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钢管自动组对机设计与分析

作　者: 杨海双
导　师: 郭黎滨
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 钢管自动组对机输送定心有限元分析预热
分类号: U673.38
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

钢管自动组对机是造船、石油等行业进行钢管焊接的关键设备,主要起到钢管的对中和调整作用。它在钢管生产中将同一直径较短长度的数节钢管调到一条轴线上并调整各管口的错边量,进而对管口进行快速预热和焊接,以实现组对钢管自动化生产的专用器具。目前,组对钢管生产工作均由手工完成,但因钢管直径和长度较大,使得生产效率低,对中误差大,从而造成产品质量差。而钢管自动组对机采用了现代化的控制和检测手段,能够实现钢管自动化组对生产,可大幅度提高生产效率和产品质量。它对解决当前组对钢管生产中存在的技术难题及提高钢管生产的自动化焊接水平具有重要意义。本课题源于中国海洋石油工程股份有限公司“海洋工程高效制管生产线的研发”项目的子课题钢管自动组对机的研制。课题的主要任务是针对所要组对的各规格系列钢管,研制一套能够检测调整钢管直线度、错边量等工艺参数,并能进行焊前快速预热的钢管自动组对机具,同时对其相关技术做深入的研究论证。该项目的研究充分汲取了国内外组对钢管生产的相关技术特点,深入分析了其工作原理及特点,结合已有的生产和操作工艺流程,提出了钢管自动组对机总体设计方案,包括钢管输送、夹紧定心、调整、预热及出料等。关键技术是通过对各段钢管管口夹紧定心及调整来实现整组钢管的直线度、错边量等工艺参数的调整。根据在钢管组对工序中完成工作的不同,将钢管自动组对机的内部组成部分分别进行了详细的研究设计。论文采用先进的红外辐射加热技术对管口进行焊前预热,对预热机构进行了功能需求分析,并对设备工作中钢管焊前预热的温度和预热的时间进行了计算。论文运用UG三维软件进行零部件建模及装配设计,并使用ANSYS Workbench有限元分析软件对设备中的重要零部件进行有限元分析计算,保证钢管自动组对机工作的安全性和可靠性。论文还对钢管自动组对机进行虚拟装配分析,验证设计的可行性,同时还对其工作时间进行了分析计算。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 概述  11-13
  1.2 国内外相关技术研究状况  13-19
    1.2.1 国外相关技术研究状况  13-17
    1.2.2 国内相关技术研究状况  17-19
  1.3 课题来源及意义  19-20
    1.3.1 课题来源  19
    1.3.2 课题研究的目的和意义  19-20
  1.4 论文完成的主要工作  20-21
第2章钢管自动组对机的总体方案设计  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 钢管自动组对机设计要求  21-22
    2.2.1 进入工序前钢管参数  21-22
    2.2.2 组对后成品参数  22
    2.2.3 研制内容和目标  22
  2.3 总体方案设计  22-28
    2.3.1 钢管自动组对机方案的选择论证  22-24
    2.3.2 钢管自动组对机的总体方案  24-28
  2.4 工作原理分析  28-32
    2.4.1 钢管的输送与对心调整  28-30
    2.4.2 钢管对接的夹持与定心  30
    2.4.3 钢管的焊接预热与检测技术  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章钢管自动组对机的机械结构设计  33-54
  3.1 引言  33-34
  3.2 各部分结构设计  34-53
    3.2.1 底座组件  34-36
    3.2.2 龙门架组件  36-45
    3.2.3 托架辊轮机构  45-46
    3.2.4 出料机构  46
    3.2.5 焊前预热机构  46-47
    3.2.6 传感器检测机构  47
    3.2.7 钢管就位升降式滚轮架  47-53
  3.3 本章小结  53-54
第4章钢管自动组对机关键件有限元分析  54-61
  4.1 有限元分析概述  54
  4.2 关键件有限元分析  54-60
    4.2.1 滑轮支撑板的有限元分析  54-56
    4.2.2 T型滑块的有限元分析  56-57
    4.2.3 丝杠螺母的有限元分析  57-58
    4.2.4 丝杠座的有限元分析  58-60
  4.3 本章小结  60-61
第5章钢管自动组对机预热方案选择及分析  61-74
  5.1 引言  61
  5.2 预热方式简介  61-64
    5.2.1 红外辐射加热  61-63
    5.2.2 感应加热  63-64
    5.2.3 火焰喷枪加热  64
  5.3 钢管自动组对机预热方式  64-66
    5.3.1 预热方案的选择  64-65
    5.3.2 红外加热主要优点  65-66
  5.4 钢管自动组对机预热温度分析  66-69
    5.4.1 钢管预热分析  66
    5.4.2 钢管材料及成分  66
    5.4.3 钢管预热温度的计算  66-69
  5.5 钢管预热时间计算  69-73
    5.5.1 钢管加热区域及加热参数  69
    5.5.2 钢管模型简化  69-70
    5.5.3 914mm系列40壁厚钢管预热时间计算  70-73
  5.6 本章小结  73-74
第6章钢管自动组对机的虚拟装配、运动仿真及工作时间  74-86
  6.1 引言  74
  6.2 虚拟装配及ADAMS运动学仿真  74-76
    6.2.1 虚拟装配  74-75
    6.2.2 ADAMS运动学仿真  75-76
  6.3 钢管自动组对机的虚拟装配  76-81
  6.4 基于ADAMS的升降滚轮架运动学仿真  81-83
  6.5 钢管自动组对机工作时间计算  83-85
    6.5.1 钢管进料时间  83-84
    6.5.2 龙门架移动调整时间  84
    6.5.3 管口错边量调整时间  84
    6.5.4 管口预热时间  84
    6.5.5 焊接操作时间  84-85
    6.5.6 钢管组对机的总工作时间  85
  6.6 本章小结  85-86
结论  86-87
参考文献  87-91
攻读硕士学位期间发的论文和取得的科研成果表  91-92
致谢  92

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