管自动化（精选7篇）
管自动化 篇1
石油管材专用传输线是由管架、电机滚道、液压缸、电机传输链带形成的一条完整的输送通道, 一环扣一环连续工作而组成的自动化传输过程。流水线配套检测设备。
主要包括:卸护丝机、清洗剂、检验设备、测长设备、测厚仪、通径、称重机构、探伤检测设备、螺旋传输系统、水压检测系统设备等[1～3]。
1 工作流程
(1) 抽样待检。
新的石油专用管材检验按10%抽检, 待检管径抓管机有序地放入待检管架上。待检管架是一个20°的斜坡架, 斜坡架底部由液压缸、机械结构组成的活动挡板, 由操作台来控制电磁阀, 使活动挡板完成接料工作。在自动工作状态出现故障的时候, 也可以采取人工手动方式工作, 挡板打开后一根待检管从待料管架上落到进料传输线上之后挡板立即合上, 待检管根据进料设定速度有序的一次接到传输滚道上, 被送到检验管架工位上。待检管从待检管架上落到进料传输线的时间间隔是由程序计算出而自动设定或人工指定的, 其间隔时间取决于设备工序所需的时间。
(2) 进料传输。
待料管架设有3个, 根据不同规格的管材, 分别摆放待料, 依据需要, 准备进入检验流水线上。
(3) 预热。
由于温度的影响可能引起大约0.1mm的误差, 因此石油专用管的检测环境应是在常温下进行。现场的环境有时达不到要求, 因此要考虑给油管升温, 可以采用蒸汽升温, 也可以采用电升温对检测结果进行修正。
(4) 卸护丝。
按要求卸具标准, 规范操作, 不要伤及螺纹, 重大变形按废品处理。
(5) 清洗。
卸下螺纹保护器, 用毛刷或溶剂 (柴油、锯末) 彻底清洗螺纹上的覆盖物, 确保螺纹脂、灰尘、污垢、铁屑、清洗材料及其他异物不遗留在螺纹上。
(6) 外观检查。
由专业检验员进行检查管材表面是否具有明显的制造缺陷, 管端部、接箍毛坯、所有成品接箍内表面不应有破坏螺纹连续性的各种缺欠 (如:折叠、凹坑、刀痕、压痕、搬运损伤等) , 不应有目视可见的发裂、裂纹、机械损伤及直度等问题。
(7) 测壁厚。
采用严格校准的具有一定精确度的无损检测仪器 (超声波测厚仪测量) 进行时, 按要求分段选点多次测量, 分段是将一根管材分成几段测量, 选点测量是在测量壁厚工位上安装一个测厚仪, 把油管旋转一定角度后测量, 旋转一周可以在一个断面上几点测量。要达到这样的测量要求也可以在一个断面一周分不同角度安装多个测厚仪来达到测量的目的。每个测厚仪都有探头, 探头发射的超声波脉冲到达被测物体并在物体中传播, 到达物体分界面时被反射回探头。
(8) 螺纹检验。
每种螺纹的检验方法相同, 尺寸不同。螺纹长度平行于螺纹轴线测量, 测量步骤按5B标准。作为验收准则, 螺纹应无明显的撕裂、刀痕、磨痕台肩或破坏螺纹连续性任何其它缺欠。最关键的是要考虑去掉螺纹表面的任何腐蚀产物而不存留泄漏通道, 保证螺纹上不存在能使接箍螺纹保护涂层剥落或损伤齿合面的明显凸点, 不允许采用磨锉方法来消除凹坑。产品验收只能根据标准规范要求进行检验结果来决定。
(9) 通径测量。
通径规一般是由塑料或是尼龙制品, 在施加一个不超过通经规自重的合理外力后, 按要求通径规必须全长顺利自如地通过成品或半成品油 (套) 管。
(10) 测长。
长度测量值以米表示精确至百分之一米。
(11) 称重。
每根管体应分别称重, 以确定是否符合规定的重量公差, 对于带接头的钻杆应扣除有效街头重量。采用称重传感器测量, 将管子的理论重量输入计算机内, 在单根管子称重时与输入的相关数据进行对比, 对超公差的管子可报警。
以上测长、称重两项检验在一处分步完成并将所测数据上传至中心计算机, 对数据进行存储、分析和处理, 在工作中, 无论系统运行、暂停、继续、停止时, 都需要与现场工作人员联系或看清现场的工作状况, 避免配合上的时序误差, 出现运行上的失误。当操作按钮在现场状态时, 需要现场人员利用现场电气操作台上层汇报并在上位控制层中显示出来, 此时计算机只能对电动缸和相应电机进行手动控制。
(12) 探伤。
探伤设备应有足够的灵敏度以检查出缺陷, 探伤部位表面应平整、光滑、不得有影响声耦合的油垢、锈蚀等污物, 钳痕等隆起部分应修磨掉, 焊缝处内外表面不得留有凸台、凹槽、较深的切削刀纹或磨痕等。质检站采用A型脉冲反射式超声波探伤仪进行现场检测, 选用透声性能好、无毒、无腐蚀性且经济易得的液体水作为耦合剂, 将所测得的数据或结果利用计算机通讯接口、大容量存储 (能存储100组检测数据集) 和可变曲线间距离的一组DAC (距离振幅曲线) 曲线在上位机对数据进行分析处理。
(13) 试压。
采用全自动油 (套) 管静水压装置, 密封方式为径向外抱式强制密封, 管径为∮60～∮178mm, 满足被测管长8m～11m, 可试压力为0～70MPa, 单机单根试压。将测量信号接入控制柜进行自动顺序控制。其作用一方面是检查该管是否有渗漏现象;另一方面可以消除该管在成形过程中产生的残余内应力。
(14) 标识。
对油管进行打标, 可以采用条码喷涂也可以采用文字喷涂。
(15) 上护丝。
有手动和机械两种方法手紧是不借助工具 (大钳、管钳) 用手将螺纹接头旋紧) 。机械上护丝是油管传输到专用上护丝机内, 机械装置自动卡紧油管进行上护丝 (根据护管形式的不同而选用不同的卸具及力矩, 力矩可由速度调整) 。
(16) 复检。
检验完所有项目后, 还要对油管某些项进行复检, 以确保数据精确。
(17) 出料传输。
油管传输到出料传输线上, 最后传输到出料口。
(18) 合格/不合格分选。
在出料口根据所打的标记分成合格、不合格油管。
2 实施
综合上述工作流程及检测设备管理现状, 整个流水线可以设置一个中央监管检验中心控制室, 并在工作面设置6～8点监视系统以监视整个检验过程。为了保证各工序操作方便、快捷和独立性, 可以在各工序设置独立工作操作台, 并与中心操作系统实现远程和就地操作功能。各工序所检验的数据通过专用传输方式上传给控制中心的计算机, 利用监控器对整个检测线及车间实时监视, 上传至上位机或相应的管理办公室并可发出相应的指令。
根据现有检测线设备和工艺流程及检验标准要求, 采用一条检测线即可完成全部的检测任务, 如图1。
整个系统可分为四级:上级管理站、经理站、中心操作站和工程师站、现场操作站四级。检测数据由现场操作站上传至中心操作站, 可将数据进行存储、分析处理、形成报表, 并且能够打印。而上级管理站也能够提取相应数据, 能够对整个系统进行远程监控, 使企业的管理人员能够对整个系统有全方位的了解, 为了提高企业管理水平, 可以考虑将整个检验过程结果接入至物流管理网络系统中实现网络化管理。其目标是实现: (1) 检验流程实现自动化; (2) 检验报告自动生成; (3) 数据及监控远程传送, 如图2。
3 结语
采用科学的检测操作技能是取得优质检测质量的重要技术支撑。自质检站采用石油专用管检测线系统后, 检测效率大大提高, 不仅减少人工工作量, 而且也避免了人工检验容易造成的漏检和误检, 同时为保证油田的正常生产提供重要支撑。
参考文献
[1]API SPECIFICATION5B-2008, 套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范[S].
[2]钟文, 朱世飞, 曹崇辉.油套管生产线测控与管理系统[J].石油矿场机械, 2008, 37 (2) :43～45.
[3]赵国相, 李秀全, 胡三恩, 等.高压大直径钢管水压试验机研制[J].石油矿场机械, 2011, 40.
管自动化 篇2
关键词：体积管,流量测量,加注自动化
0 引言
在工业生产和科学技术的研究过程中, 流量已成为一个不可缺少的参数。通过各种方法可以获取流量参数, 在分析流量参数后, 调整工业生产过程和设计研发方法以达到科研或生产的最终目地。火箭发动机试车的特殊要求和试车环境, 常选用的流量测量方法有以下四种:压差法, 如孔板、文氏管;速流法, 如涡轮流量传感器、超声波流量传感器;测量液面法;动态称量法。传统的质量流量计和涡轮流量计应用非常广泛, 但受限于其设计原理, 对于小流量和脉冲流量, 尤其是短脉冲流量的测量作用有限, 而体积管流量测量法在这方面则有其独特的优势。由于体积管容量有限, 在实际应用中需频繁对体积管进行加注, 所以加注过程实现自动化是一件非常必要的事情。
1 体积管流量测量装置原理
1.1 体积管流量测量法
体积管测量流量的原理是将推进剂存放在一根内径均匀的中空管中, 测量发动机工作前后管内推进剂液位的高度差, 算出消耗的推进剂体积, 再由发动机工作的时间或脉冲数, 得到平均的流量值或每个脉冲的平均耗量。因为是通过测量推进剂的体积, 再计算得到流量, 所以称为体积管流量测量法。
1.2 体积管的标定
对体积管的标定实际就是测量计算钢管的斜率 (k) 值, 由于钢管在生产安装过程中, 不能保证钢管内径上下完全一致, 因此, 如果简单地由液位高度和体积的正比关系, 直接用k值来计算流量, 可能会产生较大的误差, 影响测量精度。理论上采用插值法计算, 可以减小误差。
插值法就是将钢管均匀的划分为若干小段, 每段有自己独立的k值和测量范围, 所有的k值和量程形成一个插值表, 由于划分较细, 每一端都可以认为是内径均匀, 在各段量程范围内都可以直接用其k值计算, 如起始液位输出电压值Vs处于V1和V2之间, 发动机工作时间t后液位输出值Ve处于V4和V5之间, 则发动机工作时间内的平均流量为:
由于上述计算较为复杂, 在实际应用中, 应采用内径高度均匀的中空管, 使各段的k值尽量一致。上述过程必须通过对体积管标定来得到验证, 在标定过程中, 得到每段的k值并进行分析。当 (1) 式中k1≈k2≈k3≈k4≈k时, 其变换为:
2体积管流量测量法的应用
2.1体积管流量测量装置的构成
在试车过程中, 流量是非常重要的数据。稳态流量可以用涡轮流量计、质量流量计等, 其数据的测量也方便, 流量计设置好后, 测量过程中也不用人工干预了。而对于小流量和脉冲流量的测量, 目前常用的方法是容积法和称重法, 该装置采用的是容积法, 它主要由大容器、体积管、管路、阀门、发动机构成。
2.2 微脉冲位移传感器
在相同的密度下, 质量流量与体积成正比, 体积管有由一根内径高度均匀的不锈钢管制成, 所以流量测量最终转化成液位高度的测量。
液位高度测量采用巴鲁夫的BTL系列的微脉冲位移传感器。其检测元件 (波导管) 由特种镍铁合金制成, 内径0.5mm, 外径0.7mm。管内设有一根铜导线。由一个瞬时电流脉冲启动检测过程。该电流产生了一个围绕波导管旋转的圆形磁场。在被测位置作为标示块的永磁铁, 其磁力线垂直于电磁场。在两个磁场交会的波导管中, 由于磁致伸缩效应使波导管 (在极小范围内) 产生了一个弹性形变, 并以机械波的形式沿波导管同时向两个方向传播。在波导管中, 机械波的传播速度为2 830m/s, 几乎不受环境的影响 (如温度、冲击、污染等) 。到达波导管远端的机械波在那里衰减, 而到达信号转换器的机械波由磁致伸缩的反效应转换为电信号。从波发生点到信号转换器机械波传播的时间与磁铁到信号转换器的距离直接对应。通过检测时间, 可以高精度地测出距离。
2.3 体积管流量测量装置的工作过程
体积管测量装置的工作过程大致如下:对体积管进行加注→记录初始电流I1→进行试车→记录末电流I2→对体积管进行加注→……。
加注过程中所开阀门为:燃加注、燃放气、燃试车。
试车过程中, 需容积法测量流量时所开阀门为:燃增压、燃主、燃试车、燃阀。其中燃阀、燃主由程序控制。
试车过程中, 不需容积法测量流量时所开阀门为:燃加注、燃主、燃阀。其中燃阀、燃主由程序控制。
3 体积管加注过程的自动化
早期液位加注中采用了提示音的方法, 但还是不能完全消除误操作。第一, 对时间较长的试车, 人员疲劳, 而不同过程的阀门操作需有人来判断;第二, 容器和体积管中的压力是不定的, 这导致了对体积管加注速度的不定性, 使操作难度加大。这需要用新的方法来解决。
3.1 压差控制原理
当对体积管进行加注时, 其流量取决与P1与P2的差值, 其公式为:
式中K为系数, q为流量。所以控制住压差, 就能控制住流量。
3.2 基于LabVIEW平台的压差控制液位加注系统
3.2.1 硬件构成
基于LabVIEW平台的压差控制液位加注系统的硬件组成为:
1) PCI-1710多功能卡一块, 用于体积管液位信号的反馈;
2) PCI-1756数字I/O卡一块, 用于控制与体积管加注相关的阀门;
3) 微型计算机一台, 用于软件编程, 界面的显示与控制;
4) C200HS可编程序控制器一台, 控制与发动机试车相关的阀门。
3.2.2 软件与控制界面
基于LabVIEW平台的压差控制液位加注系统用LabVIEW编程。
LabVIEW是靠图形化编程, 其风格直观形象, 故称这类虚拟仪器设计软件的开发工具为图形化编程语言。LabVIEW通用性强, 测控两方面功能比较均衡, 用其软件开发研华的PCI-1756、PCI-1710卡时, 效果较好。
下图该液位加注系统的控制界面。
3.2.3 体积管自动加注过程
刚开始时, 因为体积管内只有大气压, 压差极大, 所以开始要增加P2, 控制较小的流量。0.6s后减小P2, 流速开始上升。当液位到达减速位后, 又要增加P2, 使流速减慢, 当到停止位后, 阀门关闭, 加注过程结束。
参考文献
[1]郭霄峰.液体火箭发动机试车[M].宇航出版社, 1990.
[2]孔德斌, 周庆元.体积管在小流量和脉冲流量测量中的应用[J].青年科技论文竞赛优秀论文集.上海空间推进研究所, 2003.
[3]BTL目录.http://www.balluff.com.cn.
切管自动送料夹紧装置的设计 篇3
管材在各行业被大量使用, 而下料工序是管材后续加工的基础, 下料精度和效率的高低直接影响到相关产品的质量及成本的高低。管件定长切割加工, 主要是将管材切割成要求的长度。目前的管件切割方式多采用手工送料、手工夹紧的方式, 远远满足不了批量加工管材的要求, 因此实现夹紧以及切割和送料自动化显得十分重要。
1 设计要求
夹紧装置能实现自动夹紧单根或多根不同尺寸的圆形和矩形截面的金属管材。管材长度一般不大于12m, 圆管直径范围为15~55mm, 矩形管高不大于200mm, 宽不大于35mm的都能使用此装置。该装置能够自动夹紧, 其夹紧后的管材不能滑动, 有效夹紧后不能损伤管材。此外, 该装置还应安全可靠, 灵活高效, 便于操作和维修。
2 夹紧装置的总体设计及工作原理
2.1 夹紧装置的设计说明
该夹紧装置采用气动的形式来完成夹具的自动夹紧与松开。夹具体的设计是参考了虎钳的夹紧原理, 由一个矩形空心框2和一块可调夹板4组成, 这样可以实现同时夹紧多根和夹持不同形状的管材的要求。气缸和夹具体都安装在用一块矩形钢板做成的底座上, 气缸的安装形式是脚架式, 气缸活塞杆6与可调夹板4的连接形式为铰接, 底座再与机架用螺钉连接。该装置的结构设计如图1所示。
1-加强筋;2-矩形空心框;3-夹紧套;4-可调夹板;5-铰链座;6-活塞杆;7-前端盖;8-气缸;9-后端盖;10-垫块;11-螺母;12-底座;13-螺栓
2.2 夹紧装置的工作原理
本装置可调夹板4上的夹紧套3有两种形式, 分别为矩形套和弧形套 (图2所示) 矩形套用于夹紧方形管材, 弧形套用于夹紧圆形管材, 可保证不同形状管材的夹紧;两种夹紧套为橡胶材料, 橡胶制品有较大的弹性变形, 实现了多数量管件的夹紧。自动夹紧装置工作流程:由送料装置将管材送入夹紧装置, 此时气泵开始驱动, 将气体通入气缸8, 活塞杆6在气体的作用下, 推动可调夹板4将管材夹紧, 整体流程在PLC系统控制下运行。
自动夹紧装置需要配合送料装置和切割装置的运行, 因此总体设计机构包括机架、步进电机、滚珠丝杠传动副、移动气动夹具、固定气动夹具、切割机、PLC控制系统。首先自动送料装置把管材送入移动夹具内时, 移动夹具夹紧管材;电机通过联轴器带动丝杠转动, 并驱使夹持着管材的移动夹具往前移动, 直到管材前段超过切割机指定尺寸时, 电机停止运动;接着固定夹具运动, 把管材夹紧, 此时管材已被正确固定, 切割机运动, 实现管材的切割, 得到所需管件;之后移动夹具松开管材, 回到起始位置, 再次夹紧管材;然后固定夹具松开管材, 由移动夹具夹持着管材到达指定位置, 固定夹具夹紧管材, 接着重复以上切割操作。整个过程中管材的运送、夹紧、切割都是在PLC系统控制下, 实现了整个过程的自动化操作。
3 主要组成部分的设计计算
根据所需管材的形状尺寸与数量确定本装置各个机构尺寸的流程如下:
3.1 夹紧装置夹紧力的计算
以截面形状为圆形的管材为受力分析图, 将分析中的弧形套夹紧方式简化为V形块分析[1,2,3], 得到夹紧力为654N。
3.2 气缸的设计
采用普通型单活塞杆双作用气缸, 选择气缸的安装方式为脚架式比较适合做直线往复运动的气缸[4,5]。通过计算得出气缸内径90mm, 壁厚在7mm, 理论输出力1307N。
3.3 活塞杆的尺寸设计
活塞杆是用来传递力的重要零件, 要求能承受拉伸、压缩、振动等负载, 可选活塞杆材料为45#钢, 钢材表面需镀硬铬及调制处理, 28~32HRC, 做出直径设计[4], 确定出活塞杆直径为16mm。活塞杆计算长度为85mm。
3.4 耗气量的计算
气缸在做往复运动时所消耗的压缩空气的量这就是气缸的耗气量, 它与气缸的性能无关, 但这是用来确定气动回路耗气量的重要参数之一。平均耗气量是有气缸容积和气缸每分钟往返次数算出的平均值[5], 得出值为6.23L/min。
3.5支承架的设计
自动夹紧装置在工作时必须与自动送料装置和切割装置在同一工作面上, 这样就需要设计一个机架使得送料装置、夹紧装置、切割装置能在同一工作面上。机架的高度根据人体工程学, 以男性为操作者将机架高度定为900mm比较合适。安装夹紧装置部分的宽为300mm, 长为795mm。
3.6 其它零部件的计算
上面以弧形套在夹紧过程中受到多个圆形管材受压时受力分析, 管材与夹紧套四个接触点分别受径向力与切向力。根据设计计算得出夹紧套最厚部分为20mm, 最薄部分为10mm。
4 小结
根据企业的生产需求, 本文进行了大量市场调研和资料查阅工作, 提出了设计思路, 完成了夹紧装置总体结构的设计方案, 并对其驱动、传动和控制方式进行了详细地分析和设计。该夹紧装置能够实现管材夹紧的自动化, 不但可以提高切割的精度和生产效率, 而且适用于多种截面形状和尺寸管材的夹紧。因此在管材的加工过程中, 提高了生产效率和生产质量。
摘要：在以各种金属管材为原料的钣金产品生产过程中, 管材的夹紧与切割过程多采用人工操作, 在一定程度上影响管件的切割精度和产品质量。为配合管材的送料和切割, 本装置选用气压传动, 并进行了气泵的选型、气缸、活塞、活塞杆和夹具体等部件的设计, 同时校核了主要受力部件;使用两种夹紧套互换操作, 实现了不同数量和截面形状管材的装夹。因此, 本装置改善了生产劳动条件, 提高了生产效率。
关键词：切管,送料,夹紧
参考文献
[1]吴拓.现代机床夹具设计[M].北京:化学工业出版社, 2011.
[2]田培棠, 石晓辉, 米林.夹具结构设计手册[M].北京:国防工业出版社, 2011.
[3]刘鸿文.材料力学Ⅱ[M].北京:高等教育出版社, 2009.
[4]张利平.液压气动技术速查手册[M].北京:化学工业出版社, 2006.
管自动化 篇4
关键词：焊接自动化,CCD图像传感器,机械执行机构,主控制系统,操作系统
1概述
管板式换热器的制造加工过程中, 管与管板的焊接, 接头数量多, 操作难度较大, 更重要的是焊接质量要求较高。目前, 管板焊机对于管-管板的焊接多采用人工定位, 利用焊炬绕管口旋转完成焊接。管-管板环焊缝中心定位主要是通过中心杆或者中心杆加涨芯体实现。这样存在通用性差, 很难进行小口径焊接, 定位精度不够等缺点。
为解决以上问题, 设计了能够简单快速准确定位的管板自动焊机。该焊接充分利用CCD图像定位的方法, 采用龙门式结构固定焊炬和安装CCD传感器。龙门架的水平梁和垂直梁由步进电机驱动完成前后和上下移动使焊炬达到焊接的位置。焊接焊炬的定位主要是通过CCD图像传感器对管子端口进行图像采集, 将采集到的图像送入计算机进行图像处理, 以获取图像的具体位置坐标值, 计算机通过该坐标值来驱动步进电机的转动, 从而使焊炬定位具有可靠精度。
2管-管板自动焊机整体设计
该焊机主要由焊接机头、机架、控制系统、焊接电源构成。焊接机头安装龙门式的机架上, 在水平和垂直方向可以进行往复运动。控制系统主要有图像的采集、图像的处理以及电气控制等。
以单片机为核心来设计完成了整个控制系统。系统中主要包括单片对步进电机的控制、液晶显示器、键盘以及焊机的控制等。
3焊接机头的二维空间运动设计
3.1机械结构
根据焊机的整体设计, 设计了龙门式管板焊接机架。在龙门式结构的水平支架和垂直轴向支架上均安装独立的步进电机, 焊接机头固定在垂直轴向支架上, 完成在垂直支架上的上下移动, 整个垂直轴向支架安装在水平支架上, 水平支架可以完成水平方向的移动。同时, 对于垂直支架与水平支架的相对位置可以预先进行调节, 以便焊接时进行机头位置的焊接定位。
3.2机头设计
本设计的焊接是采用光学系统来完成管板焊接的定位。因此在机头上安装有CCD图像传感器, 并且还有辅助定位装置, 辅助定位装置包括仰俯机构和轴承机构, 令焊机进行仰俯及左右摆动, 确保焊机的焊炬回转中心线与被焊管的被焊面垂直。焊枪上设有焊炬及三脚支撑, 其中:在焊枪上加装有摄像头, 其光学中心线与焊枪中心线平行, 且焊枪通过辅助定位装置连接到垂直轴向支架上。
4基于单片机的控制系统
控制系统是由液晶显示、键盘、开关量的输入与输出、电极驱动等系统构成, 核心控制器件是单片机。以单片机为核心的控制板的结构。
4.1单片机最小应用系统设计
以无需外部扩展或较少的外部扩展来实现系统所要求的功能, 不对单片机资源造成太大的浪费为原则, 选择了c8051f020单片机作为主控芯片。该单片机有足够的I/0脚、中断资源、定时/计数器等, 单片机有足够容量的内部存储器。
在整个控制系统中, 通过外围电路采集模拟量和开关量输入到单片机, 通过单片机的处理将控制量输出到液晶显示器和各个相应的控制部分, 执行相应的动作, 完成整个系统控制。
a.时钟电路:c8051f020的时钟可由内部方式或外部方式产生。本次选用内部方式。即利用芯片内部振荡电路, 在AXTL1, AXTL2的引脚上外接定时元件, 内部振荡器便能产生自激振荡。定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。
b.复位电路:系统采用微处理器MAX823作为系统的复位电路。其引脚分布及实际使用。
4.2接口设计
a.液晶显示接口设计
在各单元设计基础上, 完成液晶显示器与单片机连接,
b.开关量输入输出设计
为了实现对焊机等控制, 设计了8路开关量的输入与输出来实现焊接系统的控制。其与单片的接口电路设计。
4.3系统软件设计
在硬件设计的基础上, 完成软件设计。分别设计了焊接主程序、步进电机调节程序、机头焊接调节程序和液晶显示程序。
5仿真实验
通过Matlab软件应用合适的边缘检测算子提取出管子的边缘轮廓图像, 再通过最小二乘法对边缘轮廓曲线进行拟合从而获得管子的圆心坐标和半径。利用Matlab软件进行边缘检测算法仿真试验, 以下是利用Roberts算子进行了边缘检测,
在软件仿真试验获得了较为清晰和完整的图像边缘轮廓曲线, 再根据最小二乘法进行曲线拟合, 提取圆心坐标和圆半径值, 其像素坐标值为x=120.04, y=180.03, R=82.39从而为计算机对管板焊接定位系统处理提供了重要的数据。
6结论
论文分析了现有管板焊机焊接过程中管板定位方式存在的缺陷, 设计了一种定位精确, 结构简单的管板自动焊机。该焊机采用龙门架结构固定焊接机头, 充分利用CCD图像定位方法实现焊炬的自动定位, 利用步进电机驱动龙门架度移动实现焊炬的二维空间的运动, 以C8051F020单片机为主控制单元, 设计管板焊接控制系统, 液晶显示屏与4×4软膜键盘完成人机交互和焊接参数的输入和显示。用Matlab软件对其进行仿真, 获得管子的端口圆的圆心坐标值, 检验了系统的准确性。
参考文献
[1]刘明辉.平头式管板焊接工艺[J].石油化工设备, 2001, 30 (4) :20.
[2]于贵芳.冷凝器管-管板自动脉冲氩弧焊技术探讨[J].山西电力, 2003, 3:42-43.
[3]陈泽盘, 张定久.管板自动脉冲氩弧焊工艺在生产上的应用[J].电焊机, 2001, 31:31-32.
[4]朱日良.管壳式换热器管板与换热管焊接常见质量问题的防止[J].化工设备与管道, 2005, 1 (42) :62-63.
锅炉蛇形管自动弯管生产线的介绍 篇5
1.1 蛇形管介绍
锅炉生产作业过程中, 几乎所有的器具都是由管子构成的, 有些管子由于都是呈S型的, 因此命名为蛇形管。
蛇形管主要由管子、连接附件及吊挂装置组成。锅炉中蛇形管结构的部件一般包括锅炉的过热器、再热器和省煤器等。
过热器的作用是将饱和蒸汽加热成为一定温度的过热蒸汽。根据其布置位置和传热方式的不同, 过热器又分为后屏过热器、末级过热器、立式低温过热器和水平低温过热器等。
再热器一般用于高压大型电站锅炉, 作用是把在汽轮机高压缸做过部分功的蒸汽, 送回锅炉中重新加热, 然后再送回汽轮机的中、低压缸继续做功。根据其传热方式与布置位置的不同又分为墙式辐射再热器、后屏再热器、末级再热器等[1]。
省煤器安装在锅炉尾部的烟道内, 作用是利用延期的余热对给水加热, 达到节约燃料的目的。
蛇形管一般是由长短不一、同种或不同种规格与材质的管子经焊接而成, 管子规格为Φ32 mm~Φ70 mm、壁厚3 mm~12.7 mm, 接长后长度范围可在20 mm~70 mm之间, 再通过来回的弯曲, 使之成为蛇形管, 在同一根管上可以有不同的弯曲半径, 将不同长度和节距的蛇形管套装在一起形成蛇形管组或管屏。
蛇形管屏的结构, 按照在锅炉中的安装方式, 大体上分为垂直悬吊式和水平悬吊式两种。垂直悬吊式蛇形管屏, 一般均为单层结构, 主要应用在过热器和再热器的高温段, 管屏端部直接与集箱的管接头相接, 在集箱的纵向上吊挂排列, 并穿出炉膛的顶棚, 通过管屏上的附件与之密封;水平悬吊式蛇形管屏, 绝大部分为双层结构, 中间用水冷吊挂管来进行固定和吊挂, 一般应用在过热器和再热器的低温段以及省煤器蛇形管中。
蛇形管的材质, 对于低温段的过热器和省煤器来说, 一般采用碳钢、T12或15Cr Mo等材料;对于高温段的过热器和再热器来说, 可采用12Cr1Mo V及进口钢材SA-213T22 (简称T22) 、SA-213T91 (简称TP347H (简称TP347H) 等。但随着锅炉参数的逐步提高, 例如蒸汽出口压力和温度的提高, 在受高温和高压的受压部件的材料等级上也逐步提高, 一些新开发的进口钢材也逐步得到应用, 如美国钢材SA-213-T23/T24、SA-213T92、SA-213TP347HFG, 以及日本钢材Super TP304H、HR3C等。
1.2 蛇形管对锅炉使用的意义
蛇形管在加工制作过程中, 其管径、壁厚、材料和钢沿一般都具有固定的值域范围, 具有较强的可焊性, 由于蛇形管的批量大, 因此适宜在自动生产线上作业。传统的蛇形管生产方式是通过将管子制弯, 然后再利用人工作用, 将管子衔接起来。这种方法效率低, 人力资源消耗大, 焊接合格率不过关, 工序繁琐, 不易管理, 而随着锅炉工艺的不断发展, 传统工艺已经逐渐面临被淘汰的境地, 锅炉工艺才能更好地满足蛇形管大批量自动化生产的要求。比方说, 采用传统的蛇形管制造方式, 在生产1 000 MW容量的锅炉时, 需要6 000排过热器、8 000排再热器和2 000排省煤器, 运用传统生产方式共需要十三道工序, 非常繁琐。而采用锅炉弯管自动化生产, 则仅需要10道工序, 大大地减少了工作量并且提高了工作效率。生产同样数量的锅炉, 在减少三道工序的基础上, 可以省去6 000 t的搬运量, 并且减少了近3 000次的行车起吊。蛇形管的特征也适合自动化生产线上作业, 其管径、壁厚等阈值的严格要求不是人工作业可以严格把控的[2]。
通过实践证明, 蛇形管自动化生产线的增加与蛇形管的生产数量和生产效率都呈正相关关系, 因此在蛇形管数量上可以满足需求。并且应用锅炉弯管自动化生产线进行作业, 还有以下几方面优点:a) 可以显著地提高经济效益, 对比传统的生产方式, 可以节约两倍的生产成本;b) 自动化生产线占地面积小, 因此对比传统生产方法可以增加单位面积的产值和产量;c) 因为通过自动化生产, 可以实行定量化管理, 使得蛇形管的质量更加有保证;d) 转变蛇形管的粗放型生产方式, 大大地减低了劳动力的消耗, 提高了作业的效率和科学性。
与传统生产不一样, 自动化生产线既可以先焊后弯, 也可以先弯后焊, 而传统的生产方式只能先弯后焊, 而中国一般自动化生产线采用的是先焊后弯的形式, 先焊后弯具有明显的优势, 国内外蛇形管自动化生产线大多采用先焊后弯的方式, 而国内在进行生产时常常通过中频焊接生产线加以辅助。蛇形管生产线对于锅炉作业是非常关键的专用设备之一, 随着整体科技水平的不断提高, 锅炉蛇形管自动化生产线也得到长足的发展。
2 国内锅炉蛇形管自动弯管生产线的应用
国内大多数企业已经将手工焊接蛇形管工艺淘汰了, 代之以自动化弯管生产线, 锅炉厂内设置蛇形管自动化生产线, 联合进行设计与制造, 一般采用先焊后弯的方法。现在介绍以下几种蛇形管自动弯管生产线[3]。
a) 在焊接过程中采用闪光焊工艺, 将所有需要生产的管子不断地接长, 通过滚道运送至通用型弯管机上, 进行弯曲设置, 这时要注意进行反身以便于连续弯管;b) 同样用闪光焊接工艺连接长管, 而弯管工艺则采用低速大扭矩油马达进行驱动, 将弯管的模型在大扭矩油马达上装置, 这种生产线的优点在于其可以不做反身就可以连续进行弯管, 是对第一种生产线的改进, 因为这种生产线可以双向弯曲, 利用的是滚轮可以弯曲的原理, 弯管模子和大扭矩马达可以一起做U形运动。这种蛇形管自动化生产线是对第一种生产线的改良, 主要是应用了双向托曲与托管搭车;c) 与b) 生产线相似, 采用的是双向弯管机制, 只需双向弯管机和两个模具, 通过拉弯进行弯管, 可以不进行反身连续弯管。具有比b) 生产线更广泛的应用性。但是这种生产线目前仍存在技术不先进和闪光焊工艺达不到标准的缺陷。因此经过一段时间的使用之后, 也面临被淘汰的境遇;d) 随着近年来大容量锅炉的兴起, 蛇形管的自动化生产线面临着更大的挑战, 不仅需要更多数量的蛇形管, 也对其质量提出更高的要求。因此蛇形管自动化生产线也面临着更新的趋势, d) 生产线应运而生。在总结前三种生产线的基础上, 运用较为先进的科技技术, 采取合理工艺流程确保每台单机性能优良而设计成功。自动生产线由备料机组、焊接机组和弯管机组成, 建立层数较多的架料储存数量较多的钢管以备弯管所需, 一样是通过滚道运送至切管机。接着将左右端面分别切平, 切平后将管子储存于特定区域。根据不同的长度分别存放, 按照需要分别提取。提出的钢管通过送管装置和摩擦焊将短管接成长管送至长料架储存。弯管机组一般由以下装置构成, 包括托管搭车、操作台、放样平台、双模双向液压弯管机以及数控送料装置等。其中数控送料装置和双向双模弯管机的技术性要求较高, 通过不断的技术更新, 和实践经验总结, 这是一条实用性强、作业效率高、稳定安全的蛇形管自动化生产线;e) 简单地介绍一下北京特种工程设计院的锅炉蛇形管自动弯管生产线, 首先介绍生产线的设备组成, 包括两层四位料架, 输送管道、取升机构, 滚道, 强送装置, 定位机构, 反身装置等设备, 由于这种蛇形管生产线适用于制造小半径蛇形管, 因此需要较为精确的弯管设备。在进行弯管前, 要先输入参数, 包括参考点参数输入, 起始位置的输入, 弯管回弹角度的预制, 在XYZ方向上设置好参考点输入到数控系统中, 以便进行弯管的角度控制。在弯管手进行每一次弯管时要回到固定的位置上, 因此应该将该位置与弯管位置之间的距离输入数控系统中。接着是自动弯管线的工艺流程, 首先要确保四位料架上有钢管, 如果没有储存要通知数控系统, 进行取料后通过滚道输送至长料架, 再由长料架送至弯管机弯管, 接着进行反身弯管, 再然后在尾弯弯管机上进行弯管, 弯管完成后送至指定位置。这种蛇形管弯管生产线方式与前四种不同的是, 先进行弯管后焊接, 但是这种弯管方式与其他先弯后焊的方式不同, 具有一定的优势, 在于其周期较短、占地面积小, 效率更高。其两层四料架可以存放更多不同类型的钢管, 可以实现边弯管边拼接, 既节省场地, 又提高效率。
3 国外蛇形管弯管自动化生产线介绍
主要介绍美国Asea Brown Boveri-Combustion蛇形管生产线, 这种生产线又称为系统弯管机, 这种弯管机的弯管对象一般为12 m的钢管, 在系统弯管机上进行连续不反身作业, 一般采用冷态弯管, 无助推系统。只有在壁厚很薄或者外径很小的情况下才应用感应式加热器, 对弯头内侧部位通过加热制弯。其弯曲半径种类不超过两种, 在需要进行较大弯曲时采用冷态制弯, 而较小弯曲时则采用内侧加热法制弯。蛇形管的弯需要一次按正反相同排列, 也就是一正一反的连续排列, 因此采用管排反身的方式, 仅为单向弯管, 整机和整线在车间跨度内可实现单侧布置。其中管排的最大长度不超过16 m。其控制方式为数控系统控制, 包括送料长度, 弯曲角度等工序都由数控系统操作。
4 结语
锅炉生产对于国家的经济社会发展有着重要意义, 而蛇形管对于锅炉又是不可或缺的设备, 蛇形管自动化生产线相对于传统手工弯制焊接具有更大的优势, 不仅节约人工成本, 而且提高了蛇形管的生产效率。本文主要介绍了国内的五种锅炉蛇形管弯管自动化生产线和美国的蛇形管自动化生产线, 希望能从中总结出对自动弯管生产线有用的经验。
参考文献
[1]孙郧立.中频感应局部加热弯管工艺及设备参数优化[D].西安:西北工业大学, 2003.
[2]顾煜炯, 芮晓明, 张丽文, 等.感应加热小半径弯管技术的研究[J].电力建设, 1994 (03) :5-8.
管自动化 篇6
调试时, 发现两台电动机启动后, 电流差值较大, 这是因为管带机的现场环境 (随山体、地势转弯或起伏) 及负载分布造成电流差值;另外, 即使是同一制造厂家同一批次生产的同规格的电动机或者变频器, 其制造上的质量也会存在差异, 导致电流差值, 操作员的手动调速很难对现场诸多影响因素进行精准控制, 因此采用如图1所示的电流纠偏措施来实现对两台电动机的转速调节。
如图1所示电流纠偏PID控制原理示意, 上位机给定两电动机频率信号, 分别通过各自的AO通道加载到各自的变频器输入端作为两电动机的频率给定信号, 电动机运行后, 分别将两电动机运行电流和这两台电动机运行电流的平均值进行比较, 其差值大于5A时, 经PID内部运算计算出频率分别相对于每台电动机电流的变化量, 分别叠加到上位机的给定频率信号作为各自电动机新的频率控制信号, 从而改变电动机电流, 使两台电动机的电流分别尽量靠近两台电动机运行电流的平均值, 达到两台电动机电流的均衡。例如, 上位机给定30Hz, 两台电动机以30Hz运行, 1号电动机电流240A, 2号电动机电流234A, 经DCS计算得出平均电流为237A, 则1号电动机电流偏差3A, PID内部数据处理使1号电动机减1Hz运行, 叠加到上位机给定信号, 即以29Hz运行;同理2号电动机电流偏差使频率增加1Hz运行, 叠加到上位机给定信号, 即以31Hz运行, 通过改变转速调节电流, 实现两台电动机电流信号的纠偏。
在设计时要注意以下几点:
1) PID调节器中的调节死区设置为±0.5Hz, 即频率给定与反馈偏差小于0.5Hz时, PID调节器输出不变化, 以避免管带机频繁加减速导致负荷频繁变化造成系统紊乱。
2) 为减小PID系统调节惯性的输出, 对给定频率进行速率增减限制, 每分钟频率变化量不超过2Hz。
管自动化 篇7
核电站压力容器顶盖仪表测量管 (如图1) 用于压力容器内中子通量的测量, 每个顶盖上分布有8根仪表测量管, 仪表测量管属于一回路系统重要组成部分, 其异种金属焊缝的焊接容易产生气泡、裂纹等缺陷, 存在缺陷的焊缝在缺陷位置容易产生断裂[1,2], 使一回路带放射性物质存在泄漏风险, 因此必须定期对该类焊缝进行检查。异种金属焊缝超声检测在国内、外领域都是难题, 不同国家的产品标准对检测方法也各不相同。由于超声检测具有检测成本低、速度快、灵敏度高、仪器轻、对现场环境要求低等优点, 所以广泛应用在核电设备无损检测中[3,4]。
1 仪表测量管简介
带仪表测量管的压力容器顶盖结构不同于国内现有堆型, 其反应堆压力容器没有设计底部贯穿件, 所有的测量通道均布置在顶盖上, 顶盖仪表测量管异种金属焊缝是该关键设备上的薄弱环节, 相应规范也将其纳入强制必检项目, 检查实施方式及检查质量都受到业主及监管机构高度重视。
压力容器顶盖仪表测量管异种金属焊缝共8条, 在顶盖周围均匀分布, 其壁厚为33.4mm, 外径准φ187.5mm, 仪表测量管外表面与下筒体内表面间最小尺寸为115.8mm。其模型如图1所示:1.仪表测量管接管;2.异种金属焊缝;3.仪表测量管。顶盖上除了有仪表测量管外, 还有其它很多附属设备分布于周围, 焊缝所处位置空间狭小, 其模型如图2所示:1.顶盖2.门孔3.仪表测量管4.下筒体5.挡流板6.CRDM管;顶盖区域属于高剂量区, 对在该区域进行检查设备安装、操作人员有较大影响。
目前比较成熟的异种金属焊缝超声自动检查技术主要是针对压力容器进水口、出水口接管焊缝, 而仪表测量管异种金属焊缝直径小、壁厚薄, 虽然二者材质相近, 但结构尺寸以及周围环境存在巨大差异, 使得压力容器进水口、出水口接管异种金属焊缝超声自动检验技术在此不能适用。因此, 必须针对仪表测量管异种金属焊缝开发专用的检查设备及超声检验技术。
2 顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置总体设计
2.1 检查装置机械结构设计
图3所示为顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查检测示意图, 它包括轴向定位组件, 周向运动组件、轴向运动组件及耦合剂储存组件等四个部分, 其中轴向定位组件安装于仪表测量管顶端后, 保证轴向、周向运动组件在仪表测量管轴向每次安装位置一致, 周向定位杆将周向运动组件周向限位, 轴向运动组件固定在周向运动上, 周向运动旋转, 带动轴向运动整体旋转, 从而带动探头整体旋转。
周向运动组件由导轨滚轮副限制其余五个自由度, 在电机驱动下, 只能绕导轨旋转, 其定位采用两个固定夹定心, 此两个固定夹呈120°角度分布, 在与两固定夹分别成120°的位置, 设计有一快速夹紧机构, 使其安装过程中能实现快速安装, 准确定位。轴向运动组件螺纹连接在周向运动组件运动载体上, 在周向运动电机带动下, 轴向运动组件整体绕仪表测量管旋转。两个运动轴的相互配合, 可以实现仪表测量管异种金属焊缝的轴向与周向自动扫查。
1.轴向定位组件;2.仪表测量管;3.周向定位杆;4.周向运动组件;5.轴向运动组件;6.下筒体;7.探头夹持器;8.耦合剂储存器.
2.2 检查装置系统说明
压力容器顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置包括机械系统、控制系统和超声系统等三个方面内容研究, 其检查设备研究框图如图4所示:
3技术难点及解决方法
3.1 技术难点
1) 仪表测量管周围空间狭小, 安装及检测受到下筒体、顶盖、挡流板、CRDM管等部件的限制 (如图2) ;
2) 轴向与周向定位准确、可靠, 同时, 保证安装时间尽量少, 设备轻便;
3) 耦合剂收集困难。
3.2 解决方法
3.2.1 仪表测量管周围空间狭小, 障碍物多的解决方法
针对周围空间狭小, 障碍物多特点, 仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置设计时, 合理选用和布置传动方式, 控制轴向运动组件和周向运动组件各零部件尺寸, 每个尺寸都经过准确计算, 建立其三维模型, 确保每个环节准确, 最终保证其三维模型与实物一致, 确保装置研发成功。
3.2.2 周向、轴向准备定位、快速安装解决方法
为了实现快速安装, 保证人体在设备安装过程中被照射剂量尽量低, 轴向定位组件、周向运动组件、耦合剂收集组件均设计由两半组成, 一端由合页把两部分连接好, 另一端靠快速夹钳将两部分快速夹紧, 使其连接后成一个整圈。轴向定位组件中有三根定位杆与周向运动组件中三个定位块相连, 能保证轴向尺寸每次安装一致, 周向定位采用周向定位杆与最近的一根CRDM管相切, 周向定位杆固定于周向运动组件上, 该方法能保证装置每次安装于仪表测量管后, 与仪表测量管周向角度一致。
3.2.3 耦合剂收集困难解决方法
在检查装置的下部摆放一个专用装置进行耦合剂收集, 此装置底部一侧与下筒体上表面支撑面贴合, 设计时保证此装置与仪表测量管联接件采用橡胶材质, 快速夹钳夹紧的同时, 保证橡胶与仪表测量管紧密贴合, 从而实现扫查过程中顺着仪表测量管外壁往下流的耦合剂进行收集, 为了保证耦合剂形成一个闭合回路, 在此耦合剂收集装置下部开有两个引流孔, 然后通过水管引至专用耦合剂储存装置。
4 结语
本文提出了一种能够实现同时进行仪表测量管周向和轴向焊缝检查功能的顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置, 详述了顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查的结构特征, 详述了周向往复扫查、轴向往复扫查、周向定位与轴向定位的实现方法。保证了监测数据的准确性与可靠性, 减少了人体受放射性射线的照射, 为顶盖仪表测量管异种金属焊缝的超声检查带来帮助。
摘要：顶盖仪表测量管异种金属焊缝关系着核反应堆回路系统的安全运行, 为有效避免安全事故的发生, 必须对该类焊缝进行无损检测。根据无损检测规范要求, 仪表测量管异种金属焊缝适合进行超声检查。然而, 由于仪表测量管周围空间狭小, 安装及检测受到相关零件的限制, 而且目前没有专门针对对此部位焊缝检查的成熟技术及专用检查装置。为此, 本文提出了一种核反应堆压力容器一回路系统的顶盖仪表测量管异种金属焊缝检查装置, 其能够按照相关检查规范要求有效的对该处焊缝进行超声自动检查, 确保险期检测数据准确、可靠。
关键词：核反应堆,焊缝,超声自动检查装置
参考文献
[1]冯小平, 杨峰, 李亚维, 等.铸件的超声波检测分析[J].热加工工艺, 2015, 41 (3) :79-80.
[2]袁建中.异种金属焊缝表面和近表面超声爬波检测技术[J].中国核工业, 2010 (6) :147-150.
[3]雒里柯.异种金属焊缝常规超声检测应注意的几个问题[J].无损探伤, 2013, 37 (6) :32-33.