專利名稱：針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于防腐鋼管的制造設備，特別是一種針對大口徑輸油/氣鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備。
背景技術：
采用管道進行油/氣輸送是一種高效、經濟的油氣輸送方法，為了減少油/氣在輸送過程中的壓力損失，提高輸送效率，要求對鋼管的內壁進行處理，減小鋼管內壁的粗糙度，提高內壁的表面質量，以減少油/氣輸送過程中的阻力。用以往的機械加工方法對鋼管內壁進行處理，成本高，效率低，質量難以保證，國際上先進的方法是對鋼管內壁進行噴涂處理。目前國內對鋼管內噴涂設備的研究和開發主要是集中在對中小口徑鋼管的防腐減阻上(專利200620041820. 6、專利200620101894. 4、專利022110022. 4)，對輸油/氣主干道上的大口徑鋼管(內徑Φ2 3. 2m)的內壁噴涂設備的研究則比較少。專利200820033683. 0提出了一種大口徑輸氣鋼管內涂層噴涂裝備，主要包括V型支撐架、小車及小車驅動和行走裝置、噴涂裝置等。其中，噴涂裝置中包含噴嘴、伸縮架、涂料泵和涂料儲罐等。將噴嘴安裝在伸縮架上，通過調節伸縮架位置來調節噴嘴的位置以達到對不同管徑鋼管內壁的加工要求。但這種由伸縮架對噴嘴位置進行調節以適應不同管徑鋼管加工的方法無法進行在線調節，自動化程度低，而且受伸縮架機械結構尺寸的限制，調節范圍較小，因此管徑的適應范圍小。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種可自適應管徑的內噴涂設備，該噴涂設備應能夠自動檢測被加工鋼管管徑的大小，自動調節噴嘴與鋼管內壁表面間的距離，同時應具有管徑適應范圍大的特點。實現本實用新型目的的技術解決方案為一種針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，包括行走裝置、噴涂裝置、噴嘴位置調節裝置、鋼管支撐裝置、防護裝置，所述的行走裝置包括行走小車、驅動機構、小車導軌副、固定支架、可移動支架；噴涂裝置包括儲料罐、涂料泵、噴嘴；噴嘴位置調節裝置包括氣泵、氣缸、氣動控制閥、非接觸式位置檢測傳感器和數據采集處理及控制設備；鋼管支撐裝置包括V型支架、一組滾輪以及驅動滾輪轉動的電機和減速器；防護裝置為防護罩；所述的鋼管支撐裝置中的一組滾輪排成兩列分別安裝在V型支架的V型的兩平面上，且兩列滾輪呈間隔交錯均布；小車導軌副的固定支架和可移動支架分別設置在V型支架的沿被加工鋼管軸線的兩側；小車導軌副的一端與可移動支架垂直固聯在一起，小車導軌副的另一端搭放支撐在固定支架上；行走小車置于小車導軌副上，由驅動機構驅動沿小車導軌副運動；行走小車上依次安放有儲料罐、涂料泵、氣泵、氣缸；噴嘴固定在氣缸活塞桿的端部，噴嘴通過管道與涂料泵的出口相連，涂料泵的入口與儲料罐相連；氣泵通過管道及氣動控制閥向氣缸供氣；除噴嘴外，行走小車上安放的所有裝置均置于防護罩之內；非接觸式位置檢測傳感器安裝在被加工鋼管的下方，并位于被加工鋼管中心所在的垂直平面內。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點本實用新型采用了非接觸式位移檢測裝置對被加工的鋼管直徑進行自動檢測，利用數據采集處理及控制設備對采集到的數據進行自動處理后，發出指令控制氣缸的工作行程，并由氣缸活塞帶動噴嘴運動到相應的位置， 以達到自動控制噴涂距離的目的，實現了對大口徑鋼管噴涂加工的自動化控制。同時，若假設氣缸的最大行程為Imax，則可加工的最大鋼管與最小鋼管間的管徑變化范圍最大可達到 21_，具有管徑適應范圍大的特點。因此本實用新型大大提高了現有的大口徑鋼管內壁噴涂設備的自動化程度，具有管徑適應范圍大的特點，可滿足內徑Φ2 3. an的大口徑鋼管的內壁噴涂自動化要求。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
圖1是本實用新型針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備徑向截面示意圖。圖2是本實用新型針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備軸向截面示意圖。圖3是行走小車及驅動機構示意圖。圖4是固定支架的結構組成示意圖。圖5是被加工鋼管直徑及氣缸行程的計算示意圖。圖6是本實用新型工作流程示意圖。
具體實施方式
本實用新型針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，包括行走裝置、噴涂裝置、噴嘴位置調節裝置、鋼管支撐裝置、防護裝置。其中，行走裝置包括行走小車1、驅動機構2、小車導軌副3、小車導軌副的固定支架4、小車導軌副的可移動支架5，其中，驅動機構 2由電機+減速裝置組成，小車導軌副的固定支架4包括底座15、用于位置微調的調整螺旋機構16、支撐架17。噴涂裝置包括儲料罐6、涂料泵7、噴嘴8。噴嘴位置調節裝置包括氣泵 9、氣缸10、氣動控制閥、非接觸式位置檢測傳感器11和數據采集處理及控制設備。鋼管支撐裝置包括V型支架12、一組滾輪13，以及驅動滾輪轉動的電機和減速器。防護裝置為防護罩14。鋼管支撐裝置中的一組滾輪13排成兩列分別安裝在V型支架12的V型的兩平面上，且兩列滾輪呈間隔交錯均布。小車導軌副的固定支架4和可移動支架5分別設置在 V型支架12的沿被加工鋼管軸線的兩側，小車導軌副3的一端與可移動支架5垂直固聯在一起，使可移動支架5可以帶動小車導軌副3沿被加工鋼管的軸線方向移動。小車導軌副 3的另一端可以搭放支撐在固定支架4中的支撐架17上，固定支架4中的調整螺旋機構16 可以對支撐架17進行沿鋼管的水平徑向方向的位置微調。行走小車1置于小車導軌副3 上，在驅動機構2的作用下可沿小車導軌副3做鋼管軸向的勻速直線運動。行走小車1上依次安放有儲料罐6、涂料泵7、氣泵9、氣缸10。氣缸10的安裝應保證氣缸活塞桿軸線位于鋼管中心所在的軸向截面內。噴嘴8固定在氣缸活塞桿的端部，并通過管道與涂料泵7 的出口相連，涂料泵7的入口與儲料罐6相連。氣泵9通過氣管道和氣動控制閥向氣缸10供氣。除噴嘴8外，行走小車1上安放的所有裝置均置于防護罩14之內。非接觸式位置檢測傳感器11安裝在鋼管的下方，并位于鋼管中心所在的垂直平面內。上述固定支架4包括底座15、用于位置微調的調整螺旋機構16、支撐架17，調整螺旋機構16和支撐架17安放在底座15上，調整螺旋機構16可對支撐架17進行沿被加工鋼管水平徑向方向的位置微調。氣缸10是指所有的具有位置檢測功能并可實現氣缸中間任意位置停止的氣缸。氣缸10的安裝應保證氣缸活塞桿軸線垂直并通過被加工鋼管中心。 氣動控制閥是實現比例或伺服控制的氣動控制閥。實施例對大口徑鋼管進行內噴涂作業時，首先將鋼管安放在V型支架12上，由V型支架上的一組滾輪13 (滾輪個數根據需要選擇)支撐，驅動可移動支架5使其帶動小車導軌副3 穿過鋼管內部，并支撐在另一側的固定支架4中的支撐架17上，調節固定支架4中的調整螺旋機構16，保證小車導軌副3與鋼管軸線平行，且對稱地分布在鋼管軸線的兩側。由位于鋼管下方的非接觸式位置檢測傳感器11(例如市購的激光位移傳感器)檢測鋼管外圓表面最低點的空間位置，通過數據采集處理及控制設備(如市購的工控機或數據采集和處理板卡等，通過PLC編程實現順序動作和通過伺服/比例控制氣缸行程)采集數據，并經過程序的分析計算和誤差修正后，即可得到被加工鋼管的管徑大小。近似分析計算可參考式 (1)及附圖5 (C指噴嘴的目標運動位置，D指噴嘴的初始位置)。
a2+(L-x)2R=-f-Tz-(1)式(1)中，R為被加工鋼管的外圓半徑，L和a為噴涂系統的結構尺寸，為已知值， X為非接觸式位置檢測傳感器檢測到的鋼管外圓表面最低點的空間位置尺寸。由于噴嘴8的初始位置為噴涂系統的設計值，是已知量，假設用b表示，在獲得了鋼管的管徑尺寸后，通過計算即可得到噴嘴8的運動行程值，即氣缸的運動行程值，假設用 1表示，1的計算可參考式( 及附圖5。1 = x+2R-c-h-b(2)式⑵中1為氣缸的運動行程值，c為鋼管的壁厚，h為噴嘴與鋼管內壁的距離 (即噴涂距離)，b為噴嘴初始位置與非接觸式位置檢測傳感器的測試基準面間的距離。啟動氣泵9，并由數據采集處理及控制設備發出控制指令信號，通過氣動控制閥控制氣缸10的活塞桿向外伸出的行程，即可控制噴嘴8與鋼管內壁間的距離。此處所說的氣缸是指具有位置檢測功能并可實現氣缸中間任意位置停止的氣缸，例如伺服氣缸、行程可讀出氣缸等，此處所說的氣動控制閥是指可以實現比例或伺服控制的氣動控制閥。噴嘴8 調整到位后，啟動滾輪13的驅動電機，滾輪13轉動，在滾輪13與鋼管外圓面間摩擦力的作用下，鋼管以較低的速度旋轉。啟動小車行走驅動機構2 (電機+減速器)，使行走小車1在小車導軌副3上沿鋼管軸線方向勻速運動。啟動涂料泵7，將涂料增壓后送至噴嘴8并經噴嘴前端的細小孔洞噴出，即可對整個鋼管內壁進行噴涂工作。整個鋼管噴涂完成后，關閉涂料泵，氣缸活塞桿縮回(即噴嘴復位)，關閉氣泵，關閉滾輪13的驅動電機，行走小車退回到初始位置，關閉小車行走驅動機構2。將小車導軌副3從鋼管的中間退出，將鋼管從V型支架上取下。至此，完成鋼管噴涂的一個工作循環。以上的順序動作控制可利用公知技術進行編程加以實現，自動噴涂工作流程示意參見附圖6。
5[0026] 若本實用新型中氣缸的最大行程為Imax，則可加工的最大鋼管與最小鋼管間的管徑變化范圍最大可達到21max，因此具有管徑適應范圍大的特點。
權利要求1.一種針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，其特征在于包括行走裝置、噴涂裝置、噴嘴位置調節裝置、鋼管支撐裝置、防護裝置，所述的行走裝置包括行走小車(1)、驅動機構O)、小車導軌副(3)、固定支架G)、可移動支架(5)；噴涂裝置包括儲料罐(6)、涂料泵(7)、噴嘴(8)；噴嘴位置調節裝置包括氣泵(9)、氣缸(10)、氣動控制閥、非接觸式位置檢測傳感器(11)和數據采集處理及控制設備；鋼管支撐裝置包括V型支架(12)、一組滾輪 (13)以及驅動滾輪轉動的電機和減速器；防護裝置為防護罩(14)；所述的鋼管支撐裝置中的一組滾輪(1 排成兩列分別安裝在V型支架(1 的V型的兩平面上，且兩列滾輪呈間隔交錯均布；小車導軌副(3)的固定支架(4)和可移動支架(5) 分別設置在V型支架(12)的沿被加工鋼管軸線的兩側；小車導軌副(3)的一端與可移動支架(5)垂直固聯在一起，小車導軌副(3)的另一端搭放支撐在固定支架(4)上；行走小車 (1)置于小車導軌副(3)上，由驅動機構(2)驅動沿小車導軌副(3)運動；行走小車(1)上依次安放有儲料罐(6)、涂料泵(7)、氣泵(9)、氣缸(10)；噴嘴(8)固定在氣缸活塞桿的端部，噴嘴⑶通過管道與涂料泵(7)的出口相連，涂料泵(7)的入口與儲料罐(6)相連；氣泵(9)通過管道及氣動控制閥向氣缸(10)供氣；除噴嘴(8)外，行走小車(1)上安放的所有裝置均置于防護罩(14)之內；非接觸式位置檢測傳感器(11)安裝在被加工鋼管的下方， 并位于被加工鋼管中心所在的垂直平面內。
2.根據權利要求1所述的針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，其特征在于 固定支架(4)包括底座(1 、用于位置微調的調整螺旋機構(16)、支撐架(17)，調整螺旋機構(16)和支撐架(17)安放在底座(15)上，調整螺旋機構(16)可對支撐架(17)進行沿被加工鋼管水平徑向方向的位置微調。
3.根據權利要求1所述的針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，其特征在于 氣缸(10)是指所有的具有位置檢測功能并可實現氣缸中間任意位置停止的氣缸。
4.根據權利要求1所述的針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，其特征在于 氣缸(10)的安裝應保證氣缸活塞桿軸線垂直并通過被加工鋼管中心。
5.根據權利要求1所述的針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，其特征在于 氣動控制閥是實現比例或伺服控制的氣動控制閥。
專利摘要本實用新型公開了一種針對大口徑鋼管的管徑自適應內壁噴涂設備，包括行走裝置、噴涂裝置、噴嘴位置調節裝置、鋼管支撐裝置、防護裝置，所述的行走裝置包括行走小車、驅動機構、小車導軌副、固定支架、可移動支架；噴涂裝置包括儲料罐、涂料泵、噴嘴；噴嘴位置調節裝置包括氣泵、氣缸、氣動控制閥、非接觸式位置檢測傳感器和數據采集處理及控制設備；鋼管支撐裝置包括V型支架、一組滾輪以及驅動滾輪轉動的電機和減速器；防護裝置為防護罩。本實用新型大大提高了現有的大口徑鋼管內壁噴涂設備的自動化程度，具有管徑適應范圍大的特點，可滿足內徑Φ2～3.2m的大口徑鋼管的內壁噴涂自動化要求。
文檔編號B05C7/02GK202199468SQ20112025622
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者孫中圣, 滕燕, 王譞 申請人:南京理工大學