外压式钢管组对机关键技术研究

论文摘要

外压式钢管自动组对机是钢管生产厂家不可缺少的一个重要设备,采用了现代化控制方法和检测手段,能够实现钢管自动化组对生产,大幅度提高生产效率和产品质量。本课题源于中国海洋石油工程股份有限公司“海洋工程高效制管生产线的研发”项目的子课题钢管自动组对机的研制,该设备的研制对解决当前钢管组对生产中存在的技术难题及提高钢管生产的自动化焊接水平具有重要意义。现阶段国内钢管厂家技术设备相对于国外来说比较落后,卷制出的钢管成品都较短,较长钢管都要通过工人手工操作几节短管焊接而得到。外压式钢管组对机就是针对钢管组对生产的实际需要而设计和研制的,它是实现钢管快速组对的一套高效全自动化设备,该设备的研究和设计填补了国内在此领域的空白。本文通过分析外压式钢管组对机相关技术对口器的国内外应用现状及发展,根据实际使用要求对外压式钢管组对机的结构及其控制系统进行了详细研究。本文根据中海油下属钢管生产厂家的设计要求,结合功能需求和结构合理等方面的要求提出了外压式钢管组对机的总体设计方案,对进料、预热、出料等主要机构进行了设计,并简述其工作流程。本文还完成了液压系统的设计,该系统设计了进料机构液压回路、龙门架卡爪液压回路、托架及出料机构液压回路、预热机构液压回路四个回路,并对液压系统的主要元器件进行计算和选型。本文运用旋转法和偏心法调整错边量的原理编写了一套控制算法,快速实现外压式钢管组对机直线度和圆度检测及调整的功能,大幅度提高了组对后成品的质量和生产效率。本文还阐述了控制系统的总体方案,并对传感器、绝对式光电编码器、板卡、运动控制卡和步进电机驱动器等元件进行了选型；并建立龙门架机构控制系统的数学模型,对其进行仿真分析,验证控制系统设计的合理性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外相关技术发展状况
• 1.2.1 国外相关技术发展状况
• 1.2.2 国内相关技术发展状况
• 1.3 外压式钢管组对机研制的意义
• 1.4 论文完成的主要工作
• 第2章 外压式钢管组对机的总体结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 外压式钢管组对机课题要求
• 2.2.1 外压式钢管组对机设计接口参数
• 2.2.2 外压式钢管组对机研制内容和目标
• 2.3 外压式钢管组对机总体方案设计
• 2.3.1 外压式钢管组对机的方案选择论证
• 2.3.2 外压式钢管组对机的总体方案
• 2.3.3 外压式钢管组对机的组对原理
• 2.4 外压式钢管组对机主要机构设计
• 2.4.1 底座
• 2.4.2 钢管就位升降式滚轮架设计
• 2.4.3 龙门架设计
• 2.4.4 托架辊轮机构设计
• 2.4.5 出料机构设计
• 2.4.6 预热机构设计
• 2.4.7 传感器检测机构设计
• 2.5 外压式钢管组对机组对工作流程
• 2.6 本章小结
• 第3章 外压式钢管组对机液压系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 液压系统设计
• 3.2.1 进料机构液压回路设计
• 3.2.2 龙门架卡爪液压回路设计
• 3.2.3 托架及出料机构液压回路设计
• 3.2.4 加热机构液压回路设计
• 3.3 液压缸的选型
• 3.3.1 有限元法尾架侧支撑液压缸选择
• 3.3.2 其他机构液压缸选择
• 3.4 液压泵的选型
• 3.4.1 最大工作压力
• 3.4.2 最大流量
• 3.4.3 液压泵的选择
• 3.5 其他液压元件的选型
• 3.5.1 液压油管的选择
• 3.5.2 滤油器的选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 外压式钢管组对机焊缝检测与错边量调整方法
• 4.1 引言
• 4.2 外压式钢管组对机对齐实现的功能
• 4.3 旋转法调整错边量
• 4.3.1 传感器采样
• 4.3.2 焊缝位置的确定
• 4.3.3 错边量计算
• 4.3.4 数据分析
• 4.4 偏心法调整错边量
• 4.4.1 判断流程
• 4.4.2 偏心法的可行性说明及计算方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 外压式钢管组对机控制系统设计及仿真
• 5.1 引言
• 5.2 控制系统总体方案
• 5.3 外压式钢管组对机控制流程图
• 5.4 主要元件的选择
• 5.4.1 智能传感器
• 5.4.2 绝对式光电码盘
• 5.4.4 板卡
• 5.4.5 运动控制卡
• 5.4.6 步进电机驱动器
• 5.5 龙门架机构控制系统建模与仿真
• 5.5.1 龙门架定心夹紧卡爪机构控制系统仿真
• 5.5.2 龙门架周向旋转控制系统仿真
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢