自動鋼管組對機設計及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題源于中國海洋石油總公司科技項目“海洋工程高效制管生產(chǎn)線的研發(fā)”項目的子課題外壓式自動鋼管組對機的研制,其設計思路及算法研究對國內(nèi)外相關領域有著一定的參考的價值,對于提高鋼管組對的自動化有重大意義。
　　目前,國內(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)格的多根鋼管對接,實現(xiàn)石油及天然氣的遠距離運輸。根據(jù)海洋石油運輸鋼管對口及焊接系統(tǒng)的發(fā)展狀況及需求,本文研制出一種新型的自動鋼管組對機,是國內(nèi)外外壓式鋼管組

2、對機械的首例自動化設備。該設備不僅能夠自動組對鋼管,還可以保證其直線度、錯邊量、焊接縫隙等參數(shù),同時還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,降低工人的勞動強度,提高勞動效率。根據(jù)鋼管生產(chǎn)車間的實際需求,對自動鋼管組對機的功能、結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及控制算法等方面進行詳細的設計及研究。
　　研制的自動鋼管組對機吸收了對口器組對及人工組對的優(yōu)點,既有鋼管定位標準又能保證直線度誤差,主要由鋼管上料自動識別系統(tǒng)、三爪定心龍門架組件、傳感器檢測及焊前預熱機構(gòu)等部

3、分組成。針對各機械部分的特點,對控制系統(tǒng)的控制方案、控制元件及控制電路進行了選擇及設計。設備主要采用虛擬面板、操作臺手動以及便攜式手動操作盒三種控制模式,按照組對機的工作需求選用了運動控制卡、數(shù)據(jù)采集卡以及傳感器等主要元器件,并對控制電路及與上位機通信進行了設計。
　　龍門架上的三爪定心機械系統(tǒng)為主要工作機構(gòu),完成鋼管的調(diào)心和夾緊功能,通過研究其工作原理,針對有錯邊量的鋼管組對的要求,建立組對機的應用坐標系,提出旋轉(zhuǎn)法、圓心坐標平

4、移的算法以及虛擬柱形空間算法。
　　以組對機實驗樣機為研究目標,進行了以標準管為理論數(shù)據(jù)原型,由激光傳感器采樣,并經(jīng)過由LabVIEW編寫的算法程序進行運算的理論實驗,從多組數(shù)據(jù)的一致性驗證了組對機算法的正確性。同時,由樣機對工程實際應用鋼管進行了實物組對實驗。經(jīng)過組對多種不同管徑的鋼管,得到了一系列的成品參數(shù),通過與技術(shù)指標的對比,實物完全達到了焊接標準,證明了研制的組對機系統(tǒng)以及提出的控制算法可以滿足實際生產(chǎn)中鋼管組對的需求。