型材的定位裝配裝置及型材的裝配方法與流程

本發明涉及海洋工程及船舶建造領域，尤其涉及一種型材的定位裝配裝置及型材的裝配方法。

背景技術：

在船舶和海洋工程的建造領域，球扁鋼和角鋼等型材的應用非常普通，并且涉及的種類繁多，其中僅球扁鋼規格多達64種，角鋼也有幾十種。在制造船體結構時，通常需要將型材安裝在分片的板材上。

傳統的型材安裝方式是：首先，將型材吊裝到板材指定的位置附近，然后，人工在吊機的輔助下對準板材上的標記線，接著，吊機將型材落下至標記線的位置。為便于型材定位和防止型材傾斜，在焊接型材之前，需要在板材和型材之間焊接臨時斜支撐，待型材焊接完畢后，再用氣割切除臨時斜支撐，并且需要進行大量的打磨工作。有時，工人為了減少打磨的工作量，割除臨時斜支撐時會盡可能少留根部。但是，這種方式經常會傷及板材或型材，不得不再進行補焊。這種安裝方式存在一些缺點，一是工人在吊機下輔助作業時危險性很大；二是這種傳統的方式非常浪費人工時；三是臨時斜撐的割除不僅影響外觀，而且影響材料的疲勞壽命。

針對傳統方法存在的缺陷，技術人員在早些時候就提出了改進方法，并在中國申請了專利，申請號為cn201220633630.9，該專利公開了一種球扁鋼裝配定位工裝，該球扁鋼裝配定位工裝不僅能匹配多種尺寸的球扁鋼，并且不需要在板材和型材之間焊接臨時斜支撐，但是該球扁鋼裝配定位工裝無法在型材吊裝到位之前預先固定，需要先將型材吊裝到位后，再使操作人員在吊機下操作安裝定位工裝以實現球扁鋼的定位，安全隱患仍不能消除。

技術實現要素：

本發明的目的在于解決現有技術中的型材的裝配定位存在安全隱患的技術問題，而提供一種型材的定位裝配裝置。

本發明的另一個目的在于提供一種型材的裝配方法。

本發明提出一種型材的定位裝配裝置，用以將型材定位于母材上，包括：

第一定位裝置，包括：第一支架以及與所述第一支架相連而能夠將所述第一支架固定在母材上的吸盤，所述第一支架上具有至少一定位面；

第二定位裝置，包括：第二支架以及與所述第二支架相連而能夠將所述第二支架固定在母材上的吸盤，所述第二支架上具有至少一彈性壓塊，所述彈性壓塊具有至少一導向斜面；

其中，所述第一定位裝置和所述第二定位裝置相對設置以夾緊二者之間的型材，所述第一支架上的定位面用以接觸型材的一側，所述第二支架上的彈性壓塊用以彈性接觸型材的另一側。

所述的型材的定位裝配裝置，所述第一定位裝置和所述第二定位裝置相互分離。

所述的型材的定位裝配裝置，所述第二支架包括底座和支撐架，所述底座固定在所述第二定位裝置的吸盤上，所述支撐架固定在所述底座上，所述彈性壓塊的底部與所述底座接觸，且所述彈性壓塊固定在所述支撐架上。

所述的型材的定位裝配裝置，所述彈性壓塊的頂部還設有一防止彈性壓塊翻轉的上導向板，所述上導向板和所述底座共同作用以對所述彈性壓塊在移動時進行水平方向的導向。

所述的型材的定位裝配裝置，所述彈性壓塊包括導向塊和與所述導向塊相連的彈性件，所述導向塊上設有所述的導向斜面，所述彈性件的一端固定在所述支撐架上，所述彈性件的另一端固定在所述導向塊上。

所述的型材的定位裝配裝置，所述導向塊包括兩個夾緊塊和連接在兩夾緊塊之間的連接板，所述彈性件連接至所述導向塊上的一端直接連接在所述連接板上。

所述的型材的定位裝配裝置，所述導向塊包括用于夾緊所述型材的豎直的夾緊面和位于所述夾緊面上方的所述的導向斜面，所述導向斜面與所述夾緊面相連且由所述夾緊塊的頂端向底端的方向傾斜，所述夾緊面與其中一定位面面對面設置。

所述的型材的定位裝配裝置，所述夾緊塊的導向斜面上設有至少兩個導向圓弧用以引導所述型材滑落至預設的位置。

所述的型材的定位裝配裝置，所述夾緊塊的導向斜面包括位于所述導向斜面頂端的第一導向圓弧、位于所述導向斜面底端的第二導向圓弧以及連接在所述第一導向圓弧和所述第二導向圓弧之間的傾斜面，所述第二導向圓弧連接所述夾緊面。

所述的型材的定位裝配裝置，所述第一定位裝置包括至少兩個固定在所述第一支架上的導向板，每一導向板均具有定位面，至少兩個導向板位于同一垂直面的不同高度以匹配定位不同高度的型材。

所述的型材的定位裝配裝置，所述第一支架還包括底座和支撐架，所述底座通過緊固件固定所述第一定位裝置的吸盤上，所述支撐架焊接在所述底座上。

所述的型材的定位裝配裝置，所述支撐架包括一豎直部和至少一垂直于所述豎直部的橫向部，每一橫向部對應設有至少一所述的導向板。

所述的型材的定位裝配裝置，所述第一定位裝置的定位面的高度大于等于第二定位裝置頂端的高度以匹配不同類型的型材。

所述的型材的定位裝配裝置，所述吸盤為電磁吸盤。

本發明另提供一種型材的裝配方法，用于將型材裝配至母材上，包括以下步驟：

在所述母材上劃線，每一畫線處對應焊接一型材；

沿所述劃線布置至少一定位裝配裝置，所述定位裝配裝置包括第一定位裝置和第二定位裝置；

將第一定位裝置布置在劃線的一側，所述第一定位裝置包括第一支架以及與所述第一支架相連而能夠將所述第一支架固定在母材上方的吸盤，所述第一支架上具有至少一定位面，使所述定位面與劃線平齊；

啟動第一定位裝置的吸盤使所述第一定位裝置通過吸盤吸附在所述母材上；

沿所述劃線的另一側布置所述定位裝配裝置的第二定位裝置，所述第一定位裝置和所述第二定位裝置相對設置且一一對應，所述第二定位裝置包括第二支架以及與所述第二支架相連而能夠將所述第二支架固定在母材上方的吸盤，所述第二支架上具有至少一彈性壓塊，所述彈性壓塊具有至少一導向斜面；

啟動第二定位裝置的吸盤使所述第二定位裝置通過吸盤吸附在所述母材上；

吊起型材，將型材落向母材的劃線處，型材在所述第一定位裝置的定位面和所述第二定位裝置的導向斜面的導向作用下，落入至第一定位裝置和第二定位裝置之間，所述第一支架上的定位面接觸型材的一側，所述第二支架上的彈性壓塊彈性接觸型材的另一側，使得所述型材被夾緊定位在第一定位裝置和第二定位裝置之間；以及

將型材固定在所述母材上。

所述的型材的裝配方法，在布置第二定位裝置時，使所述第二定位裝置的彈性壓塊抵接所述第一定位裝置的其中一定位面。

所述的型材的裝配方法，所述第一定位裝置的定位面的高度大于等于所述第二定位裝置的彈性壓塊的高度以匹配不同類型的型材；所述型材具有兩側，分別為平面側和面板側，所述平面側為一平面，所述面板側的上端有球頭或面板，當吊起型材時，先調整好所述型材的朝向位置，使所述型材的平面側朝向所述第一定位裝置，將所述型材的面板側朝向所述第二定位裝置。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

本發明的定位裝配裝置通過吸盤將第一定位裝置和第二定位裝置固定在母材上，并在第一定位裝置的定位面和第二定位裝置導向斜面的作用下，使得型材落入至該第一定位裝置和第二定位裝置之間，并實現對型材的自動定位，由于本發明的定位裝配裝置可在型材下落之前預先進行定位，而不需人員在吊機下進行操作，消除了現有技術存在的人員的安全隱患。

本發明的定位裝配裝置的裝配方法簡單，方便，提高了工作效率，同時也不會對母材產生損傷。

附圖說明

圖1a、圖2a和圖3a為本發明的定位裝配裝置用于定位不同型號型材的結構示意圖。

圖1b、圖2b和圖3b分別是圖1a、圖2a和圖3a的俯視圖。

圖4為彈性壓塊的側面結構示意圖。

圖5為彈性壓塊的夾緊塊、連接板和彈性件的結構示意圖。

圖6為在甲板分片上布置型材的結構示意圖。

圖7至圖9為型材在裝配過程中的結構示意圖。

圖10為型材的裝配方法流程圖。

具體實施方式

為了進一步說明本發明的原理和結構，現結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明。

在船舶和海洋工程的建造領域中，最常用的型材主要有球扁鋼和角鋼，二者的其中一側均為平面，本發明中稱為平面側，另一側有球頭或面板，在結構強度方面均起到面板的作用，本發明中稱為面板側。通常上述型材的高度范圍從75mm到430mm不等。

在船體結構的制造中，經常使用到上述兩種型材，例如，在船體甲板制造中，需要在甲板分片中焊接多根型材，每一根型材的重量達778kg，如此重的型材自然對定位工裝的固定效果有著較高的要求。雖然現有的一些定位工裝能夠實現型材的定位，但如前述所述定位工裝無法預先固定，需要先將型材吊裝到位后，再使操作人員在吊機下操作安裝定位工裝以實現球扁鋼的定位，存在全安全隱患。而其他現有的定位工裝對于重量較重的型材的固定效果不佳。

本發明設計了一種型材的定位裝配裝置能夠克服現有定位工裝存在的缺陷，如圖1a和圖1b所示，本發明的定位裝配裝置100，用以將型材30定位于母材上，其包括第一定位裝置10和第二定位裝置20，該第一定位裝置10和第二定位裝置20相對設置以夾緊二者之間的型材30。第一定位裝置10包括第一支架11以及與該第一支架11相連而能夠將第一支架11固定在母材上的吸盤12，該第一支架11上具有至少一定位面；第二定位裝置20包括第二支架21以及與該第二支架21相連而能夠將第二支架21固定在母材上的吸盤22，該第二支架上21具有至少一彈性壓塊214，該彈性壓塊214具有至少一導向斜面，第一支架11上的定位面用以接觸型材30的一側，第二支架21上的彈性壓塊214用以彈性接觸型材30的另一側。

較佳地，該第一定位裝置10和第二定位裝置20兩者相互分離，從而在安裝定位裝配裝置100時，可根據不同型材的厚度大小相應增加或縮小第一定位裝置10和第二定位裝置20之間的距離，使之匹配不同厚度的型材。要說明的是，第一定位裝置10和第二定位裝置20之間的最遠距離也應能確保第二定位裝置20在彈性壓塊214的彈性件的作用下，彈性壓塊214可接觸到第一定位裝置10的定位面。

第一支架11還包括底座113和支撐架112，該底座113通過緊固件111固定第一定位裝置10的吸盤12上，支撐架112焊接在該底座113上。該緊固件111可為螺栓，其中該螺栓的公稱尺寸與吸盤12上的螺紋孔尺寸相配對，通常一個吸盤12配一對螺紋孔。

該支撐架112其包括一垂直于水平面的豎直部1121和至少一垂直于該豎直部1121并由該豎直部1121向外延伸的橫向部1122，每一橫向部1122的頂端對應設有導向板，導向板具有垂直于水平面的定位面。

在一實施例中，該支撐架112包括兩個橫向部1122，該支撐架112整體呈字母f形，兩橫向部1122的頂端分別設有一導向板，即導向板114和位于導向板114上方的導向板115，兩個導向板位于同一垂直面的不同高度，用以匹配定位不同高度的型材。如圖1a至圖3b所示，不同高度的導向板用以導向不同高度的型材。例如，如圖1a和圖1b所示，該定位裝配裝置100用于定位高達430mm的大型號型材30，該型材30的平面側緊貼于兩個處于不同高度的導向板114和導向板115上，該導向板114和導向板115能起到很好的導向作用；如圖2a和圖2b所示，該定位裝配裝置100用于定位高度大于75m小于430mm的中型號型材31，該型材31高于下方導向板114但低于上方導向板115，其平面側貼于導向板115上，仍可起到很好導向的作用；如圖3a和圖3b所示，該定位裝配裝置100用于定位高度只有75m的小型號型材32，該型材32的高度小于下方導向板115的高度，但其平面側仍可貼在導向板115上，且該貼合的位置位于該型材32的重心以上，仍能起到很好的導向。

此外，為了適用更多不同高度的型材，該支撐架112豎直部1121的高度和橫向部1122的數量可根據實際應用進行變化。

上述支撐架112、導向板114、導向板115和底座113均采用鋼板切割而成，并通過焊接進行永久性連接，這種連接方式成本低，強度可靠，同時為了保證較好的精度，在焊接完成以后，對底座113的底部進行機加工和配鉆孔，以保證其底部的平面度和孔的位置準確。同樣，也在焊接完成以后，對導向板114和導向板115進行機加工，以保證其自身的平面度和相對于底座113的垂直度。

第二支架21包括底座213和支撐架212，該底座213通過緊固件211固定在第二定位裝置20的吸盤22上，支撐架212固定在底座213上，彈性壓塊214的底部與底座212接觸，且彈性壓塊214固定在支撐架212上。該緊固件211可為螺栓，其中該螺栓的公稱尺寸與吸盤12上的螺紋孔尺寸相配對，通常一個吸盤22配一對螺紋孔。

彈性壓塊214包括導向塊2140和與該導向塊2140相連的彈性件2143，該彈性件2143的一端固定在支撐架212上，另一端固定在導向塊2140上。該彈性件2143可為彈簧。

彈性壓塊214的頂部還設有一防止彈性壓塊214翻轉的上導向板217，且該上導向板217焊接在支撐架212上。該上導向板217和底座213共同作用以對該彈性壓塊214在移動時進行水平方向的導向。

如圖4和圖5所示，導向塊2140包括兩個夾緊塊2141和連接在兩夾緊塊2141之間的連接板2142，該彈性件2143連接至導向塊2140上的一端直接連接在該連接板2142上。該夾緊塊2141的下端直接落在底座213上，以對夾緊塊2141起到導向作用。

該夾緊塊2141包括用于夾緊型材30的豎直的夾緊面2141d和位于夾緊面2141d上方的導向斜面2141e。

該導向斜面2141e與該夾緊面2141d相連且由該夾緊塊2141的頂端向底端的方向傾斜，該導向斜面2141e上設有至少兩個導向圓弧用以引導型材滑落至預設的位置。

在一實施例中，導向斜面2141e包括位于該導向斜面頂端的第一導向圓弧2141a、位于導向斜面2141e底端的第二導向圓弧2141c以及連接在第一導向圓弧2141a和該第二導向圓弧2141c之間的傾斜面2141b，該傾斜面2141b與夾緊面2141d間形成的夾角大于180度并小于270度。且該第二導向圓弧2141c連接上述夾緊面2141d。當吊裝的型材落在夾緊塊2141上時，先接觸到第一個導向圓弧2141a，在型材重力的作用下，型材沿傾斜面2141b和第二導向圓弧2141c滑下，直至滑落至夾緊面2141d和定位面之間。

該夾緊面2141d與第一定位裝置10的下方導向板114的定位面面對面設置，以夾緊落入至第一定位裝置10和第二定位裝置20之間的型材。

不同類型的型材具有不同的結構，例如，球扁鋼其一側設有球頭，角鋼其一側設有面板，為了使該定位裝配裝置適用于多種類型的型材，使得第一定位裝置10的定位面的高度大于等于第二定位裝置20的頂端的高度，并在起吊型材時使該型材含有球頭或面板的一側朝向第二定位裝置20，籍此，型材能夠在定位面的導向作用下從高處向低處落下，并在導向斜面2141e的作用下，落入彈簧壓塊214和定位面之間，實現精準定位。

第一定位裝置10的吸盤12和第二定位裝置20的吸盤22均可為電磁吸盤。該電磁吸盤采用對人體安全的電壓，24v的直流電。該電磁吸盤重量輕、體積小，但吸力大，例如，型號為h30010040的電磁吸盤，重量僅為7.5kg，尺寸為300*100*40mm，占用空間非常小，但該型號的電磁吸盤吸力卻可以達到300kg以上，短時間吸力甚至可以達到900kg，完全可以固定778kg重的型材。另外，該電磁吸盤的操作也非常方便，由于電磁吸盤吸力的產生和消除靠通電和斷電，所以采用開關或按鈕控制即可。

以下說明本發明的定位裝配裝置如何實現對型材的裝配。

以下結合圖6至圖10，說明本發明的型材的裝配方法，具體的，包括以下步驟：

s1:在母材上劃線，每一畫線處對應焊接一型材。

該母材可為一板材，為了加強該板材的強度，需要在該板材上焊接多根型材，例如，如圖6所示，該母材為甲板分片40，該甲板分片40的長度l為11.090m，寬度w為11.075m，根據該甲板分片40的用途和尺寸，計算出沿該甲板分片40的寬度方向需布置12根型材30，型材30之間的間距d為875mm。該型材30通常為球扁鋼。

根據母材的實際用途，在計算出型材在母材上的間距后，對甲板分片40進行畫線，因該甲板分片40采用的反造的形式，最好在該甲板分片40完成拼板后再進行劃線。

s2:沿劃線布置至少一定位裝配裝置，定位裝配裝置包括第一定位裝置和第二定位裝置。

沿劃線布置定位裝配裝置的數量根據型材的長度而定。

上述甲板分片40的長度為11.090m，型材30的長度與甲板分片40的長度大致相同，因此，根據計算，沿該型材30的長度方向布置三個定位裝配裝置即可，分別位于甲板分片40的艏部、中部和艉部。

s3:沿甲板分片40劃線的一側布置定位裝配裝置的第一定位裝置，該第一定位裝置為上述所述的第一定位裝置10，如圖1a所示，其包括第一支架11以及與該第一支架相連而能夠將該第一支架11固定在母材上方的吸盤12，該第一支架11上具有至少一定位面，使定位面與劃線平齊。

如圖1a所示，第一定位裝置10包括至少兩個固定在第一支架11上的導向板114和導向板115，導向板114和導向板115各具有一定位面，兩個導向板的定位面位于同一垂直面的不同高度，用于以匹配定位不同高度的型材。

s4：啟動第一定位裝置10的吸盤12使吸盤12工作，第一定位裝置10通過吸盤12吸附在甲板分片40上。

沿畫線的長度方向逐一布置完三個第一定位裝置10后，對吸盤12進行通電，使三個第一定位裝置10吸附在甲板分片40的對應位置上。

s5:沿甲板分片40劃線的另一側布置定位裝配裝置的第二定位裝置，第一定位裝置10和第二定位裝置相對設置且一一對應，該第二定位裝置為上述所述的第二定位裝置20，如圖1a所示，該第二定位裝置20包括第二支架21以及與該第二支架21相連而能夠將第二支架21固定在母材上的吸盤22，該第二支架21上具有至少一彈性壓塊214，該彈性壓塊214具有至少一導向斜面。

其中，第一定位裝置10和第二定位裝置相對設置且一一對應，指的是，每一第一定位裝置10的對面布設一第二定位裝置20，使得第一定位裝置10和第二定位裝置20成對設置，以起到夾緊型材的功能。

如圖1a所示，該第二支架21包括底座213和支撐架212，底座213固定在第二定位裝置20的吸盤22上，支撐架212固定在底座213上，彈性壓塊214的底部與底座213接觸，且彈性壓塊214固定在支撐架212上。

該彈性壓塊214的頂部還設有一防止彈性壓塊214翻轉的上導向板217，該上導向板217和底座213共同作用以對彈性壓塊214在移動時進行水平方向的導向。

結合圖4所示，彈性壓塊214包括導向塊2140和與導向塊2140相連的彈性件2143，導向塊2140上設有導向斜面2141e和豎直的夾緊面2141d，該導向斜面2141e上設有至少兩個導向圓弧用以引導型材滑落至預設的位置，彈性件2143的一端固定在支撐架212上，彈性件2143的另一端固定在導向塊2140上。

如圖4所示，該導向斜面2141e包括兩個導向圓弧，分別為第一導向圓弧2141a和第二導向圓弧2141c，該導向斜面2141e還包括連接在第一導向圓弧2141a和第二導向圓弧2141c之間的傾斜面2141b。

在布置第二定位裝置20時，調整彈簧壓塊214的位置，使彈簧壓塊214在彈力的作用下能夠抵接到第一定位裝置10的其中一定位面。

s6:啟動第二定位裝置20的吸盤22使吸盤22工作，第二定位裝置20通過吸盤22吸附在甲板分片40上。

當彈簧壓塊214位置調整適當時，對吸盤進行通電，使第二定位裝置20吸附在甲板分片40上且位于第一定位裝置10的對面。

上述啟動吸盤的時間是可選的，亦即可，布置完一個第二定位裝置（或第一定位裝置）時啟動一個，也可待所有第二定位裝置（或第一定位裝置）布置完畢后，在逐一啟動。

s7:用吊裝設備吊起型材30，將型材30落向甲板分片40的劃線處，并在第一定位裝置10的定位面和第二定位裝置20的導向斜面2141e的導向作用下，型材30落入至第一定位裝置10和第二定位裝置20之間，第一支架11上的定位面接觸型材30的一側，第二支架21上的彈性壓塊214彈性接觸型材30的另一側，使得型材30夾緊定位在第一定位裝置10和第二定位裝置20之間。

該第一定位裝置10的定位面的高度大于等于第二定位裝置20的彈性壓塊的高度，用以匹配不同類型的型材。

因該第二定位裝置20的高度較低，因此，當用吊裝設備吊起型材30時，先調整好型材30的朝向位置，使型材30的平面側朝向第一定位裝置10，含有球頭或面板的面板側朝向第二定位裝置20。

當吊裝的型材30落向甲板分片40的劃線處時，型材30先接觸到導向塊2140的第一個導向圓弧2141a，在型材重力的作用下，型材30沿傾斜面2141b和第二導向圓弧2141c滑下，并滑向導向塊2140的夾緊面2141d，在彈性壓塊214的彈簧壓力作用下，型材30被夾緊在導向塊2140的夾緊面2141d和導向板114、導向板115之間。

由于吊裝過程中型材30并不是完全垂直，如圖7所示，型材30與導向板115并不平行，而是有一定的傾斜，但當型材30逐步向下落的過程中，如圖8所示，先是型材30的平面側的上部與上方的導向板115接觸，下部與導向塊2140接觸，然后在下落過程中，對導向塊2140產生垂直向下的分力和向型材30面板側的水平分力。垂直向下的分力使型材30下落，在導向板115和導向板114的導向作用，型材30會被逐步扶正，而型材30對導向塊2140產生的水平分力會壓縮彈性件2143，使導向塊2140與下方的導向板114分離并產生間隙，最終使型材30的下部落至甲板分片40上，并在彈性件2143的作用下型材30被夾緊在導向塊2140的夾緊面2141d和導向板114、導向板115之間，如圖9所示。

s8:對型材30進行點焊，使型材30固定在甲板分片40上。

在型材30完成定位之后，對型材30進行點焊定位并固定。

完成點焊固定后，將吸盤12和吸盤22斷電，取下第一定位裝置10和第二定位裝置20，并進入下一根型材30的裝配，直至完成甲板分片40上所有型材的裝配。

本發明的定位裝配裝置通過吸盤將第一定位裝置和第二定位裝置固定在母材上，并在第一定位裝置的定位面和第二定位裝置導向斜面的作用下，使得型材落入至該第一定位裝置和第二定位裝置之間，并實現對型材的自動定位，由于本發明的定位裝配裝置可在型材下落之前預先進行定位，而不需人員在吊機下進行操作，消除了現有技術存在的人員的安全隱患。且該定位裝配裝置能真正起到夾緊的作用，并保證裝配精度。

本發明定位裝配裝置適用性強，可重復利用，大量節約成本，提高生產效率。

本發明采用電磁吸盤，該吸盤的吸力大，夾緊和固定效果好。

本發明采用導向板和導向斜面，實現了定位裝配裝置與型材的無縫固定，并且定位精度高。

此外，本發明的第一定位裝置采用兩個以上的導向板，可使用不同高度的型材的定位，適用范圍廣。

本發明的定位裝配裝置由于采用定位板和導向塊，使得在裝配型材時，對型材具有自動扶正的功能，有利于生產的自動化及效率的提高。

此外，本發明的定位裝配裝置的裝配方法容易操作，推廣性強，有利于全面提高生產效率。并且能夠達到較高的裝配精度。

以上僅為本發明的較佳可行實施例，并非限制本發明的保護范圍，凡運用本發明說明書及附圖內容所作出的等效結構變化，均包含在本發明的保護范圍內。