一种螺栓装配式不锈钢池体模块及其制造方法与流程

1.本发明涉及不锈钢制造技术领域，尤其涉及一种螺栓装配式不锈钢池体模块制造方法。


背景技术：

2.传统污水处理厂或自来水厂的污水处理池均为土建结构，构筑物投资占比60%左右，钢筋混凝土结构的现场作业量大，土建施工周期长，施工过程中产生大量扬尘、噪音、污水、建筑垃圾等污染环境；而且针对目前污水处理厂扩建、搬迁，混凝土池体需新建或拆除后新建，导致建筑垃圾的产生，地表环境的破坏，钢筋混凝土结构的污水处理池不能重复利用；钢筋混凝土池体结构由于地基的需要，每个池体之间均要间隔一定的间距，导致土地资源的浪费。螺栓装配式不锈钢池体模块是模拟乐高积木按需搭建拼装、无损拆卸重装的原理，采用标准化模块间螺栓机械锚固拼接方式。通过结构力学、流体力学、机械性能、水力负荷、风载荷等研究，构建废水处理装备理化参数数据库，对处理系统主体进行模块化分解，对每一模块，通过小批量试制，结合计算机模拟形成数字孪生，并通过机器学习不断迭代完善模块设计和生产工艺，试制出单体万吨以上级别装配式栓接型废水处理成套装备，针对含不同比例工业废水的市政污水、高含盐等工业废水，处理出水可满足不同水质要求。因此，急需能够攻克自动化高精度切割、开孔、焊接等制造技术的装备模块化高精度加工方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种螺栓装配式不锈钢池体模块及其制造方法，该模块结构优化，减少刚性设计所需的无效空间，并利用钢结构特性，提高水位，其制造方法消除了现场焊接工作，减少了劳动量，提高了工作效率，大大缩短了施工周期，降低建设投资成本。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：本发明公开了一种螺栓装配式不锈钢池体模块，包括长方形不锈钢正弦横波纹板，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的厚度为3mm-5mm，波高范围为100mm
±
2mm，波距范围为345mm
±
5mm，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的长边处的剖面为类似正弦的波浪形，所述长方形不锈钢正弦横波纹板四边焊接边框，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的边框上设有螺孔，所述长方形不锈钢正弦横波纹板之间通过子母螺栓结构连接。
5.所述长方形不锈钢正弦横波纹板的长边处的剖面为类似正弦的波浪形，所述长方形不锈钢正弦横波纹板四边焊接边框，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的边框上设有螺孔，所述长方形不锈钢正弦横波纹板之间通过子母螺栓结构连接。
6.本发明还公开了一种上述螺栓装配式不锈钢池体模块的制造方法，包括以下步骤：s1：将厚度为3mm-5mm的不锈钢板材输入辊道，将不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机；
s2：不锈钢板材进入压纹机主机后，将不锈钢板材制成规定节距及波高的长方形不锈钢正弦横波纹板，长方形不锈钢正弦横波纹板成形后波高范围100mm
±
2mm，波距范围345mm
±
5mm；s3：将长方形不锈钢正弦横波纹板输送至侧板组对工位；s4：采用双桁架机械手从料框中分别抓取对应两个侧边的边框零件到位于装配机器人传输板链的两侧的定位夹具上；s5：桁架机械手抓取就位，位于装配机器人传输板链的两侧的定位夹具分别压住两个侧边边框零件，驱动长方形不锈钢正弦横波纹板移动，让定位夹具带动边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行组对，点焊机器人对两个侧边边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行点焊；s6：完成两个侧边边框组对后，定位夹具上抬起长方形不锈钢正弦横波纹板，装配机器人根据需求长度对长方形不锈钢正弦横波纹板进行切割，装配机器人分别抓取另两侧侧边边框零件，移到位于装配机器人传输板链的两端的定位夹具上，位于装配机器人传输板链的两端的定位夹具带动侧边边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行组对，点焊机器人对侧边边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行定位点焊；s7：点焊完成后，形成螺栓装配式不锈钢池体模块，将螺栓装配式不锈钢池体模块输送到焊接工位工装上；s8：焊接工位上的变位机夹紧螺栓装配式不锈钢池体模块，将螺栓装配式不锈钢池体模块翻转
±
90
°
；s9：螺栓装配式不锈钢池体模块翻转就位后，点焊机器人对螺栓装配式不锈钢池体模块与边框零件拼接缝处进行焊接；s10：焊接完成后变位机回到水平状态，将成品螺栓装配式不锈钢池体模块输出。
7.进一步地，所述辊道两侧安装压下调整装置，所述压下调整装置用于支承压力的反力并调整上辊的位置以适应不同的不锈钢板材厚和波高。
8.进一步地，在步骤s1中，通过编码器定义不锈钢板材长度，当不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机进料口时，主动夹送不锈钢板材，采用气动定位，将不锈钢板材夹送压纹机主机，当不锈钢板材进入压纹机主机时，编码器自动复位。
9.进一步地，所述侧板组对工位用于长方形不锈钢正弦横波纹板与四个侧边边框的自动组对以及机器人自动点焊，包括传输板链、双桁架机械手、定位夹具、点焊机器人、装配机器人以及工位料框，所述定位夹具对应设置在长方形不锈钢正弦横波纹板的上下左右四个侧边。
10.进一步地，所述焊接工位工装上的点焊机器人搭载工布智能系统，自动生成扫描及焊接程序，螺栓装配式不锈钢池体模块翻转就位后，根据生成的扫描程序进行焊接前引导扫描，获取起弧阶段精确焊缝位置，系统根据获取的坐标修正焊接程序，点焊机器人根据焊接程序进行焊接，焊接过程中使用激光跟踪引导。
11.进一步地，所述螺栓装配式不锈钢池体模块较长两个侧边框正反面由两侧点焊机器人同步进行焊接；较短两侧边框在水平状态下正反面分别焊接。
12.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明公开的螺栓装配式不锈钢池体模块，具有特定波形结构箱体侧板，能够使
流体呈案流流态，能够提高混合效率；通过在功能池内部设计多次翻腾及折流结构，降低流态惰性，提高布水及出水均匀性。通过结构优化，还使系统做到高度集约设计，减少刚性设计所需的无效空间，并利用钢结构特性，提高水位。
13.本发明的螺栓装配式不锈钢池体模块结构与其制造方法的创新，达到同等规模处理量的污水厂节约用地达60%以上。同时模块化设计，可灵活布置，受地形限制因素少，减少钢筋混凝土90%以上，箱体材料重量只占钢筋混凝士的10%左右，箱体为装配式结构，可无损拆卸、循环使用，同时减少了现场钢筋混凝土施工产生的大量不可回收的水泥、黄砂、模板、大型机械、劳动力等等一次性消耗品90%以上。较同等规模的传统污水厂，碳减排量达到75.4%。
附图说明
14.图1为本发明螺栓装配式不锈钢池体模块轴测图。
15.图2为本发明螺栓装配式不锈钢池体模块的剖视图。
16.图3为本发明公开的模块组合成的箱体在满水状态下的变形分布情况。
具体实施方式
17.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
19.如图1和图2所示，本发明还公开了一种螺栓装配式不锈钢池体模块，包括长方形不锈钢正弦横波纹板，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的厚度为3mm-5mm，波高范围100mm
±
2mm，波距范围345mm
±
5mm，长边处的剖面为类似正弦的波浪形，长方形不锈钢正弦横波纹板的四面均焊有高精度钻孔边框，长方形不锈钢正弦横波纹板均焊于四面的边框之内，两个长方形不锈钢正弦横波纹板边框之间采用子母螺栓结构连接。螺栓装配式不锈钢池体模块具有特定波形结构，箱体内的水流在撞击箱体侧板后，就会向四周折流发散，能够使流体呈案流流态，能够提高混合效率。通过在池体内部波形结构设计多次翻腾及折流结构，降低流态惰性，提高布水及出水均匀性。通过结构优化，还使系统做到高度集约设计，减少刚性设计所需的无效空间，并利用钢结构特性，提高水位。
20.如图3所示，螺栓装配式不锈钢池体模块材料强度设计值：175mpa，抗拉强度标准值515mpa，自重放大系数：1.2，底板水压荷载：65kn/
㎡ꢀ
，侧板水压：0-65kn/
㎡
由顶部到底部线性变化，为了达到既安全又经济的目的，采用有限元分析软件 ansys 对箱体进行有限元分析，并进行了优化设计，在本实施例中，螺栓装配式不锈钢池体模块厚度为4mm，波高100mm，波距345mm，采用螺栓装配式不锈钢池体模块组合成水池箱体，对箱体进行满水状态有限元分析，分析了箱体在满水状态下的变形分布情况。由有限元分析结果可知箱体底部受力较大，产生了9.6mm的变形量，满水情况变形包络值9.6mm＜10000/400=25mm，结构侧向刚度满足要求。
21.在本实施例中，边框材质与长方形不锈钢正弦横波纹板的材质相同，均为不锈钢材质，边框通过使用激光打孔设备进行精确打孔，通过螺栓连接边框的螺栓孔。保证与长方形不锈钢正弦横波纹板焊缝不存在偏焊及发生气孔等焊接缺陷，一般焊接时，焊枪与焊缝之间保持45度夹角，焊丝干伸长为18毫米左右，经计算和实测，边框的宽度为60mm,高度220mm时，焊枪与边框不会产生干涉；为了保证边框连接强度，螺纹孔的间距设为172 mm。
22.本发明公开了还公开了上述螺栓装配式不锈钢池体模块的制造方法，其主要工艺流程：导向滚轮送料台
‑‑
主动夹送
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气动定位
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滚压成型
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侧板组对工位
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侧板变位机焊接工位
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出料辊道
‑‑
成品。具体包括以下步骤：s1：将厚度为3mm-5m的不锈钢板材输入辊道，将不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机；在本实施例中，不锈钢板材为卷材，卷材的宽度可为1.5m、1.8m、2m或根据需求设置。长度一般最长不超过12m，也可以根据需求设置，卷材的宽度只需要小于压纹机都可成形，长度可根据生产线自由调整。辊道的总长度为14m，辊道由2段独立的辊道支架及支架上的辊子总成组成。辊道两侧设置有压下调节装置，压下调整装置用于支承压力的反力，并可方便准确调整上辊的位置以适应不同的板厚和波高。压下调整装置包括蜗轮蜗杆减速机和压下螺杆，蜗轮蜗杆减速机带动压下螺杆上下调整上辊通过中间轴连接起来实现机械同步。
23.通过4组导向对中，由编码器定义不锈钢板材长度，当不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机进料口时，主动夹送不锈钢板材，采用气动定位，将不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机。当不锈钢板材进入压纹机主机时，编码器自动复位。
24.s2：不锈钢板材进入压纹机主机后，将不锈钢板材制成规定节距及波高的波纹钢板，波纹钢板成形后波高范围类似正弦波100mm
±
2mm，成形后波距类似正弦波345mm
±
5mm，在压纹机主机出料时为防止不锈钢板材上下摆动，与工件接触处设有可更换的尼龙耐磨块，也可防止工件硬摩擦及噪音，成型后的波纹钢板为长方形不锈钢正弦横波纹板。
25.s3：通过伺服电机驱动行走机构带动板链将长方形不锈钢正弦横波纹板由压纹机主机出料口输送至侧板组对工位。侧板组队工位用于长方形不锈钢正弦横波纹板与上下左右四个侧边边框自动组对以及机器人自动点焊，在本实施例中上边框与下边框是指长方形不锈钢正弦横波纹板对应长度较长的两个侧边，左边框与右边框分别是指长方形不锈钢正弦横波纹板对应长度较短的两个侧边。该工位包括传输板链、双桁架机械手、定位夹具、点焊机器人、装配机器人以及工位料框。在本实施例中，定位夹具对应设置在长方形不锈钢正弦横波纹板的上下左右四个侧边，具体位于装配机器人传输板链的两侧，以及装配机器人传输板链的两端。定位夹具使四周边框和长方形不锈钢正弦横波纹板对接时定位更精准，误差更小。
26.s4：采用双桁架机械手配气动真空吸盘从工位料框中抓取上边框零件、下边框零件到定位夹具上。定位夹具由压紧装置和定位机构组成。位于装配机器人传输板链的两侧的定位夹具，其压紧装置由外向内地抵紧于待加工件（上边框零件和下边框零件）的外侧，直至夹紧。
27.s5：定位夹具上的压紧装置压住长方形不锈钢正弦横波纹板的上边框零件和下边框零件，伺服电机驱动行走机构带动板链将长方形不锈钢正弦横波纹板移动，让定位夹具
带动上边框零件、下边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行组对，点焊机器人对上边框零件、下边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行点焊。
28.s6：完成上边框零件、下边框零件组对后，定位夹具上抬起长方形不锈钢正弦横波纹板，使长方形不锈钢正弦横波纹板脱离板链输送，装配机器人根据需求长度对长方形不锈钢正弦横波纹板进行切割，切割结束装配机器人末端工具切换为气动手指，装配机器人从工位料框中使用气动手指分别抓取左边框零件与右边框零件到位于传输板链的两端的定位夹具上，让位于装配机器人传输板链的两端的定位夹具带动左边框零件与右边框零件分别与长方形不锈钢正弦横波纹板两个端部进行组对。点焊机器人对端梁边框焊缝进行定位点焊，在本实施例中采用两台点焊机器人对端梁边框焊缝进行定位点焊。
29.s7：点焊完成后，形成螺栓装配式不锈钢池体模块，定位夹具落下螺栓装配式不锈钢池体模块，螺栓装配式不锈钢池体模块放在板链输送设备上，输送到焊接工位工装上。在本实施例中，采用板链与摩擦轮对接方式从上一工位将工件输送至焊接工位。焊接工位包括变位机、点焊机器人和机器人焊接系统。
30.s8：调整变位机框架连接梁来适应不同宽度螺栓装配式不锈钢池体模块，变位机夹紧采用液压方式对螺栓装配式不锈钢池体模块进行定位夹紧，将螺栓装配式不锈钢池体模块翻转
±
90
°
，在本实施例中变位机采用双滚圈式变位机。
31.s9：螺栓装配式不锈钢池体模块翻转就位后，点焊机器人根据焊接程序对螺栓装配式不锈钢池体模块另一侧与边框零件拼接缝处进行焊接，焊接过程中使用激光跟踪引导，在被操作的工件上建立坐标系，通过mems编码光栅结构光进行扫描，根据双目图像恢复算法重建出物体的真实三维点坐标系，此坐标系称为用户坐标系，其原点位于工件上，而x、y、z坐标轴的方向则根据具体需求确定，自动标定系统将可以准确的建立机器人用户坐标。通过用户坐标系的位置与姿态从而影响点焊机器人末端执行器与工件的相对位姿，提高点焊机器人对工件执行操作的精度。通过自动控制程序可提高效率，准确、快速地处理，数据，以获得实时结果，消除人为错误。在操作过程中也不会出现由于工作上的疏忽或者疲劳而产生的安全事故。
32.在本实施例中，采用左右各三套点焊机器人搭载工布智能系统，自动生成扫描及焊接程序。螺栓装配式不锈钢池体模块翻转就位后，根据生成的扫描程序进行焊接前引导扫描，获取起弧阶段精确焊缝位置，回传智能系统。系统根据获取的坐标修正焊接程序（程序中已包含调试好的焊接工艺），点焊机器人根据焊接程序进行焊接，焊接过程中使用激光跟踪引导。螺栓装配式不锈钢池体模块上下侧边框正反面由两侧点焊机器人同步进行焊接；左右侧边框在水平状态下正反面分别焊接。
33.s10：焊接完成后变位机回到水平状态，输送板链将成品螺栓装配式不锈钢池体模块输送到出料辊道上输出。
34.本发明公开的螺栓装配式不锈钢池体模块的制造方法，通过基于计算机辅助制造(cam)技术开发自动加工向导程序，研发能够自动特征识别和交互式特征识别技术；针对装备模块化高精度加工需要，重点攻克自动化高精度切割、开孔、焊接、大尺寸板材高精度横、纵向辊压、三维切割、机器人全自动焊接等自动生产加工等核心制造技术，研发装备模块高精度自动化生产技术，实现各模块可以长途运输的装配式污废水处理系统智能制造。
35.本发明公开的螺栓装配式不锈钢池体模块，优化了不锈钢池体结构，还使系统做
到高度集约设计，减少刚性设计所需的无效空间，消除了项目现场焊接工作，减少了劳动量，提高了工作效率，大大缩短了施工周期，降低建设投资成本。
36.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种螺栓装配式不锈钢池体模块，其特征在于，包括长方形不锈钢正弦横波纹板，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的厚度为3mm-5mm，波高范围为100mm
±
2mm，波距范围为345mm
±
5mm，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的长边处的剖面为类似正弦的波浪形，所述长方形不锈钢正弦横波纹板四边焊接边框，所述长方形不锈钢正弦横波纹板的边框上设有螺孔，所述长方形不锈钢正弦横波纹板之间通过子母螺栓结构连接。2.一种基于权利要求1所述的螺栓装配式不锈钢池体模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将厚度为3mm-5mm的不锈钢板材输入辊道，将不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机；s2：不锈钢板材进入压纹机主机后，将不锈钢板材制成规定节距及波高的长方形不锈钢正弦横波纹板，长方形不锈钢正弦横波纹板成形后波高范围100mm
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2mm，波距范围345mm
±
5mm；s3：将长方形不锈钢正弦横波纹板输送至侧板组对工位；s4：采用双桁架机械手从料框中分别抓取对应两个侧边的边框零件到位于装配机器人传输板链的两侧的定位夹具上；s5：桁架机械手抓取就位，位于装配机器人传输板链的两侧的定位夹具分别压住两个侧边边框零件，驱动长方形不锈钢正弦横波纹板移动，让定位夹具带动上下边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行组对，点焊机器人对两个侧边边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行点焊；s6：完成两个侧边边框组对后，定位夹具上抬起长方形不锈钢正弦横波纹板，装配机器人根据需求长度对长方形不锈钢正弦横波纹板进行切割，装配机器人分别抓取另两侧侧边边框零件，移到位于装配机器人传输板链的两端的定位夹具上，位于装配机器人传输板链的两端的定位夹具带动侧边边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行组对，点焊机器人对侧边边框零件与长方形不锈钢正弦横波纹板进行定位点焊；s7：点焊完成后，形成螺栓装配式不锈钢池体模块，将螺栓装配式不锈钢池体模块输送到焊接工位工装上；s8：焊接工位上的变位机夹紧螺栓装配式不锈钢池体模块，将螺栓装配式不锈钢池体模块翻转
±
90
°
；s9：螺栓装配式不锈钢池体模块翻转就位后，点焊机器人对螺栓装配式不锈钢池体模块与边框零件拼接缝处进行焊接；s10：焊接完成后变位机回到水平状态，将成品螺栓装配式不锈钢池体模块输出。3.根据权利要求2所述的螺栓装配式不锈钢池体模块制造方法，其特征在于，所述辊道两侧安装压下调整装置，所述压下调整装置用于支承压力的反力并调整上辊的位置以适应不同的不锈钢板材厚和波高。4.根据权利要求2所述的螺栓装配式不锈钢池体模块制造方法，其特征在于，在步骤s1中，通过编码器定义不锈钢板材长度，当不锈钢板材由辊道输送至压纹机主机进料口时，主动夹送不锈钢板材，采用气动定位，将不锈钢板材夹送压纹机主机，当不锈钢板材进入压纹机主机时，编码器自动复位。5.根据权利要求2所述的螺栓装配式不锈钢池体模块制造方法，其特征在于，所述侧板
组对工位用于长方形不锈钢正弦横波纹板与四个侧边边框的自动组对以及机器人自动点焊，包括传输板链、双桁架机械手、定位夹具、点焊机器人、装配机器人以及工位料框，所述定位夹具对应设置在长方形不锈钢正弦横波纹板的四个侧边。6.根据权利要求2所述的螺栓装配式不锈钢池体模块制造方法，其特征在于，所述焊接工位工装上的点焊机器人搭载工布智能系统，自动生成扫描及焊接程序，螺栓装配式不锈钢池体模块翻转就位后，根据生成的扫描程序进行焊接前引导扫描，获取起弧阶段精确焊缝位置，系统根据获取的坐标修正焊接程序，点焊机器人根据焊接程序进行焊接，焊接过程中使用激光跟踪引导。7.根据权利要求2所述的螺栓装配式不锈钢池体模块制造方法，其特征在于，所述螺栓装配式不锈钢池体模块较长两个侧边框正反面由两侧点焊机器人同步进行焊接；较短两侧边框在水平状态下正反面分别焊接。

技术总结
本发明提供一种螺栓装配式不锈钢池体模块及其制造方法，该模块包括长方形不锈钢正弦横波纹板，长方形不锈钢正弦横波纹板的厚度为3mm-5mm，波高范围为100mm


技术研发人员：潘镜羽 潘海龙 朱亮 潘美娟 钱云飞 曾俊 陆科 孙晓蕾 叶超 邵卓 郑书盈
受保护的技术使用者：南京泰源环保科技有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/2