专利摘要

本发明公开了特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法及实现设备。单组叶片两端嵌入叶片定位盘定位槽中保证定位精度。使用焊接机器人对已安装好的单组叶片与叶轮轮毂的轴向连接部分进行焊接，叶轮轮毂旋转180度，安装单组叶片并对其轴向连接部分进行焊接。其余单组叶片按照安装位置保持与已安装叶片位置保持最远距离要求进行安装并进行焊接。退出叶片定位盘外盘，以叶片定位盘内盘代替叶片定位盘外盘定位位置进行全部叶轮叶片与叶轮轮毂径向连接部分焊接，然后安装并焊接环形板。采用该加工工艺方法加工，保证了叶片相对于轮毂的空间位置精度、焊缝大小的一致性和焊接质量，提高了叶轮结构强度，有效降低了应力集中的产生。

权利要求

1.一种特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法，其特征在于采用以下步骤：

1)将焊接工装轴(7)与叶轮轮毂(503)同轴连接，并通过联轴器(3)联接行星轮减速机(2)和伺服电机(1)；

2)将叶片定位盘内盘(602-1、602-2)分别固定安装在叶轮轮毂(503)中部两侧位置，而后将叶片定位盘外盘(601-1、601-2)对应固定安装在叶轮轮毂(503)的两端；

3)一个叶轮上包括17-22组相同叶片，每一组叶片包括2个相同的叶片(502-1、502-2)，以一组叶片的安装与焊接为例，其中一个叶片(502-1)的安装步骤为：叶片(502-1)穿过叶片定位盘外盘(601-1)的定位槽进入叶片定位盘外盘(601-1)与叶片定位盘内盘(602-1)之间，两端嵌入定位槽中；另一同轴向的叶片(502-2)的安装步骤为：叶片(502-2)穿过叶片定位盘外盘(601-2)的定位槽进入叶片定位盘外盘(601-2)与叶片定位盘内盘(602-2)之间，两端嵌入定位槽中，使用焊接机器人(10)自动焊接单组叶片(502)与叶轮轮毂(503)的轴向连接部分；

4)伺服电机(1)工作，通过行星轮减速机(2)减速，带动焊接工装轴(7)与叶轮轮毂(503)旋转180度；安装180度对称的单组叶片(502)并对轴向连接部分进行焊接；其余单组叶片(502)在叶轮轮毂(503)上的周向安装位置需满足与已安装单组叶片(502)位置保持最远距离；

5)根据步骤1)和步骤3)所述单组叶片(502)安装定位步骤，采用180度对称焊接方法，完成剩余单组叶片(502)与叶轮轮毂(503)轴向连接部分焊接；

6)退出叶片定位盘外盘(601-1、601-2)，以叶片定位盘内盘(602-1、602-2)代替叶片定位盘外盘(601-1、601-2)定位位置进行全部单组叶轮叶片(502-1、502-2)与叶轮轮毂(503)径向连接部分焊接；

7)将6组环形板(501)安装在单组叶片(502)的开口中，利用焊接机器人(10)完成环形板(501)与叶片(502)周向的焊接；

8)退出叶片定位盘内盘(602-1、602-2)，完成特大型水环真空泵高精度定位叶片多道环形板加固整体焊接结构高强度叶轮加工工艺。

2.根据权利要求1所述的一种特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法，其特征在于：步骤5)所述的单组叶片(502)在叶轮轮毂(503)上的安装为逐个安装；单组叶片(502)与叶轮轮毂(503)的焊接为逐个焊接；单组叶片(502)与叶轮轮毂(503)轴向连接部分焊接完毕后再进行下一单组叶片(502)的安装和与叶轮轮毂(503)轴向连接部分的焊接。

3.一种实现权利要求1所述的特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法的设备，其特征在于：包括伺服电机(1)、行星轮减速机(2)、联轴器(3)、滚轮(4)、叶轮(5)、叶片定位盘(6)、焊接工装轴(7)、移动支撑台(8)、底座(9)、焊接机器人(10)和焊接机器人导轨(11)，伺服电机(1)和行星轮减速机(2)固定于底座(9)上，行星轮减速机(2)与焊接工装轴(7)通过联轴器(3)联接，滚轮(4)安装固定在底座(9)上，对焊接工装轴(7)起支撑作用，移动支撑台(8)安装在底座(9)上并可沿导轨移动；

叶轮(5)是由6组环形板(501)、17-22组单组叶片(502)和叶轮轮毂(503)组成，每组环形板(501)由三段分段式结构(501-1、501-2、501-3)组成，每组叶片(502)由轴向布置的两个单个叶片(502-1、502-2)组成，焊接工装轴(7)与叶轮轮毂(503)同轴连接，17-22组单组叶片(502)周圈均布在叶轮轮毂(503)上，叶轮叶片上均开有安装环形板(501)的开口；

叶片定位盘(6)是由叶片定位盘外盘(601-1、601-2)和叶片定位盘内盘(602-1、602-2)组成，叶片定位盘内盘(602-1、602-2)安装于叶轮轮毂(503)中部两侧位置，叶片定位盘外盘(601-1、601-2)安装在叶轮轮毂(503)两端，叶片定位盘(6)上均开有与单组叶片(502)短边大小、数量和形状一致的且与叶片定位盘(6)圆心呈发散状的定位槽；

单组叶片(502)穿过叶片定位盘外盘(601-1、601-2)的定位槽进入叶片定位盘外盘(601-1、601-2)与叶片定位盘内盘(602-1、602-2)之间，单个叶片(502-1、502-2)一短边嵌入在叶轮轮毂(503)中部两侧位置的叶片定位盘内盘(602-1、602-2)的定位槽，另一短边嵌入叶片定位盘外盘(601-1、601-2)的定位槽，通过定位槽实现叶片在叶轮轮毂(503)上占据准确的位置；

环形板(501)为三段分段式结构，并设置在每一组单组叶片(502)之间的开口中。

说明书

技术领域

本发明属于水环式真空泵技术领域，特别涉及一种特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法及实现设备。

背景技术

水环真空泵内部装有固定叶片且偏心布置的叶轮，叶轮通过旋转将机械能转化为水的动能形成旋转的水环，不可压缩的旋转水环与偏心布置的叶轮形成容积变化的气室，产生压力的变化达到抽吸真空的目的。由于水环真空泵因其所具有的气体等温压缩优点，作为一种输送气体的流体机械，被广泛的应用于煤矿瓦斯抽采系统中。

随着煤层开采的深度不断加深、煤层瓦斯含量增加、瓦斯抽采管网的长度不断加长以及复杂管网造成的负压损失等问题的产生，传统的单台小型水环真空泵或者并联多台小型水环真空泵抽采方式已经不能满足抽采达标需求，亟待研制能够提供大抽气量、高负压、低能耗的特大型水环真空泵。

叶轮作为水环真空泵中产生水环并与旋转水环形成变容积气室的旋转部件，其性能好坏直接决定水环真空泵的性能；针对大型铸造一体式叶轮存在的砂眼、气孔、缩松等缺陷和成品率低、叶片形状精度低等问题，采用焊接结构叶轮。这种叶轮是将叶片焊接在轮毂上形成的，传统的手工式叶片焊接，缺乏叶片定位工具，叶片定位精度低下，焊接后叶轮的叶片之间间距不相等，导致气室的容积变化不均匀，严重影响水环真空泵的抽吸稳定性；传统的手工式焊接焊缝不均匀，容易产生焊接应力，这种由焊接产生的内应力很难在叶轮焊接好后消除，这种内应力会导致叶轮叶片在工作时发生变形，影响水环真空泵的运行效率设置甚至产生重大安全事故。为增强叶轮整体的刚度，增加多道环形板叶轮结构，针对多道环形板焊接，传统的手工式焊接不仅效率低而且难以保证高精度与高质量。

发明内容

针对大型叶轮焊接时存在叶片变形、断裂、叶片位置角度偏差和间距大小不一等严重影响大型水环真空泵性能的关键技术难题，提供一种特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法及实现设备。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法，其特征在于采用以下步骤：

1)将焊接工装轴与叶轮轮毂同轴连接，并通过联轴器联接行星轮减速机和伺服电机；

2)将叶片定位盘内盘分别固定安装在叶轮轮毂中部两侧位置，而后将叶片定位盘外盘对应固定安装在叶轮轮毂的两端；

3)一个叶轮上包括17-22组相同叶片，每一组叶片包括2个相同的叶片，以一组叶片的安装与焊接为例，叶片的安装步骤为：叶片穿过叶片定位盘外盘的定位槽进入叶片定位盘外盘与叶片定位盘内盘之间，两端嵌入定位槽中；另一同轴向的叶片的安装步骤为：叶片穿过叶片定位盘外盘的定位槽进入叶片定位盘外盘与叶片定位盘内盘之间，两端嵌入定位槽中，使用焊接机器人自动焊接单组叶片与叶轮轮毂的轴向连接部分；

4)伺服电机工作，通过行星轮减速机减速，带动焊接工装轴与叶轮轮毂旋转180度；安装180度对称的单组叶片并对轴向连接部分进行焊接；其余单组叶片在叶轮轮毂上的周向安装位置需满足与已安装单组叶片位置保持最远距离；

5)根据步骤1)和步骤3)所述单组叶片安装定位步骤，采用180度对称焊接方法，完成剩余单组叶片与叶轮轮毂轴向连接部分焊接；

6)退出叶片定位盘外盘，以叶片定位盘内盘代替叶片定位盘外盘定位位置进行全部单组叶轮叶片与叶轮轮毂径向连接部分焊接；

7)将6组环形板安装在单组叶片的开口中，利用焊接机械人完成环形板与叶片周向的焊接；

8)退出叶片定位盘内盘，完成特大型水环真空泵高精度定位叶片多道环形板加固整体焊接结构高强度叶轮加工工艺。

所述的特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法，步骤5)所述的单组叶片在叶轮轮毂上的安装为逐个安装；单组叶片与叶轮轮毂的焊接为逐个焊接；单组叶片与叶轮轮毂轴向连接部分焊接完毕后再进行下一单组叶片的安装和与叶轮轮毂轴向连接部分的焊接。

一种实现特大型水环真空泵叶轮机器人焊接工艺方法的设备，包括伺服电机、行星轮减速机、联轴器、滚轮、叶轮、叶片定位盘、焊接工装轴、移动支撑台、底座、焊接机械人和焊接机器人导轨，伺服电机和行星轮减速机固定于底座上，行星轮减速机与焊接工装轴通过联轴器联接，滚轮安装固定在底座上，对焊接工装轴起支撑作用，移动支撑台安装在底座上并可沿导轨移动；

叶轮是由6组环形板、17-22组单组叶片和叶轮轮毂组成，每组环形板由三段分段式结构组成，单组叶片由轴向布置的两个单个叶片组成，焊接工装轴与叶轮轮毂同轴连接，17-22组单组叶片周圈均布在叶轮轮毂上，叶轮叶片上均开有安装环形板的开口，环形板设置在单组叶片的开口中；

叶片定位盘是由叶片定位盘外盘和叶片定位盘内盘组成，叶片定位盘内盘安装于叶轮轮毂中部两侧位置，叶片定位盘外盘安装在叶轮轮毂两端，叶片定位盘上均开有与单组叶片短边大小、数量和形状一致的且与叶片定位盘圆心呈发散状的定位槽；

单组叶片穿过叶片定位盘外盘的定位槽进入叶片定位盘外盘与叶片定位盘内盘之间，单个叶片一短边嵌入在叶轮轮毂中部两侧位置的叶片定位盘内盘的定位槽，另一短边嵌入叶片定位盘外盘的定位槽，通过定位槽实现叶片在叶轮轮毂上占据准确的位置；

环形板为三段分段式结构，并设置在每一组单组叶片之间的开口中。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1)保证了叶片相对于轮毂的空间位置精度、焊缝大小的一致性和焊接质量，提高了叶轮结构强度。

2)有效降低了焊接过程中应力集中的产生。

3)解决了大型叶轮焊接时存在叶片变形、断裂、叶片位置角度偏差和间距大小不一等严重影响大型水环真空泵性能的关键技术难题。

附图说明

图1为本发明的焊接设备结构示意图；

图2为本发明的叶轮结构图；

图3为本发明的叶片定位盘与叶轮叶片安装示意图；

图4为本发明的叶片定位盘外盘结构示意图。

其中：1-伺服电机，2-行星轮减速机，3-联轴器，4-滚轮，5-叶轮，501-1、501-2、501-3-多道环形板，502-1、502-2-叶轮叶片，503-叶轮轮毂，6-叶片定位盘，601-1、601-2-叶片定位盘外盘，602-1、602-2-叶片定位盘内盘，7-焊接工装轴，8-移动支撑台，9-底座，10-焊接机械人，11-焊接机器人导轨底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明的焊接设备包括伺服电机1、行星轮减速机2、联轴器3、滚轮4、叶轮5、叶片定位盘6、焊接工装轴7、移动支撑台8、底座9、焊接机械人10和焊接机器人导轨11；伺服电机1、行星轮减速机2固定于底座上，行星轮减速机2与焊接工装轴7通过联轴器3联接；滚轮4轴向固定在焊接工装轴7与旋转装置连接的一端，移动支撑台8安装在沿焊接工装轴7轴向活动设置的调节装置上。

如图2所示，本发明的叶轮5是由6组环形板501、单组叶片502和叶轮轮毂503组成；每组环形板501由三段分段式结构501-1、501-2、501-3组成；单组叶片502由轴向布置的两个单个叶片502-1、502-2组成；焊接工装轴7与叶轮轮毂503同轴连接，17-22组单组叶片502周圈均布在叶轮轮毂503上，叶轮叶片上均开有安装环形板501的开口，环形板501设置在单组叶片502的开口中。

如图3所示，本发明的叶片定位盘6是由叶片定位盘外盘601-1、601-2和叶片定位盘内盘602-1、602-2组成；叶片定位盘内盘602-1、602-2安装于叶轮轮毂503中部两侧位置，叶片定位盘外盘601-1、601-2安装在叶轮轮毂503两端，单组叶片502穿过叶片定位盘外盘601-1、601-2的定位槽进入叶片定位盘外盘601-1、601-2与叶片定位盘内盘602-1、602-2之间，单组叶片502一短边嵌入叶片定位盘内盘602-1、602-2的定位槽，另一短边嵌入叶片定位盘外盘601-1、601-2的定位槽；单组叶片502安装和与叶轮轮毂503轴向连接部分焊接完毕后再进行下一单组叶片502安装和与叶轮轮毂503轴向连接部分焊接；焊接顺序为180度对称焊接。首先焊接单个叶片502-1、502-2与叶轮轮毂503轴向连接部分，后伺服电机1工作，通过行星轮减速机2减速，带动焊接工装轴7与叶轮轮毂503旋转180度，安装180度对称的单个叶片502-1、502-2并焊接轴向连接部分；全部单组叶片502与叶轮轮毂503轴向连接部分焊接完毕后，退出叶片定位盘外盘601-1、601-2，由叶片定位盘内盘602-1、602-2代替叶片定位盘外盘601-1、601-2定位位置进行全部单组叶片502与叶轮轮毂503径向连接部分焊接。

如图4所示，本发明的叶片定位盘外盘601-1、601-2和叶片定位盘内盘602-1、602-2上均开有铣出的与单组叶片502短边大小、数量和形状一致的且与叶片定位盘6圆心呈发散状的定位槽；单组叶片502在叶轮轮毂503上的周向安装位置需满足与已安装单组叶片502位置保持最远距离。

一种特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法，具体工艺步骤如下：

1)将焊接工装轴7与叶轮轮毂503同轴连接，并通过联轴器3联接行星轮减速机2和伺服电机1；

2)将叶片定位盘内盘602-1、602-2分别固定安装在叶轮轮毂503中部两侧位置，而后将叶片定位盘外盘601-1、601-2对应固定安装在叶轮轮毂503的两端；

3)一个叶轮上包括17-22组相同叶片，每一组叶片包括2个相同的叶片502-1、502-2，以一组叶片的安装与焊接为例，叶片502-1的安装步骤为：叶片502-1穿过叶片定位盘外盘601-1的定位槽进入叶片定位盘外盘601-1与叶片定位盘内盘602-1之间，两端嵌入定位槽中；另一同轴向的叶片502-2的安装步骤为：叶片502-2穿过叶片定位盘外盘601-2的定位槽进入叶片定位盘外盘601-2与叶片定位盘内盘602-2之间，两端嵌入定位槽中，使用焊接机器人401自动焊接单组叶片502与叶轮轮毂503的轴向连接部分；

4)伺服电机1工作，通过行星轮减速机2减速，带动焊接工装轴7与叶轮轮毂503旋转180度；安装180度对称的单组叶片502并对轴向连接部分进行焊接；其余单组叶片502在叶轮轮毂503上的周向安装位置需满足与已安装单组叶片502位置保持最远距离；

5)根据步骤1)和步骤3)所述单组叶片502安装定位步骤，采用180度对称焊接方法，完成剩余单组叶片502与叶轮轮毂503轴向连接部分焊接；

6)退出叶片定位盘外盘601-1、601-2，以叶片定位盘内盘602-1、602-2代替叶片定位盘外盘601-1、601-2定位位置进行全部单组叶轮叶片502-1、502-2与叶轮轮毂503径向连接部分焊接；

7)将6组环形板501安装在单组叶片502的开口中，利用焊接机械人10完成环形板501与单组叶片502周向的焊接；

8)退出叶片定位盘内盘602-1、602-2，完成特大型水环真空泵高精度定位叶片多道环形板加固整体焊接结构高强度叶轮加工工艺。

以上所述特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法及实现设备，保证了叶片相对于轮毂的空间位置精度、焊缝大小的一致性和焊接质量，提高了叶轮结构强度，有效降低了应力集中的产生，解决了大型叶轮焊接时存在叶片变形、断裂、叶片位置角度偏差和间距大小不一等严重影响大型水环真空泵性能的关键技术难题。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上加工工艺方法所作的任何简单的修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

特大型水环真空泵叶轮机器人焊接的工艺方法及实现设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。