自動(dòng)鋼管組對(duì)機(jī)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題源于中國(guó)海洋石油總公司科技項(xiàng)目“海洋工程高效制管生產(chǎn)線的研發(fā)”項(xiàng)目的子課題外壓式自動(dòng)鋼管組對(duì)機(jī)的研制,其設(shè)計(jì)思路及算法研究對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域有著一定的參考的價(jià)值,對(duì)于提高鋼管組對(duì)的自動(dòng)化有重大意義。
　　目前,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有鋼管生產(chǎn)方式都比較落后,海洋石油鋼管工程中常需要將不同規(guī)格的多根鋼管對(duì)接,實(shí)現(xiàn)石油及天然氣的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。根據(jù)海洋石油運(yùn)輸鋼管對(duì)口及焊接系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及需求,本文研制出一種新型的自動(dòng)鋼管組對(duì)機(jī),是國(guó)內(nèi)外外壓式鋼管組

2、對(duì)機(jī)械的首例自動(dòng)化設(shè)備。該設(shè)備不僅能夠自動(dòng)組對(duì)鋼管,還可以保證其直線度、錯(cuò)邊量、焊接縫隙等參數(shù),同時(shí)還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)效率。根據(jù)鋼管生產(chǎn)車(chē)間的實(shí)際需求,對(duì)自動(dòng)鋼管組對(duì)機(jī)的功能、結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及控制算法等方面進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)及研究。
　　研制的自動(dòng)鋼管組對(duì)機(jī)吸收了對(duì)口器組對(duì)及人工組對(duì)的優(yōu)點(diǎn),既有鋼管定位標(biāo)準(zhǔn)又能保證直線度誤差,主要由鋼管上料自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、三爪定心龍門(mén)架組件、傳感器檢測(cè)及焊前預(yù)熱機(jī)構(gòu)等部

3、分組成。針對(duì)各機(jī)械部分的特點(diǎn),對(duì)控制系統(tǒng)的控制方案、控制元件及控制電路進(jìn)行了選擇及設(shè)計(jì)。設(shè)備主要采用虛擬面板、操作臺(tái)手動(dòng)以及便攜式手動(dòng)操作盒三種控制模式,按照組對(duì)機(jī)的工作需求選用了運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)據(jù)采集卡以及傳感器等主要元器件,并對(duì)控制電路及與上位機(jī)通信進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　龍門(mén)架上的三爪定心機(jī)械系統(tǒng)為主要工作機(jī)構(gòu),完成鋼管的調(diào)心和夾緊功能,通過(guò)研究其工作原理,針對(duì)有錯(cuò)邊量的鋼管組對(duì)的要求,建立組對(duì)機(jī)的應(yīng)用坐標(biāo)系,提出旋轉(zhuǎn)法、圓心坐標(biāo)平

4、移的算法以及虛擬柱形空間算法。
　　以組對(duì)機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為研究目標(biāo),進(jìn)行了以標(biāo)準(zhǔn)管為理論數(shù)據(jù)原型,由激光傳感器采樣,并經(jīng)過(guò)由LabVIEW編寫(xiě)的算法程序進(jìn)行運(yùn)算的理論實(shí)驗(yàn),從多組數(shù)據(jù)的一致性驗(yàn)證了組對(duì)機(jī)算法的正確性。同時(shí),由樣機(jī)對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用鋼管進(jìn)行了實(shí)物組對(duì)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)組對(duì)多種不同管徑的鋼管,得到了一系列的成品參數(shù),通過(guò)與技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比,實(shí)物完全達(dá)到了焊接標(biāo)準(zhǔn),證明了研制的組對(duì)機(jī)系統(tǒng)以及提出的控制算法可以滿足實(shí)際生產(chǎn)中鋼管組對(duì)的需求。