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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 便攜式管相貫線(xiàn)切割機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 管件相貫線(xiàn)廣泛應(yīng)用于空間鋼結(jié)構(gòu)、海洋采油平臺(tái)、造船等行業(yè)，其相貫線(xiàn)形狀及焊接坡口切割質(zhì)量直接影響著施工質(zhì)量。管件相貫線(xiàn)不僅形狀復(fù)雜，而且其上面的焊接坡口角隨著相貫線(xiàn)位置不同而變化，手工切割難以保證質(zhì)量，通常需要數(shù)控切割。 現(xiàn)有的數(shù)控相貫線(xiàn)切割機(jī)體積龐大、難以在施工現(xiàn)場(chǎng)使用；運(yùn)動(dòng)復(fù)雜（需要4～5個(gè)自由度）、價(jià)格昂貴（幾十萬(wàn)，甚至上百萬(wàn)人民幣），廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)主要依靠租賃方式使用該數(shù)控設(shè)備。 本便攜式管相貫線(xiàn)切割機(jī)器人采用3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，通過(guò)建立特殊運(yùn)動(dòng)模型、以巧妙的機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相貫線(xiàn)及其焊接坡口的切割，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉、方便施工現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)點(diǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 在管道輸油、輸氣、輸水工程、海洋采油平臺(tái)、江河湖海施工中的大型機(jī)架平臺(tái)及屋架、橋梁等空間鋼結(jié)構(gòu)中，存在著大量的鋼管相貫連接結(jié)構(gòu)。這些空間桁架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量取決于各連接管件之間的相貫線(xiàn)焊接質(zhì)量，而確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵在于管件相貫線(xiàn)及其焊接坡口的切割質(zhì)量，因此管件相貫線(xiàn)形狀及相應(yīng)的焊接坡口是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵。 管件相貫線(xiàn)切割的難點(diǎn)在于相貫線(xiàn)上的焊接坡口角不是一個(gè)定值，而是隨相貫線(xiàn)的位置角而變化。目前進(jìn)行管件切割的方法有兩類(lèi)，即手工切割和數(shù)控切割。 手工相貫線(xiàn)切割通常采用相貫線(xiàn)展開(kāi)法，先經(jīng)過(guò)人工放樣、劃線(xiàn)，然后進(jìn)行手工切割。由于手工切割時(shí)形成的貫線(xiàn)凹凸不平，經(jīng)常需要人工打磨工序，同時(shí)手工切割難以保證貫線(xiàn)焊接坡口角，極大地影響了施工質(zhì)量。另外，手工切割要求工人技術(shù)水平要很高，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工效率低。目前許多中小型企業(yè)對(duì)于簡(jiǎn)單鋼結(jié)構(gòu)工程，仍采用這種手工切割方法。 數(shù)控切割設(shè)備一般具有4～5個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，工作時(shí)被加工管件需要通過(guò)三爪夾盤(pán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)（大型管件搬運(yùn)、旋轉(zhuǎn)較困難，而且對(duì)于大直徑管件，這種設(shè)備將更加龐大），切割頭安裝在與工件軸線(xiàn)相平行的導(dǎo)軌小車(chē)上或龍門(mén)架上，這類(lèi)設(shè)備的結(jié)構(gòu)龐大，占地面積也很大，設(shè)備搬運(yùn)困難，難以在施工現(xiàn)場(chǎng)使用，而且這種數(shù)控切割機(jī)的售價(jià)很高，一般在幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)人民幣不等，難以為中小企業(yè)所接受；此外，這類(lèi)設(shè)備運(yùn)功自由度多，操作復(fù)雜，只有受過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員才能操作。目前中小型企業(yè)主要依靠租賃方式來(lái)使用這類(lèi)設(shè)備。 本項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)的便攜式管相貫線(xiàn)切割機(jī)器人采用3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)大型數(shù)控切割設(shè)備要用4～5個(gè)自由度才能實(shí)現(xiàn)的管相貫線(xiàn)切割，本機(jī)器人通過(guò)繞管件外壁爬行實(shí)現(xiàn)切割，因此其不受管件直徑限制，實(shí)現(xiàn)小型機(jī)切割大管件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉，便于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。 本切割機(jī)器人解決了廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)能夠用得起數(shù)控切割設(shè)備的問(wèn)題，結(jié)束了中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)手工切割貫線(xiàn)的歷史，對(duì)提高鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，保證工程安全性有重要意義。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 針對(duì)目前數(shù)控火焰切割機(jī)體積大、價(jià)格高，難以在施工現(xiàn)場(chǎng)使用、難以為廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)所接受的現(xiàn)狀，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的便攜式管相貫線(xiàn)切割機(jī)器人。 本便攜式管相貫線(xiàn)切割機(jī)器人具有三個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，包括圍繞管件外壁的爬行運(yùn)動(dòng)、沿管件軸向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)及割炬的回?cái)[運(yùn)動(dòng)，通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)相貫線(xiàn)及其焊接坡口的切割。本機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉，便于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用，是廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)理想的數(shù)控貫線(xiàn)切割設(shè)備。 創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵： （1）本機(jī)器人用3個(gè)自由度解決了傳統(tǒng)數(shù)控切割機(jī)要用4～5個(gè)自由度才能實(shí)現(xiàn)的貫線(xiàn)切割運(yùn)動(dòng)，大大降低了數(shù)控貫線(xiàn)切割機(jī)的成本，結(jié)束了中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)手工切割貫線(xiàn)的歷史，解決了廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)能夠用得起數(shù)控切割設(shè)備的問(wèn)題。 （2）本機(jī)器人沿管外壁爬行，不受管徑限制，實(shí)現(xiàn)小型機(jī)切割大管件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉，便于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。解決了目前市場(chǎng)上的貫線(xiàn)切割機(jī)體積大，難以在現(xiàn)場(chǎng)使用的難題。 （3）采用內(nèi)置DSP控制系統(tǒng)，操作方便。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)有的數(shù)控貫線(xiàn)切割機(jī)（如法因公司、四海公司、上海通用重工、日本三菱等企業(yè)產(chǎn)品）是通過(guò)三爪夾盤(pán)帶動(dòng)管件旋轉(zhuǎn)，體積龐大（管件直徑越大，該機(jī)結(jié)構(gòu)將更大）、運(yùn)動(dòng)復(fù)雜（需要4～5個(gè)自由 度）、價(jià)格昂貴（幾十萬(wàn)，甚至上百萬(wàn)人民幣），難以在施工現(xiàn)場(chǎng)使用，廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)主要依靠租賃方式使用該數(shù)控設(shè)備。 本作品采用磁性滾輪吸附、圍繞管件外壁行走，其體積不會(huì)因管件直徑增加而加大；采用3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)貫線(xiàn)切割，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低、可以方便在施工現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)點(diǎn)，克服了目前數(shù)控貫線(xiàn)切割機(jī)的缺陷。 參考文獻(xiàn)： [1]數(shù)控管子相貫線(xiàn)火焰切割機(jī)的研制.焊接技術(shù)，2006（2）。 [2]五軸數(shù)控火焰切管機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)研制.機(jī)械科學(xué)與技術(shù).2008(2) [3]基于PMAC的數(shù)控管切割機(jī)的開(kāi)發(fā).石油機(jī)械，2004（2）。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年獲第七屆挑戰(zhàn)杯省級(jí)大學(xué)生科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng) 獲校級(jí)2008年第十七屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 作品構(gòu)思于06年，通過(guò)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真，首臺(tái)樣機(jī)問(wèn)世于07年，經(jīng)多次改進(jìn)，目前處于中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 目前市場(chǎng)上還沒(méi)有此類(lèi)設(shè)備，本設(shè)備將有償技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 提供實(shí)物樣機(jī)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，播放施工現(xiàn)場(chǎng)切割錄像。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 便攜式管貫線(xiàn)切割機(jī)器人采用嵌入式DSP控制系統(tǒng)，只需輸入管件直徑、厚度、偏心距及交角參數(shù)，無(wú)需復(fù)雜編程，操作方便，在施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單介紹，即可掌握操作。 本機(jī)器人沿被切割管件外壁爬行，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉、便于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)點(diǎn)。 本機(jī)器人將結(jié)束中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)手工切割貫線(xiàn)的歷史，解決了廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)能夠用得起數(shù)控切割設(shè)備的問(wèn)題。對(duì)提高了中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的施工質(zhì)量、保證工程安全具有重要意義，將具有廣泛的應(yīng)用前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 在管道輸油、輸氣、輸水工程、海洋采油平臺(tái)、江河湖海施工中大型機(jī)架平臺(tái)及屋架、橋梁等空間鋼結(jié)構(gòu)中存在著大量的管-管相貫連接的結(jié)構(gòu)，即通常所說(shuō)的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)?？臻g網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量取決于各連接管件之間的相貫線(xiàn)的焊接質(zhì)量，而確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵在于管件相貫線(xiàn)及其焊接坡口的切割質(zhì)量，因此管件相貫線(xiàn)形狀及相應(yīng)的焊接坡口角是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵。管件相貫線(xiàn)切割難點(diǎn)在于：相貫線(xiàn)上的焊接坡口角不是一個(gè)定值，而是隨著相貫線(xiàn)的位置角變化而變化。目前進(jìn)行管件相貫線(xiàn)切割的方法主要有手工切割和數(shù)控切割。 手工切割難以保證切割質(zhì)量。手工相貫線(xiàn)切割通常采用相貫線(xiàn)展開(kāi)法，經(jīng)過(guò)人工放樣、劃線(xiàn)、手工切割等工序。由于手工切割時(shí)形成的相貫線(xiàn)割縫凹凸不平，經(jīng)常需要人工打磨，同時(shí)手工切割難以保證焊接坡口角，直接影響了施工質(zhì)量。另外，手工切割要求工人技術(shù)水平很高，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工效率低。目前對(duì)于簡(jiǎn)單鋼結(jié)構(gòu)工程，許多中小型企業(yè)還采用這種手工切割方法。 數(shù)控切割設(shè)備一般具有4～5個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，如法因數(shù)控公司、四海數(shù)控公司、上海通用重工、日本三菱等國(guó)內(nèi)外企業(yè)產(chǎn)品。該設(shè)備工作時(shí)，被加工管件需要通過(guò)三爪夾盤(pán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn), 切割頭安裝在與被切割管件軸線(xiàn)相平行的導(dǎo)軌小車(chē)上或龍門(mén)架上，被切割管件直徑越大，這種設(shè)備的體積將更加龐大。通常這類(lèi)數(shù)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)體積龐大，占地面積也很大，設(shè)備搬運(yùn)困難，難以在施工現(xiàn)場(chǎng)使用；這種數(shù)控切割機(jī)的運(yùn)功自由度多，操作復(fù)雜，只有受過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員才能操作；而且其售價(jià)很高，一般在幾十萬(wàn)到上百萬(wàn)人民幣不等，難以為中小企業(yè)所接受，目前中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)主要依靠租賃方式來(lái)使用這類(lèi)設(shè)備。 可以看出，要提高鋼結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量，保證工程安全，采用數(shù)控切割相貫線(xiàn)勢(shì)在必行，而開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低、能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)方便使用的便攜式相貫線(xiàn)切割機(jī)器人必然具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)廣大中小型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種夢(mèng)寐以求的理想設(shè)備。 本作品正是在這種背景下開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型數(shù)控相貫線(xiàn)切割設(shè)備，由于本機(jī)器人采用圍繞被切割管件外壁行走，相當(dāng)于將被切割管件作為工作臺(tái)使用，因此其體積不會(huì)因管件直徑增加而增加，同時(shí)采用3自由度切割貫線(xiàn)，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、便于在施工現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)勢(shì)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
