管道焊接坡口加工装置坡口机的设计毕业设计方案说明指导书.doc
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1、目 录摘要(中文) 摘要(英文) 第一章 前言 3第二章 研究内容及简介 32.1 研究内容 32.2 坡口机简要分析 32.3 实现办法及预期目的 42.4 对设计进度详细安排 42.5 坡口机重要类型 42.5.1 坡口机重要类型 42.5.2 管端坡口机 52.5.3 全自动柔性切管机 52.5.4 爬式管道切割/坡口机 62.6 坡口机分析和展望 72.6.1 坡口机分析 72.6.2 坡口机展望 7第三章 坡口机使用及维护 73.1 坡口机使用 73.2 使用中注意事项及维护 83.2.1 操作注意事项 83.2.2 特殊工件开坡口 8第四章 坡口机液压驱动系统 84.1 机械本体
2、94.2 液压系统 94.2.1 刀具回转回路 94.2.2 比例阀控爬行回路 94.2.3 安全回路 104.2.4 径向进给回路 104.3 控制方略及其仿真 10第五章 齿轮设计计算 115.1 减速圆柱齿轮设计 115.1.1 已知 115.1.2 初步设计 115.1.3 按齿轮面接触强度设计 115.2 计算 115.3 按齿根弯曲强度设计 125.4 几何尺寸计算 135.5 验算 13第六章 轴设计 136.1 轴选取 136.1.1 选取轴材料 146.1.2 初步估算轴直径 146.2 轴上零部件选用和轴构造设计 146.2.1 初步选取滚动轴承 146.2.2 依照轴向定
3、位规定拟定轴各段直径和长度 146.2.3 轴上零件周向定位 156.2.4 拟定轴上倒角和圆角尺寸 156.3 轴受力分析 156.3.1 作出轴计算简图 156.3.2 轴受外力计算 156.4 轴较核 156.4.1 轴材料疲劳强度极限 156.4.2 考虑弯矩作用(弯曲应力按对称循环)计算安全系数 16第七章 工作原理 167.1 机体构造 167.2 夹紧原理 187.3 传动原理 197.4 进刀原理 19结 束 语 21致 谢 22参照文献 23第一章 前言国内是一种海洋大国,面临太平洋及其所属渤海、黄海、东海、南海,大陆海岸线长18万多公里,有300多平方公里领海和管辖海域。海
4、洋资源是近几年国际上激烈竞争焦点之一,是各国重要战略目的。水下技术,是国内一种起步较晚,但近些年来发展不久领域。当前尽管在水下科学技术方面已获得了一定成绩,但是还需要进一步发展多元科学技术,以使海洋作业更加以便、快捷。其中水下工程技术就是需要尽快发展一种多元科学技术。水下工程技术普通是指海洋工程中环绕海底油气及其他矿产资源勘探、开采和救济打捞工程所需要设备、设施设计、建造及施工工艺和作业技术。海底油气输送管道维修作业系统是水下工程技术一种某些,维修作业重要任务是研制一套海洋环境下可以对单双层海底管道进行吊装、切割、去表皮、开坡、清理等作业机具并可以迅速修复海底管道。第二章 研究内容及简介21
5、研究内容我本次重要负责管道焊接坡口加工装置(坡口机)设计,在前期进行了大量调研工作后来,完毕该机械详细设计计算,并画出三张A0号图和完毕总装配图。最后对其设计成果进行产品技术分析和制作零件仿真动画。22 坡口机分析在上述简介各种切割坡口机中,现场作业效果最佳坡口机属美国Wachs和Mathey公司爬管式切坡口机,在管道维修这一领域有很强实用性。它具备如下特点:(1)应用面广。由气动或者液压驱动,它可以在管子水平或者垂直方向作业,安装防腐外壳后可以在壕沟和深水下作业。(2)加工对象范畴大。直径为1501800mm碳钢、不锈钢、球墨铸铁、铸铁及大某些合金材料管道。甚至直径达100m油罐。(3)铣削
6、切割方式,可以切下41775mm金属,并且不变化机加工表面物理性能。(4)加工精度较高。普通状况下,端面垂直度在156ram范畴内。如果使用导轨附件可将加工精度保持在0125mm以内。采用导轨和特殊导轨轮可在零能见度下进行垂直切割、水下切割及多道切割。(5)安全防爆。切割机在易爆环境下可以在天然气、原油及燃料管上作业,它曾经用于切割导弹燃料系统。(6)安装简朴。将可调节驱动链条连接起来并扣紧在管道上,便可开动机器。(7)海上管道维护。液压型切割坡口机采用全封闭液压系统,特别适合恶劣环境(风沙、水下)工作。适合海上钻井、铺管及各种水上安装工程。(8)抗腐蚀。使用不锈钢螺丝、特殊轴承、铅封及锌层等
7、附件,可防止盐水作业下腐蚀。23 实现办法及预期目的初步先计算各方面大体范畴,拟定机身各某些材料。拟定机身某些转动速度以及刀进给速度。重点和难点都是液压马达运动传递到机器自身转动运动转化。如何实现刀进给时为切出坡口而需要运动方式。机身转动某些内部构造。如何实现刀和工件冷却。24对设计进度详细安排1-4周 充分社会实践,调研以及完毕开题报告5-6周 进行总体方案设计计算工作7-8周 进行详细零件设计计算工作,并攻破其存在重要难点9周 完毕草图设计10-11周 完毕装配设计12-14周 完毕总装配图,并进行修改以至基本完善15-16周 完毕毕业论文以及阐明书17-18周 准备迎接毕业答辩25 坡口
8、机重要类型下面就维修作业机具中管道焊接坡口机发展概况作详细简介。在管道铺设或管接修复过程中,需要对管道进行切割开坡口作业,以便进行焊接。切割坡口机是管道换接修复过程中不可缺少专业设备,它所涉及各项技术在国外有成形产品出售。国内产品多数为模仿国外制造。国外具备代表性坡口机产品有如下几种。2.5.1 火焰切割坡口机美国H&M公司生产两种火焰切割坡口机(如右图所示):钢带式火焰切割和坡口机采用铝制机身,重量轻,适合现场切割管道,坡口机导轨采用不锈钢凸缘导轨,(钢带通过搭接,直径可调),行走稳定精确,切割线不错位坡口角度可调 带有15m电动遥控器,速度可调,正反转控制,非常适应海上图21 火焰切割/坡
9、口机平台导管架切割和管道切割 产品合用管径为2502400mm管道:马鞍形环齿轮式火焰切割坡口机适合车间高效率下料,并且可扩展成斜口切割机。铝制机身,重量轻,装配精度极高,鞍座和环齿轮同轴度达到064mm,端面垂直度达到038mm。电动型配15m长遥控电缆,可调速和正反转。一种机型可合用四种相邻管径。坡口角度可调。配双割把架,可以同步割出双侧坡口 配圆度靠轮,可以适应不圆管子切割系列产品,合用管径为501200ram管道。(图2-1)2.5.2 管端坡口机图2-2 管端坡口机意大利“古倍喜” 公司生产内卡式、外卡式坡口机和管端坡口车床(如右图所示)。内卡式管道坡口机有两个型号,适合于小管径管道
10、加工坡口。它由气动操作,防爆,合用于石化图2 马鞍形环齿轮式炼油公司管道维修。坡口机工作时通过超强自锁内卡芯轴卡于管道内,不打滑,不振颤,不弯曲变形。图2-3 全自动水柔性切管机外卡式管道坡口机有各种型号,采用多刀车削方式,合用于小管径管道。管端坡口车床内径卡紧,便携,特别适合厚壁管端加工解决图3 内卡式管 图4 外卡式管 图5 管端坡道坡口机 道坡臼机 L】车床。2.5.3 全自动柔性切管机日本板桥全自动柔性轴切管机构造比较特殊,机头没有任何动力马达,动力来自柔性扭矩传播缆轴(如右图所示)。可以对管道进行切割、开槽等作业。合用于铸铁管、水泥管、钢管、石棉管和塑料管等。可以 图6 日本板桥管道
11、切割机迅速、安全作业,也可在水中作业 最大切割厚度达60nun。2.5.4 爬管式管道切割坡口机图2-4 爬式管道切割/坡口机美国瓦奇TLC爬管式切割坡口机是一种便携式铣削机(如右图所示),它通过链条将机体固定在管道上,驱动链轮使机体带着旋转切割刀和坡口刀沿链条爬行一周,完毕管道切割和开坡口?它由液压驱动,可以在管子水平或者垂直方向作业,也可以在壕沟和180m深水下作业 它可以在带压管道或者罐体上进行冷切割和坡口加工,加工精度高,安全防爆,特别适合恶劣环境(风沙、污泥、水下)图2-5 坡口刀工作,适合海上钻井、铺管及各种水上安装工程美国瓦奇闸刀式管道切割锯是系列产品。可以割锯实心空心管道和棒料
12、。可用于自来水公司、输气公司、炼油厂、核电站、化工厂等行业。闸刀式管锯固定期需用带链条台钳将闸刀锯和管子夹紧,精加工铸铁V形马鞍底座保证切口平直:管锯可在管外任何位置安装,垂直和水平作业效果同样出众。它可以采用气动、液动或电动控制,摇把负责手工进给,马达负责锯割,一种原则壁厚150mm管子在6min内便可以割断。锯条采用通用硬质合金高强度锯条,更换以便,由于在切割回程中是将刀刃从割口处提高,因而刀刃寿命大大延长。除了上述切割坡口机外,尚有:美国Mathey公司生产爬管式切割坡口机,原理同瓦奇坡口机,性能稍有差别。德国GF公司生产合用于薄壁细长管切割开坡口RA系列管道切割兼坡口机;合用于锅炉、换
13、热器管道解决BRB系列坡口机;合用于现场和车间厚壁管道管端解决加工坡口机。美国“力得”公司生产用于都市公用供暖、供气管道施工手动切割刀等等。综上所述,国外用于现场作业切割坡口机成型产品可靠性高,适合于现场作业,但在很大限度上是由人手工操作,自动化限度并不高。26 坡口机分析和展望2.6.1 坡口机分析在上述简介各种切割坡口机中,现场作业效果最佳坡口机属美国Wachs和Mathey公司爬管式切坡口机,在管道维修这一领域有很强实用性。它具备如下特点:1、应用面广。由气动或者液压驱动,它可以在管子水平或者垂直方向作业,安装防腐外壳后可以在壕沟和深水下作业。(2)加工对象范畴大。直径为1501800m
14、m碳钢、不锈钢、球墨铸铁、铸铁及大某些合金材料管道。甚至直径达100m油罐。3、铣削切割方式,可以切下41775mm金属,并且不变化机加工表面物理性能。4、加工精度较高。普通状况下,端面垂直度在156ram范畴内。如果使用导轨附件可将加工精度保持在0125mm以内。采用导轨和特殊导轨轮可在零能见度下进行垂直切割、水下切割及多道切割。5、安全防爆。切割机在易爆环境下可以在天然气、原油及燃料管上作业,它曾经用于切割导弹燃料系统。6、安装简朴。将可调节驱动链条连接起来并扣紧在管道上,便可开动机器。7、海上管道维护。液压型切割坡口机采用全封闭液压系统,特别适合恶劣环境(风沙、水下)工作。适合海上钻井、
15、铺管及各种水上安装工程。8、抗腐蚀。使用不锈钢螺丝、特殊轴承、铅封及锌层等附件,可防止盐水作业下腐蚀。2.6.2 坡口机展望从当前国外发呈现状来看,爬管式坡口机不但能在水下工作,也能在干式环境中工作,并且能适应大范畴管径管道切割开坡口作业。但是该坡口机属于半自动,针对不同材质、不同性能材料所用切削速度应是多少,需要靠人工依照经验作现场调节。如遇能见度较差海情,作业将非常困难;并且国内海域环境较为复杂,该坡口机还需要进一步完善。第三章 坡口使用以及维护31 坡口机使用坡口加工惯用办法有机械切削和热切割两类。机械切削加工坡口常使用坡口机、刨边机及铣床、刨床、车床等各种型号通用机床,加工坡口尺寸精准
16、,坡口面质量较好。在所有机械切削加工办法中, 坡口机加工坡口所使用机床体积小, 构造简朴操作以便,可一次加工成形,工效是铣床或刨床20倍以上,为刨边机l0倍以上,且设备一次性投资小, 运营费用较低。该办法所加工板材,无论是圆板还是直板,除厚度外在理论上不受直径、长度、宽度限制。和热切割加工办法相比,坡口机加工坡口无污染环境烟气,能耗低,开坡口速度为气割10倍左右,并且不需要清除毛刺。当前,在坡口加工上,常采用坡口加工机、气割机取代刨边机等机械切削加工坡口, 中小型零件乃至整张钢板普通选用坡口加工机来进行,对大型零件或形状复杂坡口则在大型门式气割机或数控切割机上完毕。坡口加工机是坡口加工专用设备
17、,选用及使用有许多特点。当前, 国内能提供坡口加工机型号有: HP-10 HP-14, HP16, HP-20, HP-22HP-26HP-30型等。 32 使用中注意事项及维护3.2.1 操作注意事项先依照工件需求调节坡口面角度、坡口钝边,然后再置人工件,调节压紧机构。在确认不存在任何不安全因素状况下,再开始坡口加工。操作时,先将工件待开坡口一边紧靠导向轮,人工将工件推向刀盘。工件一旦与刀盘接触,便可自行喂料, 不再需要人力推动。如果坡口面宽度大, 坡口端应倒角。3.2.2 特殊工件开坡口1、对于长度不大于300 mm 小工件,需配备一套附加装置, 以免工件翘扭;2、对于坡口面宽度不大于1O
18、 mm工件,在坡口加工终端也许发生少量偏斜,如顾客以为有必要保持坡口面宽度高精度,可配备专用顶块; 对于尺寸长、质量大工件,必要附设支承工件用辊道(托架); 对于宽度为50 350狭长工件,须配备专用附加装置,以保证工件平稳性; 加工圆盘形工件圆边坡口或圆筒形工件坡口时,须另配备一套附加装置。3、刀具刃磨1) 滚剪刀只能磨前端面,磨削加工可在平面磨床或在万能工具磨床上进行;2)普通一把滚剪刀进行34次刃磨, 每次刃磨量不超过2 nm (刃磨量以05,1,15,2 mm为准),刃磨后应用油石修磨;3)刃磨过滚剪刀在使用时应依照刃磨量在主轴端面间安顿调节垫片。调节垫片厚度为05,1,15,2Ilt
19、lm等四种。第四章 坡口机液压驱动系统海洋油气资源开发是海洋开发重要构成某些,其中海底破损油气管道维修是海洋油气顺利运送必要保证。水下坡口机是管道修复过程中不可缺少专业设备,是焊接管道保障。当前国内运用设备从国外进口,并且自动化限度并不高。为了加快国内水下工程技术发展,特研究了一种水下坡El机。本文重要简介坡口机电液比例阀控系统及其仿真技术。41 机械本体本坡口机采用液压系统,特别适合恶劣环境下(风沙、污泥、海水)工作。适合海上钻井、铺管及各种水上安装工程。坡口机重要由机械本体、液压动力源、微机控制系统构成。其中坡口机本体涉及主切削头、径向进给机构、周向爬行机构、导向链固定张紧机构和坡口刀片等
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