防窜焊接滚轮架窜动检测及防窜控制系统设计【22张图纸】【机+电】【优秀】
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防窜焊接
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防窜焊接滚轮架窜动检测及防窜控制系统设计
33页 12000字数+说明书+开题报告+任务书+22张CAD图纸
任务书.doc
指导书.pdf
文献综述.doc
机械设计图纸16张.dwg
电气升降设计图纸6张.dwg
防窜焊接滚轮架窜动检测及防窜控制系统设计开题报告.doc
防窜焊接滚轮架窜动检测及防窜控制系统设计说明书.doc
目 录
摘 要I
AbstractII
1.绪 论1
1.1 国内外焊接滚轮架发展现状1
1.2课题的研究内容及意义2
2.防窜焊接滚轮架系统的结构设计及工作原理2
2.1 系统的结构设计2
2.2 系统的工作原理3
3.筒体轴向窜动的理论分析3
3.1 焊接过程中常出现的一些问题3
3.2 轴向窜动的主要原因4
3,3 滚轮架简体轴向窜动机理5
3.4 焊件不发生轴向窜动的充分条件6
4.筒体轴向窜动的检测、调节及执行机构设计7
4.1 轴向窜动检测7
4.2 调节方式的选择8
4.3 调节执行机构的调节原理9
4.4 升降装置的选型10
5.系统控制部分12
5.1 系统硬件部分设计12
5.1.1 PLC控制器13
5.1.2步进电机的计算与选型16
5.1.3 步进电机驱动器的选用21
5.1.4 联轴器的选择22
5.1.5 位移传感器选型23
5.1.6 限位开关选型23
5.1.7 控制面板的设计23
5.2 系统软件部分设计24
5.2.1 防窜控制模式选择24
5.2.2主程序控制图25
5.2.3 梯形图程序25
6.总 结29
参考文献30
文献综述31
摘 要
焊接滚轮架是在焊接生产中与焊接工序相配一种辅助装置。在大厚壁、大型化、高容量、耐磨蚀的锅炉、石油、化工压力容器的焊接过程中，由于筒体的几何形状的不规则（偏离理想回转体）和焊接滚轮架的制造安装误差等原因，筒体在滚轮架上转动时，会不可避免的发生轴向窜动，从而影响环缝的焊接质量。本课题从理论上深入分析了筒体在焊接过程中产生轴向窜动的主要原因，分析了筒体轴向位移的调节机理，同时提出了采用螺旋升降装置和步进电机传动，用PLC控制器以脉冲控制的方式使步进电机精准的控制升降台的上升和下降的位移。
此防窜焊接控制系统有效地解决了窄间隙埋弧焊、内壁堆焊的问题，智能化控制焊接过程中出现的轴向窜动，此设计实现了精密化、大型化、数字化、智能化等优点。不仅提高了生产效率而且确保批量生产过程中焊接质量的稳定性，节省因窜动进行人工调节的时间，减少劳动力，提高焊接的精度和质量，降低成本。
关键词:窜动理论分析 窜动检测 调节执行机构 硬件部分设计 软件部分设计
- 内容简介：
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重庆理工大学毕业论文 文献综述关于防窜焊接滚轮架的发展现状方敏摘要：简述防窜焊接滚轮架的轴向窜动原因，各种窜动检测方式的优缺点，防窜控制系统原理，防窜机械执行机构和未来的发展趋势。关键词：窜动原因 窜动检测 控制理论 执行机构 发展趋势1.焊件产生轴向窜动的主要原因 影响焊件做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线的平行度。焊接滚轮架的制造安装误差已有行业标准规定，误差的具体内容有滚轮的跨距、支承距、对角线长度、高度和偏角等允差，最终表现为螺旋角，因此筒体的轴向运动往往是不可避免的。由于制造、安装等原因，滚轮和工件之间存在的螺旋角是工件产生轴向运动的内在因素。因此，在制造和使用焊接滚轮架时，首先要尽量做到：主、从滚轮架都位于同一中心线上。各滚轮的轴线都在一个水平面内且相互平行。滚轮间距相等。2.焊件轴向窜动的检测我们的目的是要检测出焊件在轴线方向上的窜动位移，从原理上说，可以采取在焊件筒壁侧面检测方式和在焊件端面检测方式。筒壁侧面检测方式可以不受焊件端面误差的影响，但这种检测方式由于要去除筒壁的垂直旋转分量，再加上打滑、筒体表面粗糙、污物的影响，因此要制造出可靠的传感器来是不容易的。在焊件端面检测方式是目前贯用的检测方式，这种检测方法简单、易行，只要让传感器利用弹簧力顶住筒体端面，跟随焊件的轴向窜动即可。但这种检测方式不可避免地受到焊件端面与其轴心线垂直方向上凹凸不平的影响，因此要求对焊件的受测端面进行加工。但对大型焊件来讲，这种加工要求的精度越高，其困难和费用也就越大。能否降低对端面加工的要求，就显得重要起来。比如，工艺要求焊件的轴向窜动量不大于2mm，可是焊件的受测端面不平度却大于2mm，在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量防窜滚轮架是否实用的重要指标之一。对滚轮架本身来说，在端面误差很大的情况下，检测装置检测到的数据即使能保证防窜在允许波动的范围以内，但如果使用焊接设备机头部分没有自动跟踪装置的话，最终焊接出来的焊缝是“S” 形的，这种结果我们只能判定为不合格，所以我们要尽最大可能消除端面误差。为此提出了检测工件中心位置的方案。要解决这一问题并不困难，在检测焊件中心位置不变的前提下，只要在检测的过程中能避免如上所说的端面加工误差造成的影响就可以了。因此我们可以采用简单加工固定法，即使用一个小的平板。至于平板面积只需要根据焊件实际情况来定，设法固定在焊件的中心位置即可。当然条件是要使平板和焊件的轴线基本垂直。总的来说，使检测装置检测的是一个基本垂直于焊件轴线的平面，而不是在加工的圆周上就基本可以了。3. 控制理论(1)模糊控制 对于一个焊件，尤其对于一个大型焊件来说，要想确切地知道其检测端面相对于其轴心线的垂直度和不平度是比较困难的。硬性规定其端面加工误差不超过某值有时是不太现实的。在这种条件下，如何做到对不同的焊件都能达到防窜目的，甚至是零窜动，是关键之所在。对于像防窜滚轮架这类控制系统来讲，在影响焊件轴向窜动的不确定因素很多的情况下，我们可以借助于模糊控制这种手段来达到控制目的。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式，按照人的操作规则进行控制，也就是利用计算机来实现人的控制经验。模糊数学可以用来描述过程变量和控制作用量这类模糊概念及它们之间的关系，再根据这些模糊关系及每一时刻过程变量的检测值用模糊逻辑推理的方法得出该时刻的控制量。模糊化和精确的控制是辩证的关系，计算机仿照人的思维进行模糊控制，而人的大脑中的控制经验是由模糊条件语句构成的模糊控制规则。因此，需要把输入信号由精确量转化为模糊量。模糊化首先把输入信号的采样值转化到相应论域上的一个点(量程变换)，然后再把它转化为该论域上的一个模糊子集。与模糊化相反，解模糊化过程就是将推理过程中得到的模糊控制作用转化为精确的控制量。不过，对于受控焊件的检测端面误差大于防窜精度的控制系统来说，要实现焊件的防窜目的，仅用模糊控制论的方法来解决问题显然是不够的。因为焊件的端面误差已经大于防窜精度的要求，由传感器送来的偏移量究竟是由于焊件端面的误差造成的，还是由于焊件的轴向窜动引起的，计算机仅从送来的信号上是无法区别的，况且不同焊件的误差尺寸和形状都是不一样的。为此，在这里我们引入了自适应控制方法。(2)自适应控制 自适应控制具有修正本身特性参数以适应被对象和扰动的动态特性变化的能力。在自适应系统中，我们采用的算法是“参数追踪算法”。即计算机对送来的信号进行自动追踪和预设动做阀值，这些参数在控制过程中都不是固定不变的。通俗一点说，就是先让计算机记住焊件的端面形状，然后再分辨出真正的窜动量。这样一来问题就简单了，只要做到对窜动量进行控制而对端面误差不与理睬即可。顺着这一思路，经过一段时间的调节，我们就可以做到焊件在其轴向上的“零窜动”自适应过程的时间长短视焊件端面误差而定，对于端面误差在5mm的焊件，大约15min后即可把窜动量限制在2mm以内，大约经过0.5h后即可做到使焊件保持“零窜动”。(3)控制理论的实现我们是在可编程序控制器PLC上实现上述控制理论的。虽说PLC编程语句和相应的函数功能不够丰富，但从原理上说，只要具备记忆功和判断功能，就能实现我们想要的控制算法。我们之所以选择PLC，就是能因为PLC这一产品已适应于工业控制，况且它也具备计算机所应具备的一些基本功能。实践也证明了这一选择是正确的。综上所述：窜动检测采用检测筒体中心位置，借助模糊控制理念，通过位移传感器，实时将焊件的轴向窜动情况反馈给PLC，然后由PLC根据通过D/A转换过来的数字量，同时以外在给定的一些条件,如：主动轮和被动轮之间的间距、主动轮转速、安全区设定值等条件来判断给出多少脉冲量、调整频率的快慢，进行纠偏装置的调整。通过不断的实时判断和调整，使窜动趋势减弱。在调整过程中根据实际的窜动趋势，PLC进行着该不该给出调整量这一控制。直至焊件回窜进入安全区域的时候，将近零位时进行一次适量的反调整，以保证工件不至于进入另一方向的反窜情况。经过几次反复调整来回震荡，最终使焊件在一定的范围内稳定运转，也就达到了最终的控制目的。4、防窜机械执行机构实际上，焊件在滚轮架上的轴向窜动，其焊件本身是在作螺旋运动，如能采取措施，把焊件的左旋及时地改为右旋或将右旋改为左旋，直至焊件不再作螺旋运动为止。 目前，已有三种执行机构可完成此任务： （1）顶升式执行机构 从动滚轮架的一侧滚轮可以做升降运动，使焊件轴线发生偏移，同时也使焊件自重产生的轴向分量发生变化，从而实现螺旋角的改变的，其调节量为：0= (1 + cos)oo/(2l) = (1 - cos)oo/l式中， l为跨距，以上两式说明在升降式调节的调节量中，存在协调与非协调两种成分。这种调节方式其优点是调节灵敏度较高，缺点是制造成本高，体积大。（2）偏移式执行机构 从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏移，以此改变滚轮与焊件的轴向摩擦分力。其调节量为0=oocos(/2)/l = 0 因此平移式调节产生的调节量全部由协调成分构成这种调节方式其优点是灵敏度高，但最大的缺点是对滚轮的磨损太大。（3）平移式执行机构 通过偏转机构使某一从动滚轮绕AA轴转过一定的角度，从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的。若安装时满足下列关系：+ (/2) =/2 则偏转角即为螺旋角,其调节量为0=/4 =上式说明在偏转式调节的调节量中,主要由非协调成分构成.这种调节方式其优点是稳定性好，制造成本低，结构简单，不占用额外的安装空间。 升降式调节 平移式调节 偏转式调节调节方式的比较由于调节所产生的非协调成分将导致筒体与滚轮间的轴向力和摩擦滑动,容易使筒体擦伤,并加剧滚轮轮面的磨损.因此从调节量的组成来看,在三种调节方式中以平移式为优,而且平移式机构的横向尺寸较小,适于工作场地受限制的场合.但平移式调节要求两个从动滚轮同步水平移动,滚轮架的吨位不能太大.从调节的灵敏度来看,由于筒体重力可自然消除举升机构传动链上的往复运动间隙,因此在三种调节方式中以升降式为优,而平移式和偏转式机构均需采取专门措施来消除其传动链上的往复间隙,特别是低速级的间隙.此外,两个举升机构组合起来还可作为装配滚轮架使用.从对焊接过程的影响来看,则以偏转式为优,因为升降式和平移式机构在调节时均要改变筒体轴线的位置,特别是当焊缝位于从动滚轮一侧时,影响更大.偏转式调节的缺点是,由于希望能够对支承距s进行无级调节,以所要求的关系,从而增加了机构的复杂性;否则在调节过程中,偏转滚轮将直接对筒体产生方向不定的轴向推力,加剧滚轮轮面的磨损,并增大偏转机构的功率.其次是在调节量中非协调成分占的比例大,对于滚轮架的制造安装误差要求更严格. 防轴窜焊接滚轮架三种机械调节方式的综合比较比较内容升降式调节偏转式调节平移式调节调节方式特点通过一个滚轮的升降改变螺旋角通过一个滚轮的偏转改变螺旋角通过两个滚轮的平移改变螺旋角调节性质含有协调与非协调分量两种成分只含有非协调分量一种成分只含有协调分量一种成分轴向力调节产生一定的轴向力调节产生较大的轴向力调节不产生轴向力轮面与筒体的磨损居中较大较小机械往复运动间隙筒体重力自然消除往复运动间隙需采取专门措施消除往复间隙 需采取专门措施消除往复间隙 机构横向尺寸较大居中较小支承距的调节不必无级调节必需无级调节不必无级调节对焊接过程的影响从动轮一侧稍有影响无影响从动轮一侧稍有影响其它用途组合后可用作对接装配滚轮架 无无5、当代世界焊接装备的发展水平和趋势（1）精密化! 精密化的内涵包括高精度、高质量和高可靠性。（2）大型化! 焊接装备的大型化是焊接结构向高参数、重型化和大型化发展的需要。（3）多功能化! 为充分发挥自动化焊接设备的效率，一台焊接装备可按工艺要求装备各种焊头，如单丝和多丝埋弧焊，单丝或双丝窄间隙埋弧焊头。参考文献1李佳慧防轴向位移焊接滚轮架控制系统的设计与研究J长春大学学报.19992颜平录.如何制造焊件轴向零窜动的焊接滚轮架J.无锡阳通机械有限公司技术中心.20033马杭 ,朱亮等.关于防轴窜焊接滚轮架的研究J.焊接学报.19984罗生梅，陈利.焊接滚轮架上工件轴向窜动防窜机理研究J.机床与液压.20075沈风刚，薛锦.焊接滚轮架上工件轴向运动调节机理研究J.西安交通大学学报.19986马杭，王政.防轴窜焊接滚轮架的进一步研究J.甘肃工业大学学报.19977段树桐.GLF-160防窜滚轮架微机控制系统的研究J.甘肃科学学报.19978张爱华等.防轴窜焊接滚轮架微机控制系统J.甘肃工业大学学报.19949曹旋战.滚轮架地方标准的修
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