專利名稱：燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬切割機(jī)械，是管道形成非直線切口切下的所用的切割設(shè)備。
背景技術(shù)：
管道運(yùn)輸是氣體大規(guī)模輸送的重要設(shè)施，如長達(dá)數(shù)千公里的西氣東送管道。燃?xì)夤艿劳度胧褂煤?，由于生產(chǎn)發(fā)展或用戶的增多，經(jīng)常需要進(jìn)行干線管道延伸或在干線管道上安裝新的分支管道。但許多企業(yè)是連續(xù)生產(chǎn)，燃?xì)夤艿酪坏┻\(yùn)行就不能停止供氣，如鋼鐵企業(yè)高爐煤氣管道等，分支管道的安裝與相貫部分焊割必須在帶壓運(yùn)行下進(jìn)行。大部分的燃?xì)庥卸尽⒁兹家妆?、易污染環(huán)境，帶壓操作容易發(fā)生安全事故。目前大多采用管道封堵機(jī)械和工藝來完成不停輸帶壓開孔封堵作業(yè)。該方法首先在圓筒上鉆許多相鄰小孔，留孔壁厚2-3mm，每鉆一個(gè)孔后均用木塞、黃泥堵塞，安裝好分支管道后，將焊在相貫部位的拉環(huán)強(qiáng)行拉出切割部位。近年來鞍鋼等一些大型鋼鐵企業(yè)和科研單位、高校進(jìn)行了相關(guān)的研究工作，開發(fā)了組合式管道帶壓開孔技術(shù)、不停產(chǎn)帶壓開孔技術(shù)以及等離子智能切割裝置等。這些技術(shù)雖然能完成不停輸帶壓開孔封堵作業(yè)，但都存在一定的局限性，且工作強(qiáng)度大、效率低，仍然存在安全隱患、危險(xiǎn)性大或機(jī)械傳動(dòng)裝置笨重、適應(yīng)性差等弊端。況且，現(xiàn)有等離子智能切割裝置采用行星輪機(jī)構(gòu)作周向進(jìn)給，三級復(fù)合式梯形螺旋機(jī)構(gòu)作軸向進(jìn)給，機(jī)構(gòu)笨重，切割直徑受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能在燃?xì)廨斔凸艿涝趲膺\(yùn)行時(shí)安裝分支管道，其與主管道相貫部分的切割安全、不漏氣、切割效率高、工人勞動(dòng)條件好且能自動(dòng)切割各種管徑、厚度、不同角度相交而成的非標(biāo)準(zhǔn)相貫線，并能自動(dòng)取出廢料的燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械。本實(shí)用新型是用如下方式實(shí)現(xiàn)的一種燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械，其特征在于它具有工作臺架13，在工作臺架13上有旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)10、直線步進(jìn)電機(jī)14，并且聯(lián)接可調(diào)主軸20及主軸后支承9，過渡作業(yè)管6中心安裝有主軸前支承7；上述可調(diào)主軸20前端連接可調(diào)豎臂19，該可調(diào)豎臂19兩端部分別連接可調(diào)橫臂18和可調(diào)橫臂21，從而組成切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)16；在可調(diào)主軸20前端端部還連接電磁吸盤3，在可調(diào)橫臂18前端端部還連接水射流噴嘴2，在可調(diào)橫臂21前端端部還連接位移傳感器17；在可調(diào)主軸20中部裝有角位移傳感器8；在可調(diào)主軸20后端部還連接安裝有高壓水動(dòng)力系統(tǒng)11、電氣控制系統(tǒng)12。本實(shí)用新型是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液一體化和智能控制，安全性好、切割效率高。不僅適用于任意管徑鋼管相貫線的切割，也適用于混凝土及其它材料的管道的切割。它的推廣應(yīng)用將使我國燃?xì)夤艿缼洪_孔技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，也將極大地推動(dòng)我國管道運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意及工作狀態(tài)圖。
圖2是本實(shí)用新型的切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)16的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參照圖1-圖2，燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械主要由高壓水動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(切割機(jī)械手)、控制機(jī)械、密封機(jī)械等組成。1.主要技術(shù)要求燃?xì)夤艿赖闹鞴艿?相貫部分22的切割與取料是在帶法蘭盤15的分支短管道4與主管道1焊接好后在分支短管道4內(nèi)進(jìn)行的。切割的過程中主管道1中的可燃?xì)怏w會(huì)滲進(jìn)分支短管道4中，因此必須保證切割機(jī)械的執(zhí)行部分處于密封狀態(tài)，以避免煤氣泄漏。切割過程須自動(dòng)進(jìn)行且能自動(dòng)檢測并保證管壁全部割透；切割結(jié)束后，切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)16能自動(dòng)取出切割廢料，切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)16拆卸前應(yīng)能將分支短管道4關(guān)閉，要求操作過程安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作、維護(hù)方便?？紤]到各個(gè)工作地安裝的分支短管道4管徑變化很大，設(shè)計(jì)時(shí)要求切割機(jī)械能適應(yīng)不同管徑的切割，也能切割非正交管及非標(biāo)準(zhǔn)圓管相交的相貫部分22。本實(shí)用新型采用添加磨料的高壓水射流噴嘴2進(jìn)行切割時(shí)不僅切割質(zhì)量好、效率高，不會(huì)產(chǎn)生高溫，非常安全，而且通過調(diào)節(jié)噴射壓力可切割不同厚度、不同材質(zhì)的管道，適應(yīng)性廣，切割過程產(chǎn)生的少量水分(每分鐘一般僅幾升)對流量很大的燃?xì)鈦碚f影響有限。高壓水動(dòng)力系統(tǒng)11已有較成熟的產(chǎn)品，價(jià)格適中。因此本實(shí)用新型采用高壓水(添加磨料)射流切割作為相貫線的切割。2、運(yùn)動(dòng)及其控制相交管道相貫部分22的開孔切割中，切割縫的軌跡其實(shí)是一條非標(biāo)準(zhǔn)相貫線。這是因?yàn)樵S多燃?xì)夤艿啦⒎菢?biāo)準(zhǔn)的圓形管道，特別是大口徑鋼管一般是用鋼板卷焊而成，橢圓度很大，當(dāng)新的分支短管道4焊接以后，兩個(gè)圓管形成的相貫線是非標(biāo)準(zhǔn)的相貫線，加之焊管外圓面焊縫位置經(jīng)常有堆焊的出現(xiàn)，噴嘴切割運(yùn)動(dòng)軌跡為非標(biāo)準(zhǔn)相貫線。為保證切割效果，切割時(shí)要保證噴嘴與被切割面的距離為4-5mm，如果按照標(biāo)準(zhǔn)相貫線曲線來控制噴嘴運(yùn)動(dòng)軌跡，則很難保證噴嘴與被切割面的距離，降低切割效率，甚至將噴嘴(納米陶瓷材料)碰斷或損壞，而在切割過程中要更換噴嘴非常麻煩且會(huì)導(dǎo)致氣體泄漏。因此要保證噴嘴與被切割曲面的距離保持恒定。參照圖1，在可調(diào)主軸20上安裝的角位移傳感器8檢測機(jī)械手角度的變化量，在機(jī)械手指端安裝的電渦流位移傳感器17檢測可調(diào)主軸20旋轉(zhuǎn)時(shí)切割噴嘴與被切割面的位移變化量(相位相差180度)。當(dāng)可調(diào)主軸20每轉(zhuǎn)過ω，電渦流位移傳感器17檢測到一個(gè)Z向的變化值λZ和角傳感器8檢測到一個(gè)周向的角度變化值λω。根據(jù)電渦流位移傳感器17和角位移傳感器8檢測出的值可以得到一個(gè)關(guān)于主軸轉(zhuǎn)角ω與位移Z的函數(shù)關(guān)系。將檢測到的兩路信號放大處理后傳送給單片機(jī)，建立多變量耦合的數(shù)學(xué)模型，單片機(jī)再發(fā)出指令給執(zhí)行件完成自動(dòng)控制。切割質(zhì)量及控制如下相貫線切割是在分支短管道4內(nèi)壁處進(jìn)行的，因受空間限制，大多數(shù)情況下噴嘴不能垂直于切割表面，導(dǎo)致切割厚度發(fā)生變化，如何保證被切割管道被全部割透，既可以通過調(diào)節(jié)控制高壓水射流的壓力來實(shí)現(xiàn)不同厚度管壁的切割；也可以在切割一周后用電渦流位移傳感器17再旋轉(zhuǎn)一周來檢測主管道1是否已被割透，如果還有一段圓周沒有切割穿就把檢測到的信號傳送到單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)過控制程序?qū)⑿盘栄訒r(shí)半個(gè)周期后繼續(xù)切割直至割透為止。3、高壓水射流系統(tǒng)高壓水射流系統(tǒng)由高壓水動(dòng)力系統(tǒng)11、輸送管道及高壓水射流噴嘴2所組成。高壓水動(dòng)力系統(tǒng)11采用超高壓發(fā)生器將水增壓至500-600MPa的壓力，然后通過一個(gè)直徑約0.2mm的噴嘴射出，可產(chǎn)生一股流速達(dá)800-1000m/s的超音速水流，該水流在切割頭的混砂腔內(nèi)與磨料混合形成磨料射流，再通過“砂噴管”后噴射而出。因混入了磨料，可增加數(shù)倍的切割動(dòng)能。高壓水噴嘴具有很強(qiáng)的整流功能，噴射水流具有良好的收束性，磨料水射流幾乎可切割任何物質(zhì)。4、運(yùn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)管道切割軌跡為一相貫線，本實(shí)用新型采用周向旋轉(zhuǎn)、軸向直線進(jìn)給的復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。周向旋轉(zhuǎn)軌跡由旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)10帶動(dòng)可調(diào)主軸20旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，軸向進(jìn)給由直線步進(jìn)電機(jī)14的前進(jìn)和后退來完成。三相混合式直線步進(jìn)電機(jī)14由導(dǎo)軌和滑塊組成，集導(dǎo)軌、絲桿、電機(jī)于一體，體積小，安裝使用方便，接線簡單，而且導(dǎo)軌長度可以選擇，最大標(biāo)準(zhǔn)長度可達(dá)4m。主軸支承在由安裝在滑塊上的主軸后支承9與工作管密封端中心安裝的主軸前支承7上，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)10安裝在主軸后支承9上。參照圖2，切割端可調(diào)切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)16為滿足不同管徑的切割要求，可調(diào)橫臂18、可調(diào)橫臂21長度均可調(diào)?？烧{(diào)橫臂18上安裝高壓水射流噴嘴2，可調(diào)橫臂21上安裝軸向位移傳感器17，可調(diào)主軸20內(nèi)部安裝取料桿，前端配置電磁吸盤3，切割時(shí)通電吸住被切割部位，切割完后將廢料取出。切割執(zhí)行密封是在考慮切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)16運(yùn)動(dòng)的需要，分支短管道4只能配裝閘板閥5，過渡作業(yè)管6出口處用蓋板密封，蓋板中心安裝切割機(jī)構(gòu)可調(diào)主軸20支承軸承和密封圈。切割完后，切割機(jī)械手退至過渡作業(yè)管6內(nèi)，閘板閥5關(guān)閉后即可拆卸整個(gè)切割裝置。
權(quán)利要求1.一種燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械，其特征在于它具有工作臺架[13]，在工作臺架[13]上有旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)[10]、直線步進(jìn)電機(jī)[14]，并且聯(lián)接可調(diào)主軸[20]及主軸后支承[9]，過渡作業(yè)管[6]中心安裝有主軸前支承[7]；上述可調(diào)主軸[20]前端連接可調(diào)豎臂[19]，該可調(diào)豎臂[19]兩端部分別連接可調(diào)橫臂[18]和可調(diào)橫臂[21]，從而組成切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)[16]；在可調(diào)主軸[20]前端端部還連接電磁吸盤[3]，在可調(diào)橫臂[18]前端端部還連接水射流噴嘴[2]，在可調(diào)橫臂[21]前端端部還連接位移傳感器[17]；在可調(diào)主軸[20]中部裝有角位移傳感器[8]；在可調(diào)主軸[20]后端部還連接安裝有高壓水動(dòng)力系統(tǒng)[11]、電氣控制系統(tǒng)[12]。
專利摘要一種燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械。本實(shí)用新型屬切割機(jī)械，是管道形成非直線切口切下的所用的切割設(shè)備。目的是提供一種能在燃?xì)廨斔凸艿涝趲膺\(yùn)行時(shí)安裝分支管道，其與主管道相貫部分的切割并能自動(dòng)取出廢料的燃?xì)夤艿缼洪_孔智能切割機(jī)械。特征是在工作臺架上有由高壓水動(dòng)力系統(tǒng)、控制機(jī)械、密封機(jī)械和由可調(diào)主軸、可調(diào)豎臂、可調(diào)橫臂組成的切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)；還有電磁吸盤、水射流噴嘴、位移傳感器、電氣控制系統(tǒng)。安全性好、切割效率高。是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)與信息技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液一體化和智能控制。也適用于混凝土及其它材料的管道切割。使管道帶壓開孔技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
文檔編號B24C5/00GK2772730SQ200420069280
公開日2006年4月19日 申請日期2004年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者周梓榮 申請人:周梓榮