專利名稱：三維聯(lián)動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)：
隨著國民經(jīng)濟的發(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。長輸管線在管道對接時，由于測繪、施工的誤差、管道自身的變形及其他原因， 常常出現(xiàn)管道對接角度偏離較大，甚至遠遠超過了國家規(guī)定的標(biāo)準范圍(<3° )，這就需要在野外管線施工現(xiàn)場對固定管道進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)明實現(xiàn)了管道切割過程中割炬的兩維運動。在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，使用該發(fā)明對管道斜切時管端口產(chǎn)生的是一個非常復(fù)雜的曲面，兩維運動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)動管道斜切裝置，包括沿管道圓周方向運動的行走小車，其上安裝有行走電機、角度傳感器和控制盒，行走電機輸出軸的鏈輪上設(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構(gòu)連接，其特征在于還包括割炬調(diào)節(jié)機構(gòu)，割炬調(diào)節(jié)機構(gòu)分別與割炬和所述割炬控制機構(gòu)連接。所述割炬控制機構(gòu)包括滾珠絲杠、滑杠、滑塊和步進電機A，滑塊位于滾珠絲杠和滑杠上并可在其上滑動，滾珠絲杠、滑杠與所述支撐板連接，步進電機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)機構(gòu)包括安裝板和固定在其上的步進電機B，安裝板與所述滑塊連接，步進電機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、位移傳感器和兩個步進電機驅(qū)動器，兩個步進電機驅(qū)動器分別與所述步進電機A和所述步進電機B連接，控制電路由單片機實施控制，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和所述角度傳感器輸入的信號，經(jīng)計算得到所述步進電機A的軸向位移量和所述步進電機B的角度偏轉(zhuǎn)量，通過兩個步進電機驅(qū)動器分別驅(qū)動所述步進電機A移動指定的軸向位移量、所述步進電機B 轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度偏轉(zhuǎn)量。所述控制電路包括所述單片機、按鍵顯示驅(qū)動電路、電機輸出驅(qū)動電路、位移輸入整形電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號處理器，所述單片機的專用接口分別連按鍵顯示驅(qū)動電路、 電機輸出驅(qū)動電路、位移輸入整形電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，信號處理器與按鍵顯示驅(qū)動電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，位移輸入整形電路與電機輸出驅(qū)動電路連接。
本發(fā)明的有益效果為步進電機A通過滾珠絲杠控制滑塊在滑杠上滑動，可以精確調(diào)節(jié)割炬的軸向位移，提高了移動精度，通過步進電機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，使用單片機控制三個電機同時運轉(zhuǎn)，步進電機A調(diào)整割炬的軸向位移、步進電機B對割炬的角度進行實時調(diào)整、行走電機使割炬沿管道做圓周向行走，實現(xiàn)割炬的三維聯(lián)動；步行電機的運動驅(qū)動角度傳感器傳出信號，連同位移傳感器的位移反饋信號及時傳送到單片機，便于調(diào)節(jié)兩個步進電機隨動，進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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明如圖 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為切割長度。割炬由A點開始轉(zhuǎn)過周向角度β時割炬的軸向位移為X，可以看出割炬在任意時刻的位置僅與鋼管斜切長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，割炬具有三個自由度，沿著被切管道周向的回轉(zhuǎn)運動記為R軸，沿被切管道的軸向移動記為ζ軸，同時割炬沿T軸自動傾斜一個角度。三個軸按照一定的數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)動，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平面，就需要對割炬的角度進行實時調(diào)整。如圖3、圖4所示，行走小車5上安裝有行走電機1、控制盒2和角度傳感器3，行走電機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下安裝有一個行走車輪6和兩個導(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和步進電機A10，步進電機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的滑塊13，滑塊13與安裝板15連接，安裝板15上安裝有步進電機B14，步進電機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顯示屏和多個按鍵，控制盒2內(nèi)部安裝有控制電路、位移傳感器和兩個步進電機驅(qū)動器，位移傳感器可將步進電機AlO的位移行走量反饋給控制電路，兩個步進電機驅(qū)動器分別與所述步進電機 AlO和所述步進電機B14連接，控制電路由單片機實施控制，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和角度傳感器3輸入的信號，經(jīng)計算得到步進電機AlO 的軸向位移量和步進電機B14的角度偏轉(zhuǎn)量，通過兩個步進電機驅(qū)動器分別驅(qū)動步進電機 AlO完成指定的軸向位移量、步進電機B14完成相應(yīng)的角度偏量，繼而控制割炬16的位置?？刂齐娐酚蓡纹瑱C、按鍵顯示驅(qū)動電路、電機輸出驅(qū)動電路、位移輸入整形電路、 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號處理器構(gòu)成，單片機的專用接口分別連按鍵顯示驅(qū)動電路、電機輸出驅(qū)動電路、位移輸入整形電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，信號處理器與按鍵顯示驅(qū)動電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，位移輸入整形電路與電機輸出驅(qū)動電路連接。控制電路通過位移輸出整形電路與位移傳感器連接，通過信號處理器與角度傳感器3連接，通過按鍵顯示驅(qū)動電路與控制盒面板連接，通過兩個完全相同的電機輸出驅(qū)動電路分別與兩個步進電機驅(qū)動器連接。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)，再與運算放大電路連接，運算放大電路包括R2、R3和運算放大器ZA，該運算放大電路通過由R1、P1和Cl構(gòu)成的分壓濾波電路與單片機連接。由于位移傳感器的信號比較弱，因此需要位移輸入整形電路來增強該信號，并對該信號進行整形，這樣信號才能被單片機正確接收。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手動調(diào)整到合適的位置；啟動電源，行走電機1開始運轉(zhuǎn)、割炬16開始切割，本設(shè)備圍繞管道17進行環(huán)向移動，角度傳感器3將移動的角度輸入到控制盒2內(nèi)，控制電路的單片機控制步進電機AlO完成相應(yīng)的軸向位移量、步進電機B14完成相應(yīng)的角度偏轉(zhuǎn)量，位移傳感器將割炬16的軸向位移移動量反饋給單片機，便于單片機進行精確調(diào)節(jié)。單片機可以控制行走電機1、步進電機AlO和步進電機B14同時運轉(zhuǎn)，對割炬16進行三維調(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。單片機只要控制步進電機AlO和步進電機B14在切割的過程中不運轉(zhuǎn)，也可完成對管道17的徑向帶角度的切割。
權(quán)利要求
1.一種三維聯(lián)動管道斜切裝置，包括沿管道圓周方向運動的行走小車(5)，其上安裝有行走電機(1)、角度傳感器C3)和控制盒O)，行走電機(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)與割炬控制機構(gòu)連接，其特征在于還包括割炬調(diào)節(jié)機構(gòu)，割炬調(diào)節(jié)機構(gòu)分別與割炬(16)和所述割炬控制機構(gòu)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三維聯(lián)動管道斜切裝置，其特征在于所述割炬控制機構(gòu)包括滾珠絲杠(12)、滑杠(11)、滑塊(13)和步進電機A(IO)，滑塊(13)位于滾珠絲杠(12)和滑杠(11)上并可在其上滑動，滾珠絲杠(12)、滑杠(11)與所述支撐板(9)連接，步進電機 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)動管道斜切裝置，其特征在于所述割炬調(diào)節(jié)機構(gòu)包括安裝板(15)和固定在其上的步進電機B(14)，安裝板(15)與所述滑塊(13)連接，步進電機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、位移傳感器和兩個步進電機驅(qū)動器，兩個步進電機驅(qū)動器分別與所述步進電機A(IO)和所述步進電機B(14)連接，控制電路由單片機實施控制，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和所述角度傳感器C3)輸入的信號，經(jīng)計算得到所述步進電機A(IO)的軸向位移量和所述步進電機B(14) 的角度偏轉(zhuǎn)量，通過兩個步進電機驅(qū)動器分別驅(qū)動步進所述電機A(IO)移動指定的軸向位移量、所述步進電機B (14)轉(zhuǎn)動相應(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)動管道斜切裝置，其特征在于所述控制電路包括所述單片機、按鍵顯示驅(qū)動電路、電機輸出驅(qū)動電路、位移輸入整形電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號處理器，所述單片機的專用接口分別連按鍵顯示驅(qū)動電路、電機輸出驅(qū)動電路、位移輸入整形電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，信號處理器與按鍵顯示驅(qū)動電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，位移輸入整形電路與電機輸出驅(qū)動電路連接。
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)動管道斜切裝置，其特征在于割炬控制機構(gòu)通過割炬調(diào)節(jié)機構(gòu)與割炬連接。在切割過程中，使用單片機控制三個電機同時運轉(zhuǎn)，步進電機A調(diào)整割炬的軸向位移、步進電機B對割炬的角度進行實時調(diào)整、行走電機使割炬沿管道做圓周向行走，實現(xiàn)割炬的三維聯(lián)動；步行電機的運動驅(qū)動角度傳感器傳出信號，連同位移傳感器的位移反饋信號及時傳送到單片機，便于調(diào)節(jié)兩個步進電機隨動，進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B23K7/10GK102554399SQ20121005457
公開日2012年7月11日 申請日期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 申請人:天津市盛金康科技發(fā)展有限公司