專利名稱：三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接與切割領(lǐng)域，尤其涉及一種管道角度切割裝置。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油管道和城市管道建設(shè)里程數(shù)不斷增加，管道建設(shè)任務(wù)越來越繁重。長(zhǎng)輸管線在管道對(duì)接時(shí)，由于測(cè)繪、施工的誤差、管道自身的變形及其他原因， 常常出現(xiàn)管道對(duì)接角度偏離較大，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍(<3° )，這就需要在野外管線施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)固定管道進(jìn)行有一定角度的切割(斜切)。如本發(fā)明人的專利CN 1803368A《管道接口角度切割裝置》，該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了管道切割過程中割炬的兩維運(yùn)動(dòng)。在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用該發(fā)明對(duì)管道斜切時(shí)管端口產(chǎn)生的是一個(gè)非常復(fù)雜的曲面，兩維運(yùn)動(dòng)的割炬所切出的帶角度的管道管端口不能滿足管道焊接工藝的要求，需經(jīng)二次處理才能用于焊接，有的甚至需要重新切割。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種斜切出的管端口符合管道焊接工藝要求的三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，包括沿管道圓周方向運(yùn)動(dòng)的行走小車，其上安裝有行走電機(jī)、角度傳感器和控制盒，行走電機(jī)輸出軸的鏈輪上設(shè)有可繞在管道圓面上的鏈條，所述行走小車還安裝有行走車輪和導(dǎo)向車輪，導(dǎo)向車輪位于纏繞在管道上的軌道上，所述行走小車通過支撐板與割炬控制機(jī)構(gòu)連接，其特征在于還包括割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別與割炬和所述割炬控制機(jī)構(gòu)連接。所述割炬控制機(jī)構(gòu)包括滾珠絲杠、滑杠、滑塊和步進(jìn)電機(jī)A，滑塊位于滾珠絲杠和滑杠上并可在其上滑動(dòng)，滾珠絲杠、滑杠與所述支撐板連接，步進(jìn)電機(jī)A與滾珠絲杠一端連接并固定在所述支撐板上。所述割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝板和固定在其上的步進(jìn)電機(jī)B，安裝板與所述滑塊連接，步進(jìn)電機(jī)B輸出軸上的齒輪與割炬齒輪嚙合，割炬齒輪與所述割炬連接。所述軌道為0. 3-0. 5mm的不銹鋼薄板通過軋制形成冷作硬化的凹凸槽。所述控制盒表面安裝控制盒面板，其內(nèi)部安裝有控制電路、位移傳感器和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與所述步進(jìn)電機(jī)A和所述步進(jìn)電機(jī)B連接，控制電路由單片機(jī)實(shí)施控制，通過接收控制盒面板輸入的相關(guān)參數(shù)、位移傳感器的位移反饋信號(hào)和所述角度傳感器輸入的信號(hào)，經(jīng)計(jì)算得到所述步進(jìn)電機(jī)A的軸向位移量和所述步進(jìn)電機(jī)B的角度偏轉(zhuǎn)量，通過兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)A移動(dòng)指定的軸向位移量、所述步進(jìn)電機(jī)B 轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度偏轉(zhuǎn)量。所述控制電路包括所述單片機(jī)、按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路、位移輸入整形電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理器，所述單片機(jī)的專用接口分別連按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、 電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路、位移輸入整形電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)處理器與按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，位移輸入整形電路與電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路連接。
本發(fā)明的有益效果為步進(jìn)電機(jī)A通過滾珠絲杠控制滑塊在滑杠上滑動(dòng)，可以精確調(diào)節(jié)割炬的軸向位移，提高了移動(dòng)精度，通過步進(jìn)電機(jī)B輸出軸上的齒輪與割炬齒輪嚙合，提高了割炬的角度偏轉(zhuǎn)精度。將軌道纏繞在管道上，保證了軌道與管道軸的垂直，提高了切割的環(huán)向行走精度，采用十分薄的具有柔性的軌道，纏繞在管道上的重疊部分引起的徑向凸起很小，足以滿足切割要求，并可用于不同口徑的管道。在切割過程中，使用單片機(jī)控制三個(gè)電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)A調(diào)整割炬的軸向位移、步進(jìn)電機(jī)B對(duì)割炬的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整、行走電機(jī)使割炬沿管道做圓周向行走，實(shí)現(xiàn)割炬的三維聯(lián)動(dòng)；步行電機(jī)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)角度傳感器傳出信號(hào)，連同位移傳感器的位移反饋信號(hào)及時(shí)傳送到單片機(jī)，便于調(diào)節(jié)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)隨動(dòng)，進(jìn)一步提高了切割精度，根本上地解決了斜切切割面為復(fù)雜曲面，不能焊接的問題，不用修整一次成型，大幅提高了工作效率。


圖1為管道斜切原理立體圖；圖2為割炬的三維聯(lián)動(dòng)示意圖；圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的俯視圖；圖5為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)框圖；圖6為位移輸入整形電路的電路7為未使用本發(fā)明的厚管道壁割炬不垂直于管道軸線的切割效果圖；圖8為使用本發(fā)明的厚管道壁割炬不垂直于管道軸線的切割效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明如圖 1 所示，tga = L/2r, cos β = a/r, a = r · cos β , b = r_a, χ = b · tg α， 故可建立數(shù)學(xué)模型 tg θ = r/(L/2-x) = r/[L/2-L/2(l-cos^)] = 2r/(Lcos^) = 1/ (tga cos β )，其中r為鋼管半徑，a為切割角度，1為切割長(zhǎng)度。割炬由A點(diǎn)開始轉(zhuǎn)過周向角度β時(shí)割炬的軸向位移為X，可以看出割炬在任意時(shí)刻的位置僅與鋼管斜切長(zhǎng)度和割炬沿鋼管表面轉(zhuǎn)過的圓心角有關(guān)，而與鋼管半徑r無關(guān)。如圖2所示，在切割過程中，割炬具有三個(gè)自由度，沿著被切管道周向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)記為R軸，沿被切管道的軸向移動(dòng)記為ζ軸，同時(shí)割炬沿T軸自動(dòng)傾斜一個(gè)角度。三個(gè)軸按照一定的數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)動(dòng)，管道斜切相當(dāng)于管道與割炬相貫，為保證割炬切割出來的是一個(gè)平面，就需要對(duì)割炬的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。如圖3、圖4所示，行走小車5上安裝有行走電機(jī)1、控制盒2和角度傳感器3，行走電機(jī)1輸出軸的鏈輪上安裝有可纏繞在管道17上的鏈條4，鏈條4通過鏈條張緊裝置將行走小車5與軌道17壓緊，將本設(shè)備固定在管道17上，行走小車5可圍繞管道17做環(huán)向行走，行走小車5下安裝有一個(gè)行走車輪6和兩個(gè)導(dǎo)向車輪7，導(dǎo)向車輪7位于軌道8上，軌道為0. 4mm的不銹鋼薄板通過軋制形成冷作硬化的凹凸槽，軌道8安裝在管道17上并與管道軸垂直，保證了行走小車5的環(huán)向行走精度，行走小車5上固定有支撐板9，支撐板9上固定有兩根滑杠11和步進(jìn)電機(jī)A10，步進(jìn)電機(jī)AlO與滾珠絲杠12連接，滾珠絲杠12與支撐板9連接，滾珠絲杠12位于兩根滑杠11之間，滾珠絲杠12和滑杠11與管道17平行，滾珠絲杠 12和滑杠11上安裝有可在其上滑動(dòng)的滑塊13，滑塊13與安裝板15連接，安裝板15上安裝有步進(jìn)電機(jī)B14，步進(jìn)電機(jī)B14輸出軸上的齒輪與割炬齒輪嚙合，割炬齒輪與割炬16連接。如圖5所示，控制盒2表面安裝有控制盒面板，控制盒面板上有LED顯示屏和多個(gè)按鍵，控制盒2內(nèi)部安裝有控制電路、位移傳感器和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，位移傳感器可將步進(jìn)電機(jī)AlO的位移行走量反饋給控制電路，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與所述步進(jìn)電機(jī) AlO和所述步進(jìn)電機(jī)B14連接，控制電路由單片機(jī)實(shí)施控制，通過接收控制盒面板輸入的相關(guān)參數(shù)、位移傳感器的位移反饋信號(hào)和角度傳感器3輸入的信號(hào)，經(jīng)計(jì)算得到步進(jìn)電機(jī)AlO 的軸向位移量和步進(jìn)電機(jī)B14的角度偏轉(zhuǎn)量，通過兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) AlO完成指定的軸向位移量、步進(jìn)電機(jī)B14完成相應(yīng)的角度偏量，繼而控制割炬16的位置。控制電路由單片機(jī)、按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路、位移輸入整形電路、 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理器構(gòu)成，單片機(jī)的專用接口分別連按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路、位移輸入整形電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)處理器與按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，位移輸入整形電路與電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路連接?？刂齐娐吠ㄟ^位移輸出整形電路與位移傳感器連接，通過信號(hào)處理器與角度傳感器3連接，通過按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路與控制盒面板連接，通過兩個(gè)完全相同的電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路分別與兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接。如圖6所示，位移輸入整形電路為位移傳感器與電阻R4串聯(lián)后與穩(wěn)壓管Zl并聯(lián)，再與運(yùn)算放大電路連接，運(yùn)算放大電路包括R2、R3和運(yùn)算放大器ZA，該運(yùn)算放大電路通過由R1、P1和Cl構(gòu)成的分壓濾波電路與單片機(jī)連接。由于位移傳感器的信號(hào)比較弱，因此需要位移輸入整形電路來增強(qiáng)該信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行整形，這樣信號(hào)才能被單片機(jī)正確接收。工作原理將軌道8安裝在管道17上，再將本設(shè)備放置在管道17上，并使導(dǎo)向車輪7位于軌道8的凸槽上，用鏈條4將本設(shè)備固定好，在控制盒面板上輸入相應(yīng)的參數(shù)，并將割炬16手動(dòng)調(diào)整到合適的位置；啟動(dòng)電源，行走電機(jī)1開始運(yùn)轉(zhuǎn)、割炬16開始切割，本設(shè)備圍繞管道17進(jìn)行環(huán)向移動(dòng)，角度傳感器3將移動(dòng)的角度輸入到控制盒2內(nèi)，控制電路的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)AlO完成相應(yīng)的軸向位移量、步進(jìn)電機(jī)B14完成相應(yīng)的角度偏轉(zhuǎn)量，位移傳感器將割炬16的軸向位移移動(dòng)量反饋給單片機(jī)，便于單片機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。單片機(jī)可以控制行走電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)AlO和步進(jìn)電機(jī)B14同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)割炬16進(jìn)行三維調(diào)節(jié)，保證割炬16與管道壁的角度恒定，保證了斜切出的管端口滿足管道焊接工藝的要求，如圖7、圖8所示。單片機(jī)只要控制步進(jìn)電機(jī)AlO和步進(jìn)電機(jī)B14在切割的過程中不運(yùn)轉(zhuǎn)，也可完成對(duì)管道17的徑向帶角度的切割。
權(quán)利要求
1.一種三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，包括沿管道圓周方向運(yùn)動(dòng)的行走小車(5)，其上安裝有行走電機(jī)(1)、角度傳感器C3)和控制盒O)，行走電機(jī)(1)輸出軸的鏈輪上設(shè)有可繞在管道(17)圓面上的鏈條G)，所述行走小車( 還安裝有行走車輪(6)和導(dǎo)向車輪(7)，導(dǎo)向車輪(7)位于纏繞在管道(17)上的軌道(8)上，所述行走小車( 通過支撐板(9)與割炬控制機(jī)構(gòu)連接，其特征在于還包括割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別與割炬(16)和所述割炬控制機(jī)構(gòu)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，其特征在于所述割炬控制機(jī)構(gòu)包括滾珠絲杠(12)、滑杠(11)、滑塊(13)和步進(jìn)電機(jī)A(IO)，滑塊(13)位于滾珠絲杠(12)和滑杠(11)上并可在其上滑動(dòng)，滾珠絲杠(12)、滑杠(11)與所述支撐板(9)連接，步進(jìn)電機(jī) A(IO)與滾珠絲杠(12) —端連接并固定在所述支撐板(9)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，其特征在于所述割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝板(15)和固定在其上的步進(jìn)電機(jī)B(14)，安裝板(15)與所述滑塊(13)連接，步進(jìn)電機(jī)B (14)輸出軸上的齒輪與割炬齒輪嚙合，割炬齒輪與所述割炬(16)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，其特征在于所述軌道(8)為 0. 3-0. 5mm的不銹鋼薄板通過軋制形成冷作硬化的凹凸槽。
5.如權(quán)利要求1所述的一種三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，其特征在于所述控制盒(2)表面安裝控制盒面板，其內(nèi)部安裝有控制電路、位移傳感器和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與所述步進(jìn)電機(jī)A(IO)和所述步進(jìn)電機(jī)B(14)連接，控制電路由單片機(jī)實(shí)施控制，通過接收控制盒面板輸入的相關(guān)參數(shù)、位移傳感器的位移反饋信號(hào)和所述角度傳感器C3)輸入的信號(hào)，經(jīng)計(jì)算得到所述步進(jìn)電機(jī)A(IO)的軸向位移量和所述步進(jìn)電機(jī)B(14) 的角度偏轉(zhuǎn)量，通過兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)步進(jìn)所述電機(jī)A(IO)移動(dòng)指定的軸向位移量、所述步進(jìn)電機(jī)B (14)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度偏轉(zhuǎn)量。
6.如權(quán)利要求5所述的一種三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，其特征在于所述控制電路包括所述單片機(jī)、按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路、位移輸入整形電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理器，所述單片機(jī)的專用接口分別連按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路、位移輸入整形電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)處理器與按鍵顯示驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，位移輸入整形電路與電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電路連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種斜切出的管端口符合管道焊接工藝要求的三維聯(lián)動(dòng)管道斜切裝置，其特征在于割炬控制機(jī)構(gòu)通過割炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與割炬連接。在切割過程中，使用單片機(jī)控制三個(gè)電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)A調(diào)整割炬的軸向位移、步進(jìn)電機(jī)B對(duì)割炬的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整、行走電機(jī)使割炬沿管道做圓周向行走，實(shí)現(xiàn)割炬的三維聯(lián)動(dòng)；步行電機(jī)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)角度傳感器傳出信號(hào)，連同位移傳感器的位移反饋信號(hào)及時(shí)傳送到單片機(jī)，便于調(diào)節(jié)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)隨動(dòng)，進(jìn)一步提高了切割精度，根本上地解決了斜切切割面為復(fù)雜曲面，不能焊接的問題，不用修整一次成型，大幅提高了工作效率。
文檔編號(hào)B23K7/10GK102554399SQ20121005457
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者劉星伯, 劉連增, 玄少娜 申請(qǐng)人:天津市盛金康科技發(fā)展有限公司