自动焊接机构7的设计安装重量，结合待焊接钢筋骨架的重量和施工所产生的作用力，确定支撑架1支撑强度；由设计焊接高度综合确定支撑架1高度。
步骤二、安装完成支撑架1，并检测支撑顶板14的平整度和底部连接强度，符合要求后，安装纵向移动机构2、浮动机构3、横向移动机构4、旋转机构5、压轮63成型机构6和自动焊接机构7；其中各机构均为单独组装后按顺序依次安装。
步骤三、钢筋骨架包含主筋8和箍筋9且呈钢筋笼状，钢筋骨架的横截面为方形、矩形、椭圆、多边形、四边形、八边形或复合形等形式；首先，横向移动机构4带动压轮63机构沿水平方向移动，使压轮63压到箍筋9上；而后，通过横向驱动装置73使焊枪74和钩爪75移动伸出到合适水平位置，即保证主筋8能够紧贴在钩爪75上。
步骤四、旋转主筋8，同时沿轴向移动，带动箍筋9缠绕成型；在箍筋9成型过程中，横向移动机构4根据箍筋9位置，通过驱动电机41实时调节压轮63的横向位置，保证压轮63时刻紧贴箍筋9；压轮63成型机构6通过驱动装置64实时调节压轮63的摆角，对箍筋9进行主动弯曲成型。
步骤五、当压轮63贴在箍筋9上时，箍筋9带动旋转机构5旋转，主筋8检测机构检测到主筋8时，焊枪74开始焊接，对主筋8和箍筋9的交叉点焊接，同时主筋8带动钩爪75沿竖直向上移动。
步骤六、焊接结束时，通过横向驱动装置73将钩爪75收回，钩爪75与主筋8脱开，钩爪75和横向移动机构4依靠重力竖直向下移动，进行缓冲复位通过横向驱动装置73将钩爪75收回，钩爪75与主筋8脱开，钩爪75和横向移动机构4依靠重力竖直向下移动，进行缓冲复位；焊枪74和钩爪75准备捕捉焊接第二根主筋8，然后依次循环，完成所有主筋8的焊接。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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