装填机械手（通用4篇）
装填机械手 篇1
0 引言
气动控制和传动系统以其装置结构简单、输出力及工作速度的调节容易、可靠性高, 使用寿命长等优点, 广泛应用于汽车制造行业、电子制造行业和生产自动化等行业。气动平衡装填机械手采用气动平衡技术, 实现机械臂和负载重力平衡控制, 靠人力或其他外力驱动气缸, 完成物料装填工作。结合工程实例, 通过装填机械手结构设计和力学计算, 设计气动回路, 并研制样机, 实现物料装填, 节省了人力, 减轻了劳动强度[1,2]。
1 机械手结构设计和力学分析
1.1 结构设计[3,4,5]
气动平衡装填机械手主要功能是将圆柱状物料从地面竖直状态抓取, 与水平方向成一定角度装入圆管内, 其主要技术指标见表1。主机结构符合人机工程设计, 提供所需的垂直方向和水平方向的最大行程, 设有可转动的连接灵活的机械臂, 工作半径2 500 mm, 可围绕立柱350度旋转。主要由升降机构、平衡器机构、夹具翻转机构和夹具夹持机构四大部分组成。升降机构主要用于立柱的升降, 下降到最低可以将主体结构收拢, 便于储存;上升到最高点时, 系统进入工作状态。平衡器机构实现负载力平衡控制, 气缸靠人手的推力驱动。夹具翻转机构实现物料在90度角度空间的任意位置的翻转。夹具抓取机构实现对圆柱状物料夹持。抓取物料状态时, 机械手三维模型见图1;装填物料时间, 机械手三维模型见图2。
主要工作程序:升降机构将立柱升到最高位置, 操作人员手动驱动平衡器机构下降到最低位置, 夹具翻转机构将夹具翻转竖直状态, 夹具抓取机构夹住竖直放置圆柱状物料, 操作人员驱动平衡机构提升物料, 夹具翻转机构翻转物料到一定角度, 操作人员驱动平衡机构将物料送入钢管内, 松弛夹具抓取机构, 继续重复装填物料。装填工作完成后, 立柱下降到最低位置, 收拢机械臂。
1.2 力学分析
(1) 平衡器机构
平衡器机构主要由折返臂机构、平行四边形连杆机构组成。机械臂采用折返臂结构, 全臂长2 500 mm, 半臂长1 250 mm。根据平行四边形连杆机构计算分析:机械臂水平位置时, 气缸口到连杆铰点距离L1;机械臂最低位置时, 气缸口到连杆铰点距离L2;机械臂最高位置时, 气缸口到连杆铰点距离L3。机械臂升降的全过程中, 气缸往复行程L平衡。
平衡器机构抓取物料时, 平行四边形连杆机构的两端力臂相等。
其中, M平衡器为平衡力矩, G负载为负载重量, G机械臂为机械臂自重, L臂为平衡器悬臂夹具到立柱支点的垂直距离, F平衡为平衡器气缸产生的作用力, L平衡为平衡器气缸到立柱支点的垂直距离, P平衡为气缸需要的气体压力, S平衡为有效作用面积, R平衡圆缸半径。
由式 (2) 、 (3) , 可得:
(2) 夹具翻转机构
翻转机构采用曲柄滑块机构, 气缸伸缩过程实际是滑块往复运动, 曲柄摆动实际是夹具翻转运动。气缸伸缩过程中, 曲柄发生摆动, 摆动角度范围为90°, 运动结构简图如图3所示。
其中, L翻转为翻转气缸有效行程。
其中, M翻为翻转力矩, G物为物料重力, L物为物料重心偏距;F翻为翻转气缸产生的作用力, L翻为翻转气缸对支点的力臂, P翻为翻转气缸需要压力, S翻为翻转气缸的有效作用面积, R翻为圆翻转气缸的半径。
由式 (6) 、 (7) , 可得:
(3) 夹具抓取机构
夹具抓取机构采用对称布置的曲柄滑块机构, 由作图法, 可得气缸往复有效行程为L抓取。
其中, G物为物料重力, F静摩为抓取气缸产生的摩擦力, F抓取为抓取气缸推力, μ静为玻璃缸 (圆形) 与夹具橡胶的静止摩擦系数, P抓取为抓取气缸气压, S抓取为抓取气缸有效面积, R抓取为圆形抓取气缸的有效半径。
由 (9) 、 (10) 可得:
由作图法, 经计算可得各气缸的主要参数, 具体见表2。
2 气动基本回路设计
气动平衡装填机械手的气动系统主要包括碟刹控制回路、平衡器控制回路、夹具翻转控制回路、夹具抓取控制回路四大回路。碟刹控制回路主要由1个人力控制换向阀 (二位三通) 驱动1个气控换向阀 (二位五通) , 再由气控换向阀 (二位五通) 控制3个碟刹气缸, 达到锁紧或解锁机械臂目的, 见图5 (a) 。平衡器控制回路由1个低摩擦力气缸、1个大流量减压阀等组成, 利用大流量减压阀与负载进行力平衡控制, 低摩擦气缸减少操作人员驱动机械臂的手力, 见图5 (b) 。夹具翻转控制回路主要由2个人力控制换向阀 (二位三通) 驱动1个气控换向阀 (三位五通) , 再由气控换向阀 (三位五通) 驱动1个双作用缸, 实现夹具翻转功能, 见图5 (c) 。夹具抓取控制回路与夹具翻转控制回路相似, 由2个人力控制换向阀 (二位三通) 驱动1个气控换向阀 (三位五通) , 再由气控换向阀 (三位五通) 驱动1个双作用缸, 实现夹具抓取功能, 见图5 (d) 。夹具控制回路与夹具翻转控制回路分别通过各自减压阀, 调节压力与负载相匹配。
3 工程样机应用
气动平衡装填机械手广泛应用于汽车、发动机装配、化工等行业, 在现代工业装配自动化工业起着重要的作用。图6中展示了气动平衡装填机械手如何抓取圆柱状物料。
4 结论
气动平衡助力机械手通过压缩空气这唯一动力源, 结合多自由度机构, 实现了对物料抓取, 大大减轻了工人的劳动强度, 提高自动化程度。
参考文献
[1]钟辉.气动搬运助力平衡系统[J].科协论谈, 2007 (6) :7-8.
[2]张宪青, 张杨, 李修仁.搭载系统气动平衡回路的影响因素分析[J].液压与气动, 2005 (6) :11-13.
[3]江凯, 杨佳华.电力系统污闪分析及其清扫机械手的设计[J].机电工程, 2012 (10) :1183-1186.
[4]曹国军.喷浆机械手轨迹控制研究[J].机电工程技术, 2013 (1) :45-48.
[5]肖立军, 米学宁, 石雷, 等.气动平衡助力机械手的原理及应用[J].制造业自动化, 2011 (6) :230-232.
装填机械手 篇2
各国正在研制和发展的大口径火炮系统都非常重视射速,把爆发射速和持续射速作为火炮的重要战术指标。而提高大口径火炮射速的关键就在于提高弹药的装填速度,先进的弹药自动装填系统已成为现代大口径自行火炮的重要标志。传统的自行武器炮控系统通常采用继电器逻辑控制电路来实现,这样造成的结果是系统结构庞大,连线复杂,现场调试繁琐且容易出错,控制方式复杂,维护费用昂贵,可扩展性差,升级困难。另外,自行武器的工作环境多变,存在各种不同类型的干扰源。因此,选用模块化程度高,扩展性强,接线方便,易开发、易调试、易维护,环境适应能力强的PLC作为炮控系统的控制核心是最佳选择。
本文主要探讨了基于PLC的弹药装填机械手控制系统设计及测试过程,此装填机械手控制系统是火炮自动装填系统的一个子系统。通过采用合理的控制方法,硬件结构,工作流程,结合新型传感器检测技术,伺服传动技术等相关技术,来设计出满足动作时间和定位精度要求的装填机械手控制系统。本文所做的工作和研究,对于提高自行火炮射速和稳定性具有参考价值。
1 PLC概述
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置[1],它其实就是一台计算机,采用可以编制程序的存储器,在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并以接入式CPU为核心,通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程[2]。从PLC的发展来看,PLC的特点主要表现在以下几个方面。
1.1 一种重要的控制元件
PLC是可编程控制器的简称,在目前工业控制系统中,PLC是一种重要的控制元件,在控制单元中发挥了积极的作用[3]。结合当前工业控制的实际需要,PLC的出现不但弥补了控制手段不足问题,同时也提高了控制功能,保证了工业控制系统能够在控制效率和控制结果上满足实际需要,达到提高控制水平的目的[4]。
1.2 具有较强的扩展性
由于PLC内的控制程序可以根据实际需求随意更改,因此,根据各种功能需要编制相应的控制程序成了PLC所具备的突出优点,在解决控制元件选择和控制功能提升等上面具有突出优势[5]。正是基于这一特点,PLC具有较强的扩展性,能够在多个控制系统中得到重要应用,同时也能保证控制系统取得良好的控制效果[6]。
1.3 控制效果较为理想
考虑到PLC可以扩展的特殊属性,在实际应用中,可以根据控制系统的实际需要编制相应的控制程序,并将程序写入PLC中,保证PLC在实际控制中能够发挥控制功能。基于这一特点,应用PLC的控制系统往往能够实现较多的控制功能,在控制效果上也比较理想。PLC已经成为了一种重要的控制元件,对控制系统的发展有着重要的促进作用。
1.4 应用范围相对广泛
目前无论是在工业领域还是在其他控制领域,PLC作为一种有效的控制元件,在诸多控制系统中得到了重要应用,并逐渐成为控制系统中的核心部件,对控制系统的功能和控制系统的构建起到了重要的推动作用。结合PLC的应用实例,PLC的应用范围将会随着其功能的完善在多个领域取得突破,实现良好的控制功能。
2 自动装填系统总体介绍
自动装填系统的机械结构按空间位置可分为3个模块:供弹部分、输弹部分和供输药部分,其中供弹部分包括弹仓、引信装定、取弹机械手;输弹部分包括旋转提升机构、输弹机;供输药部分包括药仓、模块药生成机构、推药机构、药协调器、输药机等。
供弹部分、输弹部分和供输药部分两两之间具有相对转动关系,控制信号及编码器、传感器反馈信号需要经过电路旋转连接器传递。若采用常规的非总线控制方式,各反馈信号需要采用一对一连线方式连接到控制器,同时,控制信号也需要采用一对一连线方式连接到控制现场,物理连线较多且布线复杂,这将导致电旋尺寸较大,使得电旋在给定的有限安装空间内难以安装。为了解决上述问题,把I/O模块作为远程站点分散布置在各控制现场,各远程I/O模块分别通过CAN总线网络与控制器通信,这样不仅可以采用数字化、智能化的传感器代替原来的模拟式传感器,提高了系统的抗干扰能力和可靠性,还可以大量减少物理连线,节省了资源,降低了成本,减小了电旋尺寸。方案采用1个主站+3个远程I/O从站的方式,主站和远程I/O从站通过2条CAN总线网络通信,所有编码器及电机驱动器均挂到1条CAN总线网络上,系统开关量、模拟量输入输出均挂到另外1条CAN总线网络上,控制系统架构如图1所示。
3 装填机械手控制系统硬件设计
装填机械手完成弹丸从弹仓到输弹机弹盘的转接过程,是1个三自由度系统,包括回转、伸出收回、抱紧机构,如图2所示。
其中回转控制为精确定位控制,主控制器通过CAN总线网络1发送位置指令给电机驱动器,电机驱动器根据接收到的位置指令控制电机完成定位控制,绝对值编码器测量机械手的角位置信息通过CAN总线网络1送到主控制器,主控制器根据反馈的机械手角位置信息判断机械手是否回转到位,如果没有回转到位,则根据机械手当前的位置信息发送新的位置指令到电机驱动器,直到机械手精确回转到位。伸出收回控制采用开关量控制,初末位置分别安装限位开关,主控制器切断电机控制信号,电机停车;主控制器发出收回指令后,电机带动机械手收回,收回到位后初位限位开关发出到位信号,主控制器切断电机控制信号,电机停车。抱紧采用开关量控制,电磁铁通电时松开,断电时抱紧。机械手安装有弹传感器,用于检测机械手中是否有弹丸。机械手上安装抱紧状态传感器,用于检测机械手是否处于抱紧状态。机械手控制系统硬件结构如图3所示。
其中,开关量输入6路(回转电机驱动器错误输出信号,伸出收回电机驱动器错误输出信号,伸出收回初末位限位开关,有弹信号,抱紧信号);开关量输出5路(回转电机驱动器使能、急停信号,伸出收回电机驱动器使能、急停信号,抱紧控制信号)。
根据控制要求、端子数、内存估算等条件,选择贝加莱公司型号为X20CP3485的CPU(装填系统主控器)以及X20DI8371扩展输入模块和X20DO9322扩展输出模块(机械手控制系统远程I/O模块),每个输入模块有8路数字输入端口,每个输出模块有12路数字输出端口,输入输出端在需要时也可以随时扩展。表1是根据选定的PLC制定的远程I/O模块端子分配表。
4 装填机械手控制系统软件设计
4.1 机械手工作流程及下位机软件设计
装填机械手负责把弹丸从弹仓取弹口取出并放入输弹机接盘,主要完成3个动作;抱紧(解锁)弹丸、伸出(收回)机械手、回转机械手。控制系统发出取弹指令后,机械手伸出、抱紧弹丸后收回,收回到指定位置后机械手转到给弹位置,若输弹机已准备好接弹,则机械手伸出给弹,给弹后机械手收回并转回到取弹位置,机械手工作流程如图4所示。
Automation Studio是针对贝加莱(B&R)所有工业自动化产品的集成化的软件开发环境,使用C语言在此开发环境中编写下位机软件,软件流程如图5所示。
Step1:判断弹仓是否准备好,如果准备好,则进入Step2,否则等待弹仓准备好;
Step2:机械手伸出取弹;
Step3:抱紧装置抱紧弹丸,延时0.2 s确保弹丸可靠抱紧;
Step4:机械手收回;
Step5:机械手回转到给弹位置,等待输弹机准备好接弹后进入Step6,否则等待输弹机准备好;
Step6:机械手伸出送弹;
Step7:抱紧装置解锁,延时0.2 s确保可靠解锁;
Step8:机械手收回;
Step9:机械手回取弹位。
4.2 上位机软件设计
结合Lab VIEW2010软件开发了上位机操作界面,实现了对系统的操作控制以及状态信息和动画的显示等功能,其中上位机和下位机之间的通信通过OPC协议来实现。
上位机程序主要包含以下2个功能模块:
1)OPC变量的写入和读取。OPC变量的写入采用事件模式,当前面板上按钮或数值输入控件值改变时触发。OPC变量的读取采用循环读取,每隔50 ms读取一次,进行实时显示。
2)机械手控制信息读取计算。通过机械手的伸出收回状态(Tran_pos1,Tran_pos2),机械手是否有弹(JXS_YD),机械手编码器数值(Rot_encoder)这几个参数对机械手当前位置及是否有弹进行计算及动画演示。
机械手上位机操作及显示界面如图6、图7所示(图7包含有弹仓信息显示)。
5 机械手动作性能测试
机械手动作性能测试主要包括动作时间和定位精度两方面。
5.1 机械手动作时间测试
机械手动作时间设计要求为:从弹仓回转至取弹位或补弹位动作0.6 s,伸出动作0.7 s,收回动作0.6 s。实际测试结果如表2所示。
机械手回转,机械手伸出,机械手收回曲线如图8、图9、图10所示。
由测试结果可知,机械手动作时间满足设计指标要求。
5.2 机械手定位精度测试
机械手定位精度测试是针对回转动作进行的,包括电机端定位精度测试和负载端定位精度测试。
机械手回转电机位置误差如图11所示。
可以看出,整个过程的最大位置误差为30 cnt(cnt为电机编码器脉冲单位,10 000 cnt为1°)。最终的定位误差为2 cnt,具有较高的位置定位精度。
对于负载端,回转定位测试结果如表3所示,满足设计指标要求(±3 mil)。
6 结语
通过采用合理的控制方法,硬件结构,工作流程,结合新型传感器检测技术,伺服传动技术等相关技术,设计出满足动作时间和定位精度要求的装填机械手控制系统。对于提高自行火炮射速和稳定性具有参考价值。
摘要：各国正在研制和发展的大口径火炮系统都非常重视射速,把爆发射速和持续射速作为火炮的重要战术指标。而提高大口径火炮射速的关键就在于提高弹药的装填速度,先进的弹药自动装填系统已成为现代大口径自行火炮的重要标志。所研究的装填机械手控制系统是火炮弹药自动装填系统的一个子系统,主要探讨了基于PLC的装填机械手控制系统设计及测试过程。通过采用合理的控制方法,硬件结构,工作流程,结合新型传感器检测技术,伺服传动技术等相关技术,来设计出满足动作时间和定位精度要求的装填机械手控制系统,并对系统进行动作性能测试。通过分析结果可知,装填机械手控制系统满足设计指标要求。所做的工作和研究,对提高自行火炮射速和稳定性具有参考价值。
关键词：PLC,装填机械手,控制设计
参考文献
[1]唐静.PLC在三面铣机床控制系统中的应用[J].常州信息职业技术学院学报,2014(01):36-37.
[2]卢国华.PLC端口的扩展及常闭触点输入信号的处理[J].电工技术,2013(04):57-58.
[3]李凯全.PLC仿真软件课的规划与设计[J].光盘技术,2014(06):21-22.
[4]林顺宝.舞台等艺术灯饰的PLC控制与设计[J].黑龙江科技信息,2013(08):93-94.
[5]梁志宏,王怀学.基于PLC的龙门刨床直流调速系统改造[J].科技创新导报,2014(33):78-79.
装填机械手 篇3
舰载垂直装填机械是舰载垂直发射系统的一种多关节、可伸缩折叠式特种起重机,用于舰载武器的装填作业。由于海浪作用以及吊重与装填机械臂末端是通过柔性钢缆连接,吊重不可避免地会产生摆动[1]。这种摆动对装填的工作效率和作业安全都会产生很大的危害,直接影响装填的快速性,因此如何消除这种摆动至关重要,而建立其动力学模型是实现消摆的前提。
文献[1]、[2]利用机器人动力学建模原理,将船体看作虚拟杆件,采用拉格朗日方法建立了在船体横摇条件下舰载起重机的动力学模型,但该模型过于复杂,且不能很好反映吊重的摆振情况。文献[3]同样利用机器人动力学建模原理,将履带式起重机的吊顶与吊重的连接处等效为虚拟杆件,采用牛顿-欧拉方法建立了履带式起重机的动力学模型,其推导较为简单,并能够直观的反映吊重的摆振情况,但是它是在静机座条件下的。本文将舰载垂直装填机械看作机器人机械手系统,将船体及吊顶与吊重的连接处均看作虚拟杆件,采用牛顿-欧拉法递推公式建立动机座条件下的吊重摆振动力学模型。
2 机械手模型
舰载垂直装填机械在装填作业时,吊重从起吊点吊运到目标位置上方的过程中,吊重高度保持不变,吊臂不做伸缩运动,所以可不考虑吊臂的伸缩关节,因而可将其等效为具有5个杆件的开链式机器人机械手系统,如图1(a)所示。每个杆件只有一个自由度,各杆件之间通过回转关节连接,其中,杆件1为虚拟杆件,即将舰艇本身看成是从舰艇横摇摇心(这里只考虑横摇作用)到装填机机座的虚拟杆,假设该杆件的一端即横摇摇心是固定于一个固定刚性机座上,可绕横摇轴转动[2],且该杆件的质量集中于横摇中心,关节变量θ1为横摇角;杆件2为装填机回转臂,关节变量θ2为平台回转角度;杆件3为起重臂,关节变量θ3为起重臂的俯仰角度;杆件5为悬吊钢绳和吊重。由于吊重自由地悬吊于臂架的吊顶,为了描述吊重的空间运动,这里引入了一个质量和长度均为零的虚拟杆件4[3],利用与之相连的虚拟关节的关节变量θ4、θ5及起升悬吊钢绳的长度来描述吊重相对于吊顶的空间位置。
为简化分析,这里作如下假定:
1)假定各杆件仅在其质心处具有集中质量,并视各杆件为刚性;
(2)由于在武器的装填吊运过程中一般有工作人员对吊重进行扶持,所以可以忽略风载的影响和吊重的自旋。
根据机器人动力学建模原理,各杆件附体坐标系的建立如图1(a)中所示,图中各坐标系均遵从右手法则。与杆i(i=0,1,…5)固连的坐标系Oi-XiYiZi简称为系i。
由于用θ4描述吊重摆振不很直观,故采用图1(b)中的摆角φ代之,其中φ=θ4+θ3-3π/2,是钢缆在起升平面上的投影与铅垂线的夹角;θ5为钢缆与起升平面的夹角。这样,通过φ、θ5和钢绳的长度便可以完全确定吊重相对于臂架悬吊点的空间位置[3]。
采用修改的D-H(Danvit-Hartenberg)参数[4]确定齐次变换矩阵i-1Ai,即:
式中,i=1,2,…,5;ci=cosθi;si=sinθi;cαi=cosαi;sαi=sinαi(本文中各三角函数以此方法表示)。ii-1R为3×3阶矩阵,为系i中矢量对系i-1的旋转变换矩阵;ii-1P为3×1阶矩阵,为系i-1原点向系i原点移动的位置矢量;O为3×1阶零矩阵。
齐次变换矩阵i-1Ai中的各参数值见表1。
表1中,LB为吊臂的长度;(ex,ey,ez)为系2的原点在系1中的坐标值。
3 动力学模型与优化
3.1 动力学模型
目前常见的机器人动力学建模的方法有牛顿—欧拉法、拉格朗日法、凯恩法、最小约束的高斯原理法等[5]。本文采用递推的牛顿-欧拉法[5]推导系统动力学方程。
假定横摇中心机座是刚性且固定的,则有w0=w觶0=v觶c0=0,若令v觶0=[0 g 0]T(g为重力加速度),在递推过程中自动记入各杆件自身重力。列出已知参数为
其中,rc3为起重臂下铰点到起重臂架质心的距离;LR为吊重处于所要求高度时悬吊钢绳的长度;h为回转臂的长度。
假定各杆件只具有集中质量,则
因杆5所受外力始终沿其附体坐标系的x轴方向(重力已计入加速度),设大小为F,所以杆5所受驱动力和力矩为f5=[F 0 0]T,n5=0。
将以上已知条件先后代入牛顿—欧拉正向递推公式和反向递推公式[5]得到各杆件的角速度、角加速度、加速度和质心加速度及各关节驱动力和力矩。此外,杆1所受力矩根据各级海情确定。
由各关节驱动力矩方程,及杆5的质心加速度在其附体坐标系中y、z轴的分量为0,可得到舰载垂直装填机械进行回转和俯仰运动时的动力学方程组为
其中:
s34=sin(θ3+θ4),c34=cos(θ3+θ4),τ2、τ3分别为关节2和关节3的驱动力矩,m3为吊臂质量。
不难看出,该方程组是一个非常复杂的多变量、强耦合、强非线性的二阶微分方程组,它较为准确地反映了舰载垂直装填机械进行回转和俯仰作业时吊重的运动状态,不仅包含切向力和向心力对机体的影响,还包含哥氏力的影响。
3.2 模型优化
对于上述方程组所描述的舰载垂直装填机械模型,实现完全控制是困难的。为了降低控制难度,做如下优化处理:
1)因为主要是要实现装填机在做回转运动过程中的消摆,所以只考虑做回转运动的工况,则此时有θ觶3=θ¨3=0,且方程(3)可略去;
2)因为装填机的运行速度一般不大,所以可以忽略离心力和哥氏力影响,即略去方程中速度相乘的项。
3)将φ=θ4+θ3-3π/2代入消去θ4,用φ、θ5描述吊重摆角,使模型更直观的反映吊重摇摆情况,即在回转运动过程中,φ为吊重的径向摆角,θ5为吊重的切向摆角。
优化后的动力学模型为
4 实例仿真
本文选取某型舰船的横摇运动参数与海情的关系如表2[2]:
选用正弦横摇运动规律即[1]
仿真参数如表3所示。
设置装填机械在20秒内从平稳启动到平稳制动,转过120度的回转角,回转角度曲线和回转角角速度曲线如图2和图3所示。选择变步长四阶龙格-库塔算法对模型求解[6],分别在五级海情、六级海情及静机座条件下对吊重的切向和径向摇摆角度进行仿真,结果如图4、5所示。
5 结论
分析以上仿真结果可知,在静基座条件下,吊重摇摆角度很小,且以切向摇摆为主;而在动基座条件下,吊重的摇摆角度显著增大,且随海情级别越高而越大,如在五级海情时,吊重的最大摇摆角度为30度左右,而在六级海情时,吊重的摇摆角度最大达到了近50度。显然,若不进行防摇控制,装填机只能在海情级别较低的情况下才能工作,因此,严重影响武器装填作业的安全性和快速性。
参考文献
[1]曾昭龙,田凯,李文秀.舰载特种起重机轨迹跟踪吊重防摆控制[J].哈尔滨工程大学学报,2005,26(4):457-461.
[2]张杰,等.船用特种起重机动机座运动学建模方法研究[A].Proceeding of4th World Congress on Intelligent Con-trol and Automation[C],June10-14,2002,Shanghai,P.R.China.
[3]王帮峰,张瑞芳,张国忠.回转起重机吊重摆振的动力学模型与控制[J].中国机械工程,2001,12(11):1214-1217.
[4]霍伟.机器人动力学与控制[M].北京:高等教育出版社,2005.
[5]约翰J.克雷格著,苏仲飞等译.机器人学导论[M].西安:西北工业大学出版社,1987.
合成催化剂的装填和卸载 篇4
关键词：催化剂,装填,钝化,卸载
引言:
催化剂装填好坏对催化剂床层气流的均匀分布, 催化剂效能的有效发挥, 及今后甲醇合成系统的正常生产, 节能降耗乃至延长催化剂的使用寿命都会带来直接影响。催化剂经过使用后, 原油会带入大量的硫化物质, 如硫化亚铁;在遇到空气后会产生自燃, 所以在卸出前需要进行钝化处理, 以降低危险性。
一、催化剂的装填
1. 准备工作
催化剂提前运至现场, 按要求摆放整齐, 用叉车卸车, 按种类摆好并用帆布盖好。严禁坠落碰撞。现场堆放催化剂要做好防雨防潮准备。
合成触媒和惰性球运到现场后, 首先要将催化剂过筛一遍。同时装填触媒用的工具准备齐全, 包括专用工作服、手套、雨靴、防风镜、长管呼吸器、防尘面具、安全行灯、帆布、帆布管、木锤、木塞、木锨、铅垂 (长度大于7000毫米) 筛子、漏斗、压差计、真空泵、吊车、木板若干。同时测定催化剂的实际堆比重, 并取平均值。
打开合成塔的上封头, 进行自然通风, 联系取样分析直至分析结果中氧含量大于20%。将合成塔清理干净, 卸料口复位。在天气状况良好时进行催化剂的装填。
2. 催化剂的装填
由合成塔气体出口进入催化剂筐, 经侧人孔进入下封头底部, 先从支撑架上侧孔装填直径为10毫米和25毫米的氧化铝球。利用不锈钢丝网封侧人孔, 通过支撑架上人孔继续装填Φ10和Φ25的氧化铝球直至与圆锥支撑体人孔口齐平。对催化剂进行平整后, 封上人孔。
安排作业人员进入合成塔上封头孔, 装填直径为10毫米的氧化铝球, 确保均匀分布。利用铅垂绳在多个方位测量铅球的装填高度, 使氧化铝球刚好进入到下管口内。氧化铝球装填完成后, 开始向管内装填催化剂, 分布均匀的填实、填满。
管内装满催化剂后, 开始在管板表面上装堆催化剂, 高度为700mm, 而后用木板将表面铺平, 并采取保护措施, 用合金管将网孔为Φ3mm的金属不锈钢丝网固定在催化剂的上面, 金属不锈钢丝网上继续铺Φ10的氧化铝球。
催化剂装填完毕后, 为防止催化剂返潮和有毒气体污染, 立即封上人孔和进气口, 封装完毕后进行催化剂粉末的吹除。
典型的装填速度约为2~2.5 m3/20~25min, 装填速度太快会造成催化剂装填密度过小, 同时会产生大量静电。
3. 催化剂装填注意事项
在催化剂搬运过程中严禁摔打和滚动催化剂桶。安排指定人员负责开桶、核对催化剂型号以及数量。催化剂装填前必须除去运输过程中产生的少量粉末与碎片, 可以选择用Φ3mm筛子过滤。
催化剂装填前, 先打开合成塔的进料口及卸料口, 检查塔内有无堵塞物, 除去合成塔内的各种杂质以及铁锈, 确保无遗落在工具在里面。
计量人员应当准确记录催化剂和氧化铝球的装填量, 并及时与装填人员进行核对。装填人员在入合成塔前应确保已将随身物品掏出, 防止其落入合成塔内, 人员入塔后应在催化剂的上面铺垫木板, 严禁直接在催化剂上踩踏和行走。
如遇雨、雪等天气变化时, 应立即停止装填工作, 用防雨布将合成塔口封好, 将未装完的催化剂及时放入催化剂桶中密封保存, 搬至室内储存。
在催化剂装填过程中要确保安全第一的原则。现场人员必须配戴安全帽, 高处作业人员要系好安全带, 佩戴好劳动防护用品。同时吊装架下严禁站人。
4. 催化剂层粉末的吹除
将合成塔的出口作为吹除口, 拆开, 并在出口管道的法兰前加挡板。将压缩机通入氮气, 保持气量大、压力低的原则对合成塔进行吹除, 直至吹除出的气体中无粉尘为止, 停止吹除。吹除过程中, 吹除口处严禁站人。吹除完毕后将合成塔出口重新回装。
二、触媒钝化
1. 准备工作
分析具备30分钟分析一次的条件。详细对合成系统设备、阀门、取样点做全面检查。现场胶管备用。钝化用的氮气、仪表空气具备, 放空阀控制系统压力。系统已将触媒床层温度降到100℃以下。将来自外管的仪表空气盲板拆除。
2. 钝化操作
启动压缩机, 系统开始用氮气置换, 分析塔出入口可燃物 (CO, H2, CH4, ) ≤0.5%为合格。系统置换合格后, 系统压力冲至0.4Mpa。稍开仪表空气阀向系统中配入仪表空气, 同时注意塔温变化。
慢慢加入仪表空气, 直到合成塔入口气体中O2含量为0.1%为止。由开始钝化直到入塔气中氧浓度为0.1%, 维持3小时以上。然后经过7个小时左右的时间内, 将入塔气的氧含量慢慢提高到1%, 同时控制合成塔的出口温度不高于60℃, 超过60℃时, 必须将入塔气中的氧浓度降下来。
在3~4个小时内, 将氧含量的浓度提至4%, 并确保合成塔的出塔气温度在60℃以下, 在此状态下, 钝化2小时以上。逐步提高氧含量, 当氧含量进出口分析均为20%时, 继续钝化5小时, 钝化结束。
钝化结束后, 将系统内的气体全部置换为空气, 维持2小时以上。停联合压缩机, 停冷却水。将系统慢慢地泄至常压。
3. 注意事项
钝化过程中, 要严格按照钝化方案执行, 防止钝化速度过快而造成催化剂烧结;若在操作过程中发生催化剂床层温度陡然升高的现象时, 应立即关闭仪表空气的进口阀门, 待温度回落至正常点后再进行催化剂的钝化操作。
塔出口分析可燃物 (CO, H2, CH4) ≤0.5%, 确认合格后才准系统配氧。配氧钝化, 必需小心谨慎, 有专人负责指挥。如遇循环机故障停运后, 应立即停止配氧, 塔后放空, 补充合格氮气。起始配氧时, 由于催化剂活性较高, 遇氧反应强烈, 应严格控制起始配氧浓度和配氧速率。
三、卸触媒
1. 准备工作
钝化工作完成后, 将系统卸压至常压状态, 排净合成塔汽包以及壳程内的锅炉水。拆开合成塔上、下人孔, 解开出口管道的连接法兰, 取下弯管, 联系电工将合成塔上、下人孔处均接好安全灯, 通过上人孔处检查触媒的下降情况, 并及时作好记录。从合成塔的顶部通入少量氮气对合成塔进行置换。
现场人员做好准备工作, 配备好消防器材, 佩戴好劳保用品, 准备齐全卸载触媒用的工具。
2. 卸触媒
将收集器放在合成塔底部一个卸料口处, 慢慢地拧下卸料盖的螺丝, 流出的惰性球装入收集器内, 操作人员将其搬运到指定地点。按上述方法, 取出另一个卸料口的惰性球。当无触媒流出时关闭卸料口法兰。在卸载过程中, 触媒有燃烧现象时, 用消防水浇灭。
打开合成塔上部人孔进行自然通风, 取样分析, 待合成塔内氧含量>20%后, 由操作人员手持安全灯分别进入合成塔底部和顶部, 确认管内触媒是否全部卸出, 若有残留的触媒, 将其清除干净。
触媒全部卸出后, 合成塔进行自然通风, 吹净塔内积存的灰尘。
总结
经过有序的工作顺序和安排, 保证了催化剂装填的质量, 为合成塔的反应奠定了良好的基础。通过钝化, 在卸载催化剂时有效防止了安全事故的发生。
参考文献