一步法保温管纠偏机的设计.doc

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1、一步法保温管纠偏机的设计山东大学机电一体化系统设计 题 目： 一步法保温管纠偏机的设计 2013年 3 月 23 日 37摘 要一步法聚氨酯保温管作业线因其效率高、成本低、节约能源、无污染等突出优点在保温防腐成套作业线上得到日益广泛的应用，此作业线具有一定的难度并仍存在许多问题，受到保温防腐设备公司和研究者的高度重视。深入研究准确、高效的保温管作业生产线成为目前节能减排的研究方向。本文在介绍一种一步法聚氨酯保温管全自动纠偏机的分类、优点、结构特点、控制特点和应用的基础上，分析了一步法成型工艺中纠偏机的工作原理、优缺点，探讨了执行机构的结构和PLC电气部分的控制方向，简要回顾纠偏机在管道绝热防腐

2、生产线中的应用，并阐述了此技术在整体一步法聚氨酯保温管作业线中的研究进展。关键词 防腐保温管 自动纠偏 结构AbstractWith the high efficiency, low cost, energy saving and environment pollution-free, one step PU insulating pipe production line have been widely used in complete set of PU foaming machine. The forming of the production line is difficult and

3、 many problems still remain. Many heat insulation and anti-corrosion manufacturing companies and researchers are paying great attention to the forming methods. The research of the accurate and high-efficiency insulating pipe production line has become an important research aspect of heat insulation

4、and anti-corrosion manufacturing engineering. In this paper, the classifications, advantages, characteristics and applications of the heat insulation and anti-corrosion pipe were introduced. Then the principles, advantages and disadvantages of some main methods were analyzed, and so were the applica

5、tions of those methods on many types of heat insulation and anti-corrosion manufacturing. Finally, with a mainly revision of the automatic deviation adjusting machine used in heat insulation and anti-corrosion manufacturing line, the research development of automatic deviation adjusting machine in t

6、he integral one step PU insulating pipe production line was depicted.Keywords PU heat insulation pipe Self-correcting Position Control System The structure 目录第一章 前言11.1保温管行业的发展状况和趋势11.2 一步法聚氨酯保温管作业线技术21.2.1聚氨酯保温管的结构21.2.2黑夹克“一步法”工艺流程31.2.3主要过程及技术装备4第二章 影响纠偏的相关因素62.1偏心产生的原因和相关工艺62.1.1工作钢管与外护夹克管偏心的原因6

7、2.1.2与偏心有关的工艺72.2 自动纠偏系统的设计思想82.3课题意义9第三章 新纠偏机的发泡位置确定技术113.1发泡位置传感器的原理113.1.1红外传感器的原理113.1.2超声波传感器的原理123.1.3 X射线检测的原理123.2发泡位置传感器选择14第四章 纠偏执行机构的设计154.1纠偏执行系统154.1.1 纠偏系统的分类154.1.2 纠偏机执行机构的类型比较154.2液压执行系统的设计164.2.1缸的设计及选取164.2.2液压泵的设计及选取214.2.3电动机功率的确定214.2.4液压阀的选取224.2.5液压附件的选取224.2.6验算液压系统的性能24第五章

8、纠偏机控制系统设计255.1 PLC控制简介255.1.1 PLC的基本结构255.2 纠偏机的控制系统的要求265.2.1纠偏机控制系统的要求265.2.2 手动时I/O地址表275.2.3 纠偏机自动运行时的控制系统27第六章 导向机构和纠偏环机构的改进296.1导向机构的设计296.1.1 垂直导向机构的设计296.1.2 水平导向机构的设计306.2 纠偏环机构的设计31结论34附录35附录1 液压系统原理35致谢36参考文献37一步法保温管纠偏机的设计第一章 前言1.1保温管行业的发展状况和趋势直埋式保温管由钢管、外护管、以及钢管和外套管之间填充的保温层紧密结合而成。其中钢管的作用为

9、输送介质，外护管一般为高密度聚乙烯材料，保温层的材料一般为聚氨酯硬质泡沫。与之前各类传统的保温管相比，直埋式预制保温管具有十分突出的优点：1保温性能好：热损失仅为传统管材的25%，因此使用的时间越长，能源的利用率相对原保温管就越高，能源的使用成本也就显著降低。2具有很强的防水和耐腐蚀能力：由于材料的特殊性能，不需附设管沟，可直接埋入地下或水中，施工简便迅速，综合造价低。3可在低温条件下工作：“一步法”保温管的耐腐蚀和耐冲击性在低温条件下也不会有很大的改变，保温管可直接埋入冻土层。4寿命长、费用低：在正确的安装和使用的条件下，使用时间可达3050年，平均的管网维修费用极低。5可设置报警系统：此系

10、统自动检测管网渗漏故障，准确指示故障位置并自动报警。三十年代聚氨酯合成材料诞生以来，其中的聚氨酯硬质泡沫塑料一直作为一种优良的绝热保温材料而得到长足的发展，其应用范围也越来越广，特别是在各种供热、制冷、输油、输气等管道的生产工艺中，被大量使用。此类聚氨酯硬质泡沫塑料产品具有以下特点：1施工方便：施工现场，在钢管的防腐层和夹克层之间浇灌聚氨酯硬质泡沫保温材料，方法简便，工效迅捷。2导热系数小：在所有的保温材料中，聚氨酯硬质泡沫塑料的导热系数几乎是最低的，因此能使物料的热损失减少到最低限度。3防水、防腐、耐老化：由于聚氨酯泡沫塑料的闭孔率可达到92%以上，高闭孔率能有效的防止腐蚀性液、气体的浸透，

11、破坏了微生物的滋生和发展的环境。保温管中水、湿气为最常见的腐蚀物质。现代化国家需要建设一个庞大的遍布城乡的管道系统，生活排水、工业排水、自然循环水（例如雨水）和集中供热都需要通过这个管道系统处理和运输；因此在欧洲市政埋地塑料管材占塑料管材总消费量的56.7%以上。根据发达国家的经验，预制直埋保温管大量应用于室外供热保温管和埋地排水排污管中。据有关资料，美国和欧洲是塑料制埋地管应用最多的国家和地区。例如在美国，有专门的聚乙烯波纹管协会（CPPA）。在众多的结构壁管中，究竟应该选择哪一种类型的管材，要根据各国资源情况，工程的技术要求以及城市规划等条件不同而有所差别。但从综合角度来看，由于塑料埋地管

12、所具有的明显优势，世界上大多数国家，排水排污供热管中应用最多的还是塑料埋地管。1.2 一步法聚氨酯保温管作业线技术本文中涉及的地下直埋预制保温管是专门用于输送高温蒸汽和热水的一种管道，它主要在热电厂、小区供热中使用。“一步法”工艺中保温环节是保温管生产中最重要的环节之一；若保温性能差，蒸汽和热水在管道中的温降太大，无法起到保温效果，既浪费了能源，又抬高了供热单位成本。1.2.1聚氨酯保温管的结构聚氨酯保温管的结构主要分为工作钢管、聚氨酯硬脂泡沫保温层、高密度聚乙烯保护层三层，保温层内可有报警线和支架，其结构如图1-1。聚氨酯保温管的主要结构从内到外分别为：第一层：工作钢管层根据设计和客户的要求

13、一般选用无缝管(GB8163-87)螺旋焊管（GB9711-88;SY/T5038-92)和直缝焊管(GB3092-93)。钢管表面经过抛丸除锈工艺处理后，钢管除锈等级可达GB8923-1988标准中的Sa2级，表面粗糙度可达GB6060.5-88标准中R=12.5微米。 第二层：聚氨酯硬质泡沫保温层用高压发泡机在钢管和聚乙烯外护层之间形成的空腔中一次性注入聚氨酯硬质泡沫塑料原液而成。即俗称的“管中管发泡工艺”。其作用一是防水，二是保温，三是支撑热网自重。当输送介质温度为：-50120时，可选用硬质聚氨基脲酸酯泡沫塑料做保温层。 第三层：高密度聚乙烯保护层预制成一定壁厚的黑色（黄色）塑料管材，

14、其作用一是保护聚氨酯保温层免遭机械硬物破坏，二是防腐防水。图1-1 聚氨酯保温管的结构1.2.2黑夹克“一步法”工艺流程 纠偏机是应现代工程使用黑夹克管的需要和“一步法”工艺而产生的，也是“一步法”工艺流程中重要的一部分。 “一步法”钢管防腐保温泡沫黑夹克成型工艺同黄夹克“一步法”工艺类似，是在一条连续作业线上不间断作业，使泡沫黑夹克防腐保温管自动化生产。其工艺流程如下：1 预处理检测：钢管由上管作业检测平台摆好，进行长度、直径等技术参数的预处理检测。2 安接头、预热处理：液压上管机构把预处理检测合格的钢管自动拨到钢管除锈作业线上安装接头并预热。3 自动除锈、人工检测：抛丸除锈机自动除锈处理，

15、除锈后的钢管经传送线由液压拨管机构拨向除锈出管检测平台，由人工检测钢除锈标准、锚纹深度、钢管外观缺陷等。4 防腐处理：由液压拨管机自动拨回钢管作业，进行防腐处理。防腐处理也是一门专门的工艺，此处不再详细介绍。5 保温处理：同一传送线上，黑夹克层由复合机头挤出，挤出的黑夹克管经水冷套定型；同时泡沫喷涂装置将保温材料（聚氨酯泡沫、耐高温泡沫材料、聚氨酯沥青泡沫等材料）注入钢管与黑夹克层之间的环形空间。6 保温管质量保证机组：质量保证设备由黑夹克层发泡位置检测装置、泡沫夹克层粘接装置、液压自动纠偏机等组成。（1）正在成型的泡沫黑夹克管经泡沫与夹克粘接装置，使泡沫层与夹克层牢固粘合满足相应标准。（2）

16、正在成型的泡沫黑夹克管经发泡位置检测装置，使纠偏机选择合适的纠偏位置纠偏并及时调节发泡工艺，消除没有发泡的空间。经液压自动纠偏机纠偏，保证钢质管道与泡沫夹克层同心，调整发泡厚度。7 接头分割：按照生产需要，进行分割。黑夹克保温管生产完成。黑夹克“一步法”工艺示意图如图1-2所示：设备流程图如图1-3所示：线上平台材料检验中频加热钢管推进钢管防腐钢管除锈安装接头钢管推进安装接头缠胶带成品管传送分割接头自动校正保温管成型检验修整合格出厂聚氨酯浇入聚乙烯挤出冷却水图1-2 黑夹克管的“一步法”工艺流程图图1-3 设备流程图1-除锈传送台，2-上管平台，3-预热器，4-抛丸除锈机，5-防腐传送台，6-

17、除尘装置，7-加热器，8-喷粉箱，9-供粉箱，10-涂胶器，11-冷水管，12-胶带缠绕机，13-缠带传送平台，14-传送台，15-钢管，16-传送台，17-液体涂器，18-粘结机，19-复合机头，20-挤出机，21-冷水装置，22-纠偏机，23-定位器，24-出管传送台，25-出管平台1.2.3主要过程及技术装备(1)材料检验钢管在入厂前须进行材料、尺寸公差及性能的检查，应符合GJ/T 3022或GJ/T 9711.1或GJ/T 8163的标准规定。钢管的外径尺寸和最小壁厚应符合表1-1（CJ/T 114-2000 中华人民共和国城镇建设行业标准）的规定。表1-1 钢管的外径尺寸和最小壁厚（

18、mm）外径尺寸最小壁厚外径尺寸最小壁厚322.83257422.8355.67482.83777603406.47 (2)钢管表面处理钢管表面处理系统由抛丸除锈机、除尘器组成。有下抛式抛头组成抛丸除锈机，可以有效地在钢管底部进行钢砂、钢丸的抛丸工作。因抛丸除锈有很多粉尘，在抛丸作业的过程中必须安装除尘装置，使粉尘排放达到相应标准。之后钢管需进行防腐处理。(3)钢管保温 钢管保温采用聚氨酯泡沫保温。它由泡沫发泡喷灌装置、复合机头、挤出机、纠偏机等组成。第二章 影响纠偏的相关因素2.1偏心产生的原因和相关工艺2.1.1工作钢管与外护夹克管偏心的原因发泡保温管任意一位置外护管轴线与钢管轴线间的距离较

19、大，导致钢管和外护管之间填充的聚氨酯硬质泡沫保温层厚度不均，使保温性能降低，浪费了能源，提高了供热单位的成本，因此必须研究其偏心的原因。工作钢管与外护夹克管偏心的原因有以下几种：1）发泡材料自重影响偏心：目前的实际生产中，由于发泡材料在几秒到几十秒的时间内由液态自动发泡并充满工作钢管与外护管间的整个环行空间，发泡时液态的聚氨酯硬质泡沫塑料由于自重等原因，常常导致外护夹壳管向下弯曲，保温层厚度不均，影响了保温管的保温效果，降低了保温管的使用寿命。其情况如图2-1所示。图2-1 液态的聚氨酯硬质泡沫塑料在环行空间下部2）夹克管产生弯曲：实际生产中，夹克管与钢管的材料不同，环境的外部因素的改变，都会

20、使夹克管产生弯曲等情况，并且弯曲方向不能确定。例为由于自重原因向下弯曲。其情况如图2-2所示。图2-2夹克管正常与弯曲（上为正常）3）其他原因：实际生产过程中由于是在室外进行，生产环境中对夹克管和钢管的偏心问题影响因素很多，如温度、湿度、传送线速度不合适等，都会影响高密度聚乙烯保护层的成型；生产中钢管的弯曲也会影响保温层的厚度。因此在夹克管成型冷却后，灌入发泡材料的过程中，必须调整夹克层的轴线与工作钢管轴线一致。自动纠偏系统是“一步法”工艺中改善其偏心问题最关键技术。2.1.2与偏心有关的工艺 黑夹克保温管的保温性能除了由纠偏系统保证之外，还与发泡工艺和挤出工艺等有关。夹克管的材料聚乙烯、保温

21、管的材料聚氨酯硬质泡沫塑料由于其塑料的共有特性，很容易受到温度和湿度的影响。新“一步法”工艺是在室外进行，由于地区的变化、天气的变化、阳光是否照射等，都会影响发泡工艺和固化工艺，特别是发泡过程使用的时间和固化过程使用的时间。不同的时间就会有不同的工艺参数，因此必须通过多次实验或在现场施工时进行多次试生产才能确定一个适宜的工艺生产过程。例如，某公司的D457mm和D508mm管道试生产时，分别在生产速度为1.5m/min、1.8 m/min和2.5 m/min的情况下进行工艺参数的筛选。如对D508mmX8mm泡沫黄夹克管道，其保温厚度为40mm，夹克层厚度为2.0mm时的工艺参数。参数表见表2

22、-1。表2-1 针对D508mm管道防腐保温选定的工艺参数钢管行进速度/（m/min）黑白料配比泡沫起发时间/s泡沫固化时间/s黑白料泵实际排量/（kg/min）环境温度/挤出机电机转速/（r/min）钢管预热温度/1.51.1:127-3055-605.72556003551.81.1:125-2850-556.82557503552.51.1:120-2445-509.62551000355工艺参数会因温度和原材料生产厂家的不同而不同，因而在施工时还要控制好以下三个方面才能保证纠偏效果。（1） 原材料的控制；（2） 黑夹克管的挤出工艺的控制；（3） 聚氨酯发泡工艺的控制；2.2 自动纠偏系

23、统的设计思想纠偏机保证成型后的泡沫黑夹克管与钢管的同轴度。完成后的保温管是由成型的黑夹克管经保温泡沫与钢管粘合在一起的一个整体管道。在纠偏机使用的过程中，对成型的泡沫黑夹克管进行发泡位置观测；通过检测可以观测到黑夹克管与钢管之间的泡沫层发泡状态，在发泡成半固化状态进行纠偏，同时调整发泡工艺系统，防止发泡时形成没有泡沫保温材料的空洞空间。 成型的泡沫夹克管，经纠偏机纠偏，校正了钢管周围的泡沫层厚度，以保证钢质管道与泡沫夹克层的同心度；使其满足国家相关标准（CJ/T 1142000）和用户的要求，从而保证保温管保温性能和热利用率，延长保温管的使用寿命。在“一步法”泡沫夹克管工艺过程中，要实现泡沫夹

24、克层和钢管的同心，有两种方案：1调整钢管位置使其在泡沫层中央；2调整泡沫夹克层使其在钢管周围厚度一致。前一种方案钢管被泡沫保温层和夹克外护层包围，无法直接接触调节，只能用不接触式的调节方法，如磁等，一般使用磁力实现纠偏力需要保证磁力的大小和位置，以及运行的平稳性等，此技术的实现由于价格昂贵、实现复杂，不建议采用。后一种方案中，泡沫发泡过程中泡沫呈半固化状态时泡沫是半流动的，夹克管也是非刚性的；都可使用刚性物质在此状态下进行调节。该方案有以下优点：1输出功率低，能源耗消少；2 调节泡沫夹克层时不会影响钢管的运行，既钢管的运行速度调节合适之后，只需再调节夹克层和保温层的速度，使三者相互配合，为单一

25、元素的改变；3 调节机构的设计比前一种方案容易实现，且较为稳定，成本低。方案实现需要两部分：机械执行机构和电路控制部分。测偏传感器、发泡位置检测装置、纠偏执行环架等都安装于纠偏小车上，电路部分安装于控制柜内，如图2-3所示。图2-3 纠偏系统的组成2.3课题意义 “一步法”采用黑夹克做泡沫夹克的保护外层。黑夹克与黄夹克相比，有显著的优点，黑色夹克耐老化、耐开裂，存放使用都优于黄色夹克，因此，国外防腐管道都采用黑色，电线、电缆胶管等也都采用黑色。原“一步法”中采用黄夹克作外层防护，在泡沫发泡过程中，可以用电光源照射黄夹克层，黄夹克有良好的透光性，故可以直接看到发泡位置；新技术中采用黑夹克后，电光

26、源透不过黑夹克层，无法确定纠偏机的纠偏位置，同时无法观察发泡质量及发泡可能形成的空洞，在作业过程中也无法进行泡沫调节。为此，国内外在用黑夹克对钢质管道进行防腐保温时，只能采用“二步法”工艺。为解决钢管包覆黑泡沫夹克层使用 “一步法”工艺的问题，需研究出新的发泡位置确定技术，保证黑夹克管在新“一步法”工艺中连续作业和黑夹克保温管的保温性能。如何用“一步法”工艺技术生产黑夹克泡沫保温管并尽可能实现其自动化，这是目前需要解决的问题。本题目从机械机构和电路控制部分分别加以设计，以黄夹克一步法纠偏机为平台，采用电子技术、液压技术和机械结构相结合的设计理念改善此问题。要实现黑夹克管的自动纠偏系统方案需要解

27、决的问题有以下几个：1确定黑夹克里泡沫半固化状态的位置；2 测出此位置泡沫夹克层与钢管的偏芯距离；3 确定传感器安装形式和机械执行机构形式；保证在此位置的管道圆周上的偏芯都能纠正；4 手动、自动控制电路采取的形式；在保证了以上几个问题后，尽量使纠偏系统具有高质量，高效率，低成本、集成化的特点。第三章 新纠偏机的发泡位置确定技术过去在工程中大量应用的防腐保温管采用的是黄色聚乙烯夹克作为外防腐层，即黄夹克。由于黄夹克的纯度较黑夹克高，使用黑夹克后按CJ/T 114-2000行业标准，黑夹克可使用不超过15%（质量百分比）的洁净回用料（回用料必须是制造商自己的产品产生的）。使黑夹克在使用回用料方面有

28、很好的优势。但黑夹克的透光性不好，即使是在光源的照射下仍无法观测到黑夹克管内的发泡状态。需寻找新的方法进行检测。3.1发泡位置传感器的原理 发泡位置传感器在纠偏控制系统的最前端，不同的传感器构成不同的纠偏控制系统，常用的纠偏用传感器有红外线传感器、超声波传感器、CCD传感器和光斑传感器等，用于不同的纠偏场合。3.1.1红外传感器的原理 红外线可准确检测出物体的温度变化，在纠偏控制系统中必然伴随着夹克管内部发泡的温度场的改变，该系统就根据红外线测温原理，将高精度红外温度传感器置于夹克管外，采用收发红外光的模式来实现发泡位置的显示，其工作原理如图3-1所示。图3-1 红外线传感器原理上面部分为红外

29、光发射部分，同时发射热源，当红外光热源照射在热电感应检测元件上时就会引起该元件上电学特性，这些电学特性的变化经转换电路后将变成电流或电压的变化，从而可以被采样。本系统中，如果保温材料发泡很好的情况下，发泡后的状态为保温性能最好的状态，在热源照射后就能很好的隔热，通过发泡系统后照射在热电感应检测元件的能量将大大减少，甚至没有。从而热电感测元件的温升减少，甚至可以没有温升。引起相应的电流电压的变化减小或没有，通过对比这些变化，就可以得到发泡的程度。发泡的越好，空洞越少，则感应到的电流电压变化越小。另外在传感器的设计中，抗干扰也非常重要。此系统的工作环境比较恶劣，在室外施工时，白昼温差很大，季节的温

30、差也存在，不同的地区温度湿度也会不同；产生时温度的变化较大使钢管、发泡物、夹克管的温度都会受到影响；因为红外传感器很容易受温度影响，所以在本系统的设计中必须采用环境温度补偿法以减小环境对传感器的影响。3.1.2超声波传感器的原理 超声检测的基本内容是如果材料或工件内部存在不同状态的材料，那么在超声波检测过程中通过材料回波信号或透过材料的信号就会呈现出来。超声检测利用这些信息来判断材料状态，分析材料或工件在超声波作用下的物理性质，测量其性能的细微变化，说明产生的原因并评价其实用性。 空气穿透式超声检测系统框图如图3-8所示。该系统组成与传统水藕合相似，区别是用空气作为声藕合介质。保温夹克管两侧分

31、别放两组发射和接收探头，一组正对着保温夹克管中上层的保温区，一组正对着下层保温区。两部位的发泡大小和形状都将对传播信号产生不同程度的反射和衰减，对比接受的信号，如果差异很大表示上下发泡不均，如果差异在允许范围内，则就可确定发泡位置；同时接收端根据信号的衰减程度也可以判断出发泡的状况。图3-2 空气祸合穿透式超声检测系统框图 本系统中，还须注意发泡不匀将会很大影响超声波的信号，其中的空气和泡沫的分界面使其信号剧烈衰减。在使用前要必须进行试用。 3.1.3 X射线检测的原理 该装置的原理是用x射线透射工作，使发泡的轮廓在荧光屏上成像，再由摄象机构成像到工业电视上，实现对钢管、黑夹克及聚氨酯发泡位置

32、的监视和跟踪。X射线无损检测方案根据客户对检测精度、速度、自动化程度需求，主要分两类： 一类是检测精度要求高，检测速度要求低、人工识别，检测内容涉及检查焊缝、重要零部件(飞机、导弹、汽车)缺陷、实验室分析、集成电路板焊点检测等领域；可采用以下方式：（1）稀土闪烁屏+高精度高灵敏CCD（2）影像增强器+高精度高灵敏CCD（3）非晶硅或非晶硒平板探测器。 一类是在生产线上在线检测工件，检测速度(效率)要求高，能通过计算机自动标定缺陷位置或自动剔除不合格产品。在工厂生产自动化程度越来越高的情况下，配合自动生产线检测工件，应用领域非常广；可采用以下方式：（1）影像增强器+高精度高灵敏CCD（2）线性二

33、极管阵列扫描（3）CMOS阵列扫描。 对此纠偏系统，提出以下三个方案：方案一：非晶硅或非晶硒平板探测器。在医用领域运用较多，在工业检测领域主要应用在集成电路焊点检测和飞机零部件检测等，检测速度很低，检测精度高，价格昂贵，使用环境要求严格。不适合流水线在线检测。方案一目前在工业中使用的比较少，主要约束原因是其价格昂贵，检测速度慢。方案二：稀土闪烁屏(或图像增强器)+高精度高灵敏CCD。方案二技术较成熟，目前市场上现有的图像增强器所采用的CCD系统都是768576，8bit的，在图像分辨率以及对比度的指标上达不到本系统的要求。但是使用了性能较高的新型CCD后，整体系统性能可以大大提高，具体参考下表

34、3-1，符合多数工业在线检测的要求。既能用于流水线检测又能进行精细检测。因为该方案成本较低，是常规检测领域应用最广泛的一种方案。方案三：线阵列探测器扫描。方案三采用线性二极管阵列或CMOS线阵列探测器，技术先进，分立元件之间的互相干扰极小，图像分辨率很高，动态范围可以和胶片媲美，使得整体的性能非常高。它的成像速度较快，适合于移动速度1m/s的流水线，在工件平移的同时生成透视图像。但是，CMOS线阵列探测器的成本较方案二要高出很多。价格较贵，一般用于流水线检测。因其检测效率和检测精度都较高，是目前自动化检测领域运用最多的一种方案。表3-1 三种方案比较项目方案一方案二方案三探测器类型非晶硅平板探

35、测器非晶硒平板探测器图像增强器+ CCD稀土闪烁屏+CCD二极管阵列扫描探测器，CMOS阵列扫描探测器X光机焦点无要求微焦点(0.1mm)小焦点(1mm)无要求X光机造价低贵低成像面积300mm*400mm65mm145mm80mm1800mm宽长度不限图像分辨率7像素/mm，36Lp/mm6象素/mm，2.53Lp/mm12象素/mm，6Lp/mm动态范围1216bit810bit12bit图像获取速度0.10.3帧/秒2550帧/秒800线/秒检测速度7/min,一般适用静止状态检测17/min，需要物体被检测时静止60/min检测效率低中 高运动方式静止间歇性连续性适用流水线否能能信噪比

36、100dB33dB100dB灵敏度高一般高探测器造价昂贵适中较贵自动化检测否能(但检测效率会降低)能特点精度高，速度低，价格贵各项均衡，性能一般精度高，速度快，价格较贵3.2发泡位置传感器选择 经以上分析，三种传感器都可完成本系统的传感检测要求。但红外传感器对温度过于敏感，不适用于本系统的作业环境。X射线检测传感器对环境要求最低，检测性能也最好，但是由于其材料具有放射性，可能对环境和人产生潜在的危害，故其不适宜用于本系统。超声波传感器综合考虑后，为本系统选择的第一使用方案。X射线检测传感器中的稀土闪烁屏(或图像增强器)+高精度高灵敏CCD为第二方案，以备不同的生产要求。第四章 纠偏执行机构的设

37、计纠偏机的执行机械由四部分组成:垂直纠偏，水平纠偏，快速开启纠偏环装置，跟踪行走小车部分。4.1纠偏执行系统4.1.1 纠偏系统的分类在实际应用过程中，按执行机构分有液压执行纠偏和机械执行纠偏两种，按聚乙烯套管外径的大小也可分为大小不同的种类。一步法纠偏系统中，执行机构通过接受控制器发出的控制信号，然后推动工作台，从而消除各种偏差。执行机构的种类很多，一种是以各类电机为动力源的执行机构，其中的电机根据需要可以选择步进电机、直流电机或者永磁同步电机；等另外一种就是有液压伺服、液压缸等力矩大的执行机构，一般用于较重的场合。4.1.2 纠偏机执行机构的类型比较原“一步法”技术中，纠偏机采用多部电动机

38、(上下、左右、开合、前后)带动调节机构。在纠偏时由于周围的环境无法达到很好的防潮防水等问题，对电机的使用造成了不好的破坏，影响生产。液压纠偏机采用一台普通交流电机带动液压站工作，以液压站为动力，通过上下、左右、前后、开合四台液压油缸对偏心的泡沫夹克层进行自动纠偏，由于纠偏机中使用的电机数目明显减少，就可大大减少电机因受潮等无法稳定工作的情况。原机械传动纠偏机由于交流电机的功率问题和传动消耗等问题，无法满足纠偏机对大范围管径的作业要求，管径变化过大时，需换用不同型号的机型。从而影响了纠偏机的通用性，也无法实现纠偏机在整个系统当中的模块化设计。本系统使用液压执行机构，工作平稳，力矩较大，使用范围广

39、。液压纠偏机的运动系统简图4-1所示。图4-1 液压纠偏机的运动系统简图4.2液压执行系统的设计4.2.1缸的设计及选取先粗略的计算或模拟结构，根据运动参数初步设定有关结构的主要尺寸，再进行校核计算，修正设计，如此反复得出最终的结构。假定G=6000N。（一）作垂直和水平运动的液压缸的驱动力FF=F摩+ F密+ F回+ F惯土G （G：零部件及工件所受总重力）1、F摩=2F1Ff（f=0.16）参照液压缸的工作压力标准，作用在活塞上的压力5000NF10000N,选用液压缸的工作压力7 MP。2、 F：由于采用不同的活塞杆密封圈，其摩擦力不同；其在采用“O”型密封圈，活塞杆直径为液压缸直径的0

40、.707，活塞与活塞杆均采用“O”型密封圈。则液压缸密封处的总的摩擦力为：F封1 +F封2=0.03F （F：驱动力）F封3=PdlP ：工作压力（单位：Pa）P5MPa =0.0050.023d:伸缩油管的直径（单位：m）为保证“O”型密封圈装入密封沟槽并与配合件接触后起到严格的密封作用。在加工密封沟槽时必须考虑密封圈的预备压缩量。2=KdK=0.080.14Ld0 d0 :密封圈材料的直径L杆与密封圈接触后的弦长3、F回 一般背压阻力较小，F回 =0.05MPa4、F惯 F惯=G总V/（gt）G总参与运动的零部件所受的总重力（包括工件的不确定的重量）G9.8m/sV由静止加速到常速的变化量

41、t 启动过程时间,一般为0.010.05s（二） 液压分析1、技术要求：“一步法”工艺保温管全自动纠偏机，其水平和垂直驱动都采用液压缸。拟采用油缸固定的单杆液压缸驱动上下和水平纠偏，完成纠偏环的上下左右运动。液压与电气配合实现的自动纠偏，以保证纠偏环的上下左右的位置。除此还有以下的要求：(1) 运动要平稳，纠偏环闭合时不应有冲击；(2)纠偏环保证位置后，在工作过程中液压机构应保持闭合压力，防止发泡物的发泡力带动纠偏环运动；(3)生产过程中，为保证安全生产，系统应设有锁紧回路。(4)水平和开合用的液压缸为同一组液压缸。2、工况分析工况如下表4-1所示：表4-1 纠偏机工况分析工况行程速度时间运动

42、部件加速度m/s空载下降空载上升100100100mm/s86mm/s1s1.17s6000N6000N0.1 m/s0.062 m/s带载下降带载上升10010077mm/s50mm/s2s3.34s约6200 N约6200 N0.025 m/s0.010 m/s空载左移空载右移4040100mm/s86mm/s1s1.17s3000N3000N0.1 m/s0.062 m/s带载左移带载右移3030100mm/s86mm/s1s1.17s约3200 N约3200 N0.025 m/s0.010 m/s3、外负载计算结果液压缸的负载Fg:工作载荷 由于本载荷是纠偏系统，工作载荷与纠偏的实际情

43、况有很大的联系，即夹克管与钢管的同芯情况，同轴度越好，则左右纠偏的负载就越小，上下纠偏中的向下纠偏的负载也就越小，而向上纠偏的负载只需承担钢管和夹克管及其中间的半固态泡沫的重量；另外，一般的情况下负载还与实际的生产行进情况有很大的联系，例如钢管的直径，夹克管的直径，钢管的移动速度，夹克管的生成速度，以及滚子式的定位传送滚道与纠偏机的距离等。综上所诉，纠偏机的负载是一个变化较大的值，此处暂且估计为500N。空载上升 F=F+F+F=6000+151*1.13=6170.63N 空载下降 F= F+F+F=6000+155.6*0.94=6146.264N带载下降 F= Fg+F+F+F=500+

44、6200+155.6*1.25=6894.5N带载上升 F= Fg+F+F+F=500+6200+155.6*1.25=6894.5N空载左移 F=F+F=3000+151*1.13=3170.63N 空载右移 F= F+F=3000+151*1.13=3170.63N带载左移 F= F+F=500+1000+151*1.13=3670.63N带载右移 F= F+F=500+1000+151*1.13=3670.63N 由以上数据进行查手册得：选用拉杆式液压缸拉杆式液压缸可根据工作压力不同选择不同臂厚的钢管，其内径加工精度高，重量轻，结构紧凑，安装形式多样；且易于变换。低速性好，具有稳定的缓冲

45、性能。压力范围从3.521Mpa，广泛用于轻工纺织，塑料加工农业等机械设备。经计算得上下带载移动时受力最大，故以此为计算数据。空载：Vmax=100mm/s a1 =0.025m/s2 F=6000*0.025=150N =1.33带载： Vmax=77mm/s a1 =0.1m/s2 F=6000*0.1=600N =1.33往复速比系数上下：F=150+6170.63=6320.63N F=600+6894.5=7494.5N左右：F=150+3170.63=3320.63N F=600+3670.63=4270.63N根据以上参数的计算，查阅生产厂家的产品手册后，确定：1）开合、左右移动的液压缸选用天津四方液压油缸有限公司的SFL系列的拉杆油缸，此套拉杆油缸为日本JIS,B8354标准。选用型号为SFL-2LB50C-70R85A。此型号的拉杆油缸的技术参数为：额定压力Pa=70kgf