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重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動(dòng)檢測(cè)及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1.緒 論 1
1.1 國內(nèi)外焊接滾輪架發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2課題的研究內(nèi)容及意義 2
2.防竄焊接滾輪架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理 2
2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.2 系統(tǒng)的工作原理 3
3.筒體軸向竄動(dòng)的理論分析 3
3.1 焊接過程中常出現(xiàn)的一些問題 3
3.2 軸向竄動(dòng)的主要原因 4
3,3 滾輪架簡體軸向竄動(dòng)機(jī)理 5
3.4 焊件不發(fā)生軸向竄動(dòng)的充分條件 6
4.筒體軸向竄動(dòng)的檢測(cè)、調(diào)節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
4.1 軸向竄動(dòng)檢測(cè) 7
4.2 調(diào)節(jié)方式的選擇 8
4.3 調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)原理 9
4.4 升降裝置的選型 10
5.系統(tǒng)控制部分 12
5.1 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 12
5.1.1 PLC控制器 13
5.1.2步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 16
5.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選用 21
5.1.4 聯(lián)軸器的選擇 22
5.1.5 位移傳感器選型 23
5.1.6 限位開關(guān)選型 23
5.1.7 控制面板的設(shè)計(jì) 23
5.2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 24
5.2.1 防竄控制模式選擇 24
5.2.2主程序控制圖 25
5.2.3 梯形圖程序 25
6.總 結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
文獻(xiàn)綜述 31
摘 要
焊接滾輪架是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配一種輔助裝置。在大厚壁、大型化、高容量、耐磨蝕的鍋爐、石油、化工壓力容器的焊接過程中，由于筒體的幾何形狀的不規(guī)則（偏離理想回轉(zhuǎn)體）和焊接滾輪架的制造安裝誤差等原因，筒體在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)不可避免的發(fā)生軸向竄動(dòng)，從而影響環(huán)縫的焊接質(zhì)量。本課題從理論上深入分析了筒體在焊接過程中產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要原因，分析了筒體軸向位移的調(diào)節(jié)機(jī)理，同時(shí)提出了采用螺旋升降裝置和步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，用PLC控制器以脈沖控制的方式使步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)的控制升降臺(tái)的上升和下降的位移。
此防竄焊接控制系統(tǒng)有效地解決了窄間隙埋弧焊、內(nèi)壁堆焊的問題，智能化控制焊接過程中出現(xiàn)的軸向竄動(dòng)，此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了精密化、大型化、數(shù)字化、智能化等優(yōu)點(diǎn)。不僅提高了生產(chǎn)效率而且確保批量生產(chǎn)過程中焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，節(jié)省因竄動(dòng)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的時(shí)間，減少勞動(dòng)力，提高焊接的精度和質(zhì)量，降低成本。
關(guān)鍵詞:竄動(dòng)理論分析 竄動(dòng)檢測(cè) 調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 硬件部分設(shè)計(jì) 軟件部分設(shè)計(jì)
Abstract
Welding roller bed is in the welding production and welding process to match an auxiliary device The Welding and Production in the big Thick-Cliff、The Large-Scale、High-Content、Endure-Ablation of the pressure vessel of the Boiler、Oil、chemical,because of reason of the abnormity of geometry-form of the cylinder (departure ideal gyration object)and the error of the manufacture-installation ,the cylinder wheel on the roller bed,inevitably it will occur axial drifting,so that affect the welding quality. This topic of cylinder were analyzed theoretically in the welding process to produce axial channeling move, the main reason of the regulation mechanism of cylinder axial displacement are analyzed, at the same time puts forward adopting spiral lifting gear and step motor driving, PLC controller to control by means of pulse to make precise stepper motor control displacement of the rise and fall of the lifting platform.
The anti channeling welding control system can effectively solve the narrow gap submerged arc welding, the welding problem, intelligent control in the welding process of the axial channeling move, this design implements the motors, large-scale, digital and intelligent advantages. Not only improves the production efficiency and ensure the stability of welding quality in mass production process, save for channeling manually adjust time, reduce the labor force, improve the accuracy of welding and quality, reduce costs.
Key words: Dynamic analysis The axial dynamic detection Adjust the actuator The hardware part of the design Software part design
0
1 緒 論
1.1 國內(nèi)外焊接滾輪架發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著我國改革開放進(jìn)程的深化，隨著中外合作合作生產(chǎn)和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品日益增多，促進(jìn)了我國焊接結(jié)構(gòu)用量的迅速增加。尤其是為滿足我國石油、化工、交通、能源等工業(yè)的迅猛發(fā)展，大厚壁、大型化、高容量、耐磨蝕、耐動(dòng)載的鍋爐、石油、化工壓力容器的用量更是日益增加，其接頭的焊接質(zhì)量要求也越來越高，并且在實(shí)際生產(chǎn)中要求有較高的生產(chǎn)效率。
重慶理工大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
題目 防竄焊接滾輪架：竄動(dòng)檢測(cè)及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（任務(wù)起止日期2013年2月25日～2013年6月14日）
機(jī) 械 工 程 學(xué) 院
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 109040205 班
學(xué)生姓名 方 敏 學(xué) 號(hào) 10904020506
指導(dǎo)教師 系（教研室）主任
院 長
課題內(nèi)容：
1、完成防竄滾輪架整體方案的制定；
2、完成傳感器和控制器的選擇；
3、完成竄動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)；
4、完成防竄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；
（機(jī)械部分設(shè)計(jì)包括裝配圖和零件圖；控制部分設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)）
課題任務(wù)要求：
1、針對(duì)課題內(nèi)容撰寫文獻(xiàn)綜述；
2、完成一篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯；
3、完成指定的課題內(nèi)容；
4、在完成上述工作基礎(chǔ)上，撰寫設(shè)計(jì)說明書；
5、畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。
主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定）：
1. 焊接工裝設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社
2. 根據(jù)關(guān)鍵詞《滾輪架》查閱[維普]中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫和[cnki]中文學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫
同組設(shè)計(jì)者
注：1、此任務(wù)書應(yīng)由指導(dǎo)教師填寫。
2、此任務(wù)書最遲必須在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始前一周下達(dá)給學(xué)生。
學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表
序
號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù)
工作進(jìn)度日程安排
2013學(xué)期 周次
1~6
1~8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
資料收集，完成開題報(bào)告等
2012.12~2013.1
2
正式設(shè)計(jì)
3
撰寫畢業(yè)論文和準(zhǔn)備答辯
4
畢業(yè)答辯
5
6
7
8
9
注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫；
2、此表每個(gè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)；
3、進(jìn)度安排請(qǐng)用“—”在相應(yīng)位置畫出。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段工作情況檢查表
時(shí)間
第一階段
第二階段（1～14周）
第三階段（15～17周）
內(nèi)容
組織紀(jì)律
完成任務(wù)情況
組織紀(jì)律
完成任務(wù)情況
組織紀(jì)律
完成任務(wù)情況
檢
查
情
況
教師簽字
簽字 日期
簽字 日期
簽字 日期
注：1、此表應(yīng)由教師認(rèn)真填寫；
2、“組織”紀(jì)律一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫；
3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫；
4、對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出警告或不能參加答辯的建議。
重 慶 理 工 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告
題 目 防竄焊接滾輪架：竄動(dòng)檢測(cè)及防竄控制
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 109040205
姓 名 方敏 學(xué) 號(hào) 10904020506
指導(dǎo)教師 系 主 任
時(shí) 間 2013年3月
1、 本課題的研究目的及意義
目前在機(jī)械焊接行業(yè)中，焊接滾輪架的軸向竄動(dòng)問題一直是各大企業(yè)及各使用者所關(guān)心的重要問題，由于要加工復(fù)雜不規(guī)則的工件，工件在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的竄動(dòng)，若不進(jìn)行防竄處理，出現(xiàn)的竄動(dòng)量大便無法進(jìn)行焊接。本課題就上述問題進(jìn)行防竄控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和竄動(dòng)的檢測(cè)，希望通過此次的討論與分析、查閱資料、找出其竄動(dòng)的原因，提出解決方案，能夠更好的制造出無竄動(dòng)的滾輪架，使得防竄動(dòng)滾輪架在生產(chǎn)技術(shù)上和綜合指標(biāo)上都有進(jìn)一步發(fā)展，以更好的防止工件在旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)軸向竄動(dòng)，增加焊接的精度和質(zhì)量，降低成本，同時(shí)也提高我們自己個(gè)人對(duì)于這方面的知識(shí)。
2、 本人對(duì)課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析
任務(wù)要求：1、針對(duì)課題內(nèi)容撰寫文獻(xiàn)綜述；
2、完成一篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯；
3、完成防竄滾輪架整體方案的制定；
4、完成傳感器和控制器的選擇；
5、完成竄動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)；
6、完成防竄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（機(jī)械部分設(shè)計(jì)包括裝配圖和零件圖；控制部分 設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)）
7、在完成上述工作基礎(chǔ)上，撰寫設(shè)計(jì)說明書；
可行性分析：本課題是為了完成防串焊接滾輪架竄動(dòng)檢測(cè)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)所學(xué)的專業(yè)課程(機(jī)電一體化，機(jī)械傳動(dòng)控制，機(jī)械制圖，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，數(shù)控技術(shù)等)，以及自己查閱的各種文獻(xiàn)和相關(guān)書籍，結(jié)合原來所做過的課程設(shè)計(jì)完成所需實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是可行的。
3、 本課題的關(guān)鍵問題及解決問題的思路
關(guān)鍵問題：
（1）由于側(cè)面檢測(cè)和端面檢測(cè)都有較大誤差，尋找一種竄動(dòng)檢測(cè)誤差最小甚至為零的竄動(dòng)檢測(cè)方式，并彌補(bǔ)控制理論的缺點(diǎn)。
（2）如何選擇合適的傳感器及控制器，使整個(gè)調(diào)節(jié)過程迅速和誤差小。
（3）設(shè)計(jì)一種簡單易行靈敏度高和誤差小的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
解決思路：
側(cè)面檢測(cè)是由于工件本身所引起的誤差，端面檢測(cè)是由于端面的不平行度的引起的誤差，因此，解決思路是檢測(cè)工件的軸心，這樣能避免端面檢測(cè)所引起的誤差。閱讀傳感器及控制器相關(guān)手冊(cè)，選擇誤差小靈敏度高的傳感器和控制器就行。
對(duì)于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，目前比較好的就升降式調(diào)節(jié)，在此基礎(chǔ)上將其結(jié)構(gòu)該進(jìn)，使其靈敏度高，反應(yīng)快，調(diào)節(jié)誤差小就行。
4、 完成本課題所需的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法
（1）計(jì)算機(jī)：用于Auto CAD 繪圖和查閱電子文獻(xiàn)資料等，利用自備的筆記本電腦或者上學(xué)校機(jī)房所開放的電腦；
（2） 工具書：其中包括書籍著作文獻(xiàn)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和期刊報(bào)紙等，可以運(yùn)用以前的上課教輔資料、圖書館的資源、網(wǎng)上查詢的資料和購買所需相關(guān)書籍；
（3） 若需要實(shí)驗(yàn)和調(diào)研等，可以向?qū)W校申請(qǐng)利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室等資源。
5、 工作方案分析及進(jìn)度計(jì)劃
（1）工作方案
首先，確定課題題目，針對(duì)課題任務(wù)書進(jìn)行資料收集并熟悉課題相關(guān)內(nèi)容， 完成開題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯和文獻(xiàn)綜述；其次，在上一個(gè)基礎(chǔ)上完成具體的整體方案 設(shè)計(jì)的制定及論證，并選擇好傳感器和控制器及竄動(dòng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)；最后完成資料整理及準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
（2）進(jìn)度計(jì)劃
1--4周完成資料收集、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述和外文翻譯等任務(wù)，做好準(zhǔn)備工作；
5周完成防竄滾輪架整體方案的制定；
6周完成傳感器的選擇；
7周完成控制器的選擇；
8--9周完成竄動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)；
10--12完成防竄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分硬件設(shè)計(jì)；
12--14完成防竄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分軟件設(shè)計(jì)；
15--16周撰寫畢業(yè)論文和準(zhǔn)備答辯；
17周畢業(yè)答辯。
報(bào)告人：
年 月 日
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
年 月 日
開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。
重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 文獻(xiàn)綜述
關(guān)于防竄焊接滾輪架的發(fā)展現(xiàn)狀
方敏
摘要：簡述防竄焊接滾輪架的軸向竄動(dòng)原因，各種竄動(dòng)檢測(cè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，防竄控制系統(tǒng)原理，防竄機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和未來的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：竄動(dòng)原因 竄動(dòng)檢測(cè) 控制理論 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 發(fā)展趨勢(shì)
1.焊件產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要原因
影響焊件做軸向竄動(dòng)的主要原因是滾輪各軸線與焊件軸線的平行度。焊接滾輪架的制造安裝誤差已有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，誤差的具體內(nèi)容有滾輪的跨距、支承距、對(duì)角線長度、高度和偏角等允差，最終表現(xiàn)為螺旋角，因此筒體的軸向運(yùn)動(dòng)往往是不可避免的。由于制造、安裝等原因，滾輪和工件之間存在的螺旋角是工件產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在因素。因此，在制造和使用焊接滾輪架時(shí)，首先要盡量做到：①主、從滾輪架都位于同一中心線上。②各滾輪的軸線都在一個(gè)水平面內(nèi)且相互平行。③滾輪間距相等。
2.焊件軸向竄動(dòng)的檢測(cè)
我們的目的是要檢測(cè)出焊件在軸線方向上的竄動(dòng)位移，從原理上說，可以采取在焊件筒壁側(cè)面檢測(cè)方式和在焊件端面檢測(cè)方式。筒壁側(cè)面檢測(cè)方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測(cè)方式由于要去除筒壁的垂直旋轉(zhuǎn)分量，再加上打滑、筒體表面粗糙、污物的影響，因此要制造出可靠的傳感器來是不容易的。在焊件端面檢測(cè)方式是目前貫用的檢測(cè)方式，這種檢測(cè)方法簡單、易行，只要讓傳感器利用彈簧力頂住筒體端面，跟隨焊件的軸向竄動(dòng)即可。但這種檢測(cè)方式不可避免地受到焊件端面與其軸心線垂直方向上凹凸不平的影響，因此要求對(duì)焊件的受測(cè)端面進(jìn)行加工。但對(duì)大型焊件來講，這種加工要求的精度越高，其困難和費(fèi)用也就越大。能否降低對(duì)端面加工的要求，就顯得重要起來。比如，工藝要求焊件的軸向竄動(dòng)量不大于±2mm，可是焊件的受測(cè)端面不平度卻大于±2mm，在這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動(dòng)是衡量防竄滾輪架是否實(shí)用的重要指標(biāo)之一。對(duì)滾輪架本身來說，在端面誤差很大的情況下，檢測(cè)裝置檢測(cè)到的數(shù)據(jù)即使能保證防竄在允許波動(dòng)的范圍以內(nèi)，但如果使用焊接設(shè)備機(jī)頭部分沒有自動(dòng)跟蹤裝置的話，最終焊接出來的焊縫是“S” 形的，這種結(jié)果我們只能判定為不合格，所以我們要盡最大可能消除端面誤差。
為此提出了檢測(cè)工件中心位置的方案。要解決這一問題并不困難，在檢測(cè)焊件中心位置不變的前提下，只要在檢測(cè)的過程中能避免如上所說的端面加工誤差造成的影響就可以了。因此我們可以采用簡單加工固定法，即使用一個(gè)小的平板。至于平板面積只需要根據(jù)焊件實(shí)際情況來定，設(shè)法固定在焊件的中心位置即可。當(dāng)然條件是要使平板和焊件的軸線基本垂直?？偟膩碚f，使檢測(cè)裝置檢測(cè)的是一個(gè)基本垂直于焊件軸線的平面，而不是在加工的圓周上就基本可以了。
3. 控制理論
(1)模糊控制
對(duì)于一個(gè)焊件，尤其對(duì)于一個(gè)大型焊件來說，要想確切地知道其檢測(cè)端面相對(duì)于其軸心線的垂直度和不平度是比較困難的。硬性規(guī)定其端面加工誤差不超過某值有時(shí)是不太現(xiàn)實(shí)的。在這種條件下，如何做到對(duì)不同的焊件都能達(dá)到防竄目的，甚至是零竄動(dòng)，是關(guān)鍵之所在。對(duì)于像防竄滾輪架這類控制系統(tǒng)來講，在影響焊件軸向竄動(dòng)的不確定因素很多的情況下，我們可以借助于模糊控制這種手段來達(dá)到控制目的。模糊控制就是利用計(jì)算機(jī)模擬人的思維方式，按照人的操作規(guī)則進(jìn)行控制，也就是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)。模糊數(shù)學(xué)可以用來描述過程變量和控制作用量這類模糊概念及它們之間的關(guān)系，再根據(jù)這些模糊關(guān)系及每一時(shí)刻過程變量的檢測(cè)值用模糊邏輯推理的方法得出該時(shí)刻的控制量。模糊化和精確的控制是辯證的關(guān)系，計(jì)算機(jī)仿照人的思維進(jìn)行模糊控制，而人的大腦中的控制經(jīng)驗(yàn)是由模糊條件語句構(gòu)成的模糊控制規(guī)則。因此，需要把輸入信號(hào)由精確量轉(zhuǎn)化為模糊量。模糊化首先把輸入信號(hào)的采樣值轉(zhuǎn)化到相應(yīng)論域上的一個(gè)點(diǎn)(量程變換)，然后再把它轉(zhuǎn)化為該論域上的一個(gè)模糊子集。與模糊化相反，解模糊化過程就是將推理過程中得到的模糊控制作用轉(zhuǎn)化為精確的控制量。不過，對(duì)于受控焊件的檢測(cè)端面誤差大于防竄精度的控制系統(tǒng)來說，要實(shí)現(xiàn)焊件的防竄目的，僅用模糊控制論的方法來解決問題顯然是不夠的。因?yàn)楹讣亩嗣嬲`差已經(jīng)大于防竄精度的要求，由傳感器送來的偏移量究竟是由于焊件端面的誤差造成的，還是由于焊件的軸向竄動(dòng)引起的，計(jì)算機(jī)僅從送來的信號(hào)上是無法區(qū)別的，況且不同焊件的誤差尺寸和形狀都是不一樣的。為此，在這里我們引入了自適應(yīng)控制方法。
(2)自適應(yīng)控制
自適應(yīng)控制具有修正本身特性參數(shù)以適應(yīng)被對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性變化的能力。在自適應(yīng)系統(tǒng)中，我們采用的算法是“參數(shù)追蹤算法”。即計(jì)算機(jī)對(duì)送來的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)追蹤和預(yù)設(shè)動(dòng)做閥值，這些參數(shù)在控制過程中都不是固定不變的。通俗一點(diǎn)說，就是先讓計(jì)算機(jī)記住焊件的端面形狀，然后再分辨出真正的竄動(dòng)量。這樣一來問題就簡單了，只要做到對(duì)竄動(dòng)量進(jìn)行控制而對(duì)端面誤差不與理睬即可。順著這一思路，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)節(jié)，我們就可以做到焊件在其軸向上的“零竄動(dòng)”自適應(yīng)過程的時(shí)間長短視焊件端面誤差而定，對(duì)于端面誤差在5mm的焊件，大約15min后即可把竄動(dòng)量限制在±2mm以內(nèi)，大約經(jīng)過0.5h后即可做到使焊件保持“零竄動(dòng)”。
(3)控制理論的實(shí)現(xiàn)
我們是在可編程序控制器PLC上實(shí)現(xiàn)上述控制理論的。雖說PLC編程語句和相應(yīng)的函數(shù)功能不夠豐富，但從原理上說，只要具備記憶功和判斷功能，就能實(shí)現(xiàn)我們想要的控制算法。我們之所以選擇PLC，就是能因?yàn)镻LC這一產(chǎn)品已適應(yīng)于工業(yè)控制，況且它也具備計(jì)算機(jī)所應(yīng)具備的一些基本功能。實(shí)踐也證明了這一選擇是正確的。
綜上所述：竄動(dòng)檢測(cè)采用檢測(cè)筒體中心位置，借助模糊控制理念，通過位移傳感器，實(shí)時(shí)將焊件的軸向竄動(dòng)情況反饋給PLC，然后由PLC根據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字量，同時(shí)以外在給定的一些條件,如：主動(dòng)輪和被動(dòng)輪之間的間距、主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速、安全區(qū)設(shè)定值等條件來判斷給出多少脈沖量、調(diào)整頻率的快慢，進(jìn)行糾偏裝置的調(diào)整。通過不斷的實(shí)時(shí)判斷和調(diào)整，使竄動(dòng)趨勢(shì)減弱。在調(diào)整過程中根據(jù)實(shí)際的竄動(dòng)趨勢(shì)，PLC進(jìn)行著該不該給出調(diào)整量這一控制。直至焊件回竄進(jìn)入安全區(qū)域的時(shí)候，將近零位時(shí)進(jìn)行一次適量的反調(diào)整，以保證工件不至于進(jìn)入另一方向的反竄情況。經(jīng)過幾次反復(fù)調(diào)整來回震蕩，最終使焊件在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，也就達(dá)到了最終的控制目的。
4、防竄機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)
實(shí)際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動(dòng)，其焊件本身是在作螺旋運(yùn)動(dòng)，如能采取措施，把焊件的左旋及時(shí)地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮?，直至焊件不再作螺旋運(yùn)動(dòng)為止。
目前，已有三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完成此任務(wù)：
（1）頂升式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動(dòng)滾輪架的一側(cè)滾輪可以做升降運(yùn)動(dòng)，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時(shí)也使焊件自重產(chǎn)生的軸向分量發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)螺旋角的改變的，其調(diào)節(jié)量為：
β0′= (1 + cosα)oo′/(2l) Δβ′= (1 - cosα)oo′/l
式中， l為跨距，以上兩式說明在升降式調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)量中，存在協(xié)調(diào)與非協(xié)調(diào)兩種成分。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點(diǎn)是制造成本高，體積大。
（2）偏移式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動(dòng)滾輪架的兩側(cè)滾輪沿其垂直中心線可做同向偏移，以此改變滾輪與焊件的軸向摩擦分力。其調(diào)節(jié)量為
β0′=oo′cos(α/2)/l Δβ′= 0
因此平移式調(diào)節(jié)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)量全部由協(xié)調(diào)成分構(gòu)成這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，但最大的缺點(diǎn)是對(duì)滾輪的磨損太大。
（3）平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 通過偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使某一從動(dòng)滾輪繞AA′軸轉(zhuǎn)過一定的角度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊件軸心線以及調(diào)節(jié)滾輪軸線夾角的目的。若安裝時(shí)滿足下列關(guān)系：β+ (α/2) =π/2
則偏轉(zhuǎn)角即為螺旋角,其調(diào)節(jié)量為
β0′=β′′/4 Δβ′=β′′
上式說明在偏轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)量中,主要由非協(xié)調(diào)成分構(gòu)成.
這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，不占用額外的安裝空間。
升降式調(diào)節(jié) 平移式調(diào)節(jié) 偏轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)方式的比較
由于調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的非協(xié)調(diào)成分將導(dǎo)致筒體與滾輪間的軸向力和摩擦滑動(dòng),容易使筒體擦傷,并加劇滾輪輪面的磨損.因此從調(diào)節(jié)量的組成來看,在三種調(diào)節(jié)方式中以平移式為優(yōu),而且平移式機(jī)構(gòu)的橫向尺寸較小,適于工作場地受限制的場合.但平移式調(diào)節(jié)要求兩個(gè)從動(dòng)滾輪同步水平移動(dòng),滾輪架的噸位不能太大.
從調(diào)節(jié)的靈敏度來看,由于筒體重力可自然消除舉升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)間隙,因此在三種調(diào)節(jié)方式中以升降式為優(yōu),而平移式和偏轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)均需采取專門措施來消除其傳動(dòng)鏈上的往復(fù)間隙,特別是低速級(jí)的間隙.此外,兩個(gè)舉升機(jī)構(gòu)組合起來還可作為裝配滾輪架使用.
從對(duì)焊接過程的影響來看,則以偏轉(zhuǎn)式為優(yōu),因?yàn)樯凳胶推揭剖綑C(jī)構(gòu)在調(diào)節(jié)時(shí)均要改變筒體軸線的位置,特別是當(dāng)焊縫位于從動(dòng)滾輪一側(cè)時(shí),影響更大.偏轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是,由于希望能夠?qū)χС芯鄐進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié),以所要求的關(guān)系,從而增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性;否則在調(diào)節(jié)過程中,偏轉(zhuǎn)滾輪將直接對(duì)筒體產(chǎn)生方向不定的軸向推力,加劇滾輪輪面的磨損,并增大偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功率.其次是在調(diào)節(jié)量中非協(xié)調(diào)成分占的比例大,對(duì)于滾輪架的制造安裝誤差要求更嚴(yán)格.
防軸竄焊接滾輪架三種機(jī)械調(diào)節(jié)方式的綜合比較
比較內(nèi)容
升降式調(diào)節(jié)
偏轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)
平移式調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)方式特點(diǎn)
通過一個(gè)滾輪的
升降改變螺旋角
通過一個(gè)滾輪的
偏轉(zhuǎn)改變螺旋角
通過兩個(gè)滾輪的
平移改變螺旋角
調(diào)節(jié)性質(zhì)
含有協(xié)調(diào)與非協(xié)
調(diào)分量兩種成分
只含有非協(xié)調(diào)
分量一種成分
只含有協(xié)調(diào)分
量一種成分
軸向力
調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定的軸向力
調(diào)節(jié)產(chǎn)生較大的軸向力
調(diào)節(jié)不產(chǎn)生軸向力
輪面與筒體的磨損
居中
較大
較小
機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)間隙
筒體重力自然消
除往復(fù)運(yùn)動(dòng)間隙
需采取專門措施
消除往復(fù)間隙
需采取專門措施
消除往復(fù)間隙
機(jī)構(gòu)橫向尺寸
較大
居中
較小
支承距的調(diào)節(jié)
不必?zé)o級(jí)調(diào)節(jié)
必需無級(jí)調(diào)節(jié)
不必?zé)o級(jí)調(diào)節(jié)
對(duì)焊接過程的影響
從動(dòng)輪一側(cè)稍有影響
無影響
從動(dòng)輪一側(cè)稍有影響
其它用途
組合后可用作對(duì)
接裝配滾輪架
無
無
5、當(dāng)代世界焊接裝備的發(fā)展水平和趨勢(shì)
（1）精密化! 精密化的內(nèi)涵包括高精度、高質(zhì)量和高可靠性。
（2）大型化! 焊接裝備的大型化是焊接結(jié)構(gòu)向高參數(shù)、重型化和大型化發(fā)展的需要。
（3）多功能化! 為充分發(fā)揮自動(dòng)化焊接設(shè)備的效率，一臺(tái)焊接裝備可按工藝要求裝備各種焊頭，如單絲和多絲埋弧焊，單絲或雙絲窄間隙埋弧焊頭。
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5
重 慶 理 工 大 學(xué)
文 獻(xiàn) 翻 譯
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院
班 級(jí) 109040205
學(xué)生姓名 方敏 學(xué) 號(hào) 10904020506
防竄焊接滾輪架軸向竄動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究
摘要：簡述焊接滾輪架軸向竄動(dòng)的基本理論,并同時(shí)在焊接滾輪架的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕线M(jìn)行了試驗(yàn)研究。 結(jié)果表明, 焊接滾輪架軸向竄動(dòng)的主要原因在于工件的翻轉(zhuǎn)存在著螺旋夾角， 本文主要分析了螺旋角和工件的圓周速率對(duì)竄動(dòng)的影響。
關(guān)鍵詞:焊接滾輪架 軸向運(yùn)動(dòng) 螺旋角 筒體線速度
1.簡介
在大厚壁、大型化、高容量、耐磨蝕的鍋爐、石油、化工壓力容器的焊接生產(chǎn)中，由于焊接滾輪架的制造安裝誤差以及筒體幾何形狀的不規(guī)則（偏離理想回轉(zhuǎn)體）等原因，筒體在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)不可避免的沿其軸向發(fā)生竄動(dòng)，從而影響環(huán)縫的焊接質(zhì)量。若不進(jìn)行防竄處理，出現(xiàn)的竄動(dòng)量大便無法進(jìn)行焊接。本課題研究提供了當(dāng)圓形工件焊接時(shí)，軸向竄動(dòng)的機(jī)制.設(shè)計(jì)反竄動(dòng)焊接滾輪架. 尤其是應(yīng)用于滾輪架之上。
2. 實(shí)驗(yàn)
2.1.實(shí)驗(yàn)描述
在圖1中試驗(yàn)表明,初步的試驗(yàn)研究了兩個(gè)因素:螺旋角和工件的線速度-影響軸向竄動(dòng)的主要因素。 在實(shí)驗(yàn)過程， 軸向位移Sa和軸向竄動(dòng)速度Va測(cè)量方法如圖1。而進(jìn)行的方法是將軸向位移傳感器安裝到的圓筒的一端，與傳感器相連的X-Y記錄器記錄工件的軸向位移,每5s記錄一次,平均竄動(dòng)速度Va在每個(gè)角度可以計(jì)算出數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪侨缦?一、調(diào)節(jié)四滾輪高度在同
一個(gè)水平線上，并在矩形的四個(gè)頂點(diǎn)，那么滾輪與旋轉(zhuǎn)工件相對(duì)平衡，工件在一段很長的時(shí)間不竄動(dòng)，或定期竄動(dòng)一個(gè)很小的范圍。
2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論
2.2.1螺旋角的影響
(1)例如圖2所示。Va的變化檢測(cè)條件是: vc=35m/h L=422mm , α=60"
Va是與tanβ4成正比的，β4 是與(1~~~6c )相關(guān)的，坡度線為3. 06毫米/秒,Va不再正比tanβ4時(shí), 當(dāng)β4大于6c,軸向竄動(dòng)是隨著β4逐漸減小 。 由于只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)滾輪(roller No.4)的影響, β4可以改變的,而其他的仍然是零,工件作出了協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)β4的比例較小,Va也小。 圓柱體軸向摩擦力,滾輪最大軸向摩擦力,汽缸產(chǎn)生彈性滑針對(duì)滾輪， 軸向運(yùn)動(dòng)之間各滾輪和工件協(xié)調(diào)彈性滑動(dòng)。因此Va是:
理論曲線的斜率k可以按下列公式計(jì)算:
k=3.06mm/s的實(shí)驗(yàn)曲線。因此,在考慮到各方面的實(shí)驗(yàn),兩個(gè)斜坡上可被認(rèn)為是大致相等。 當(dāng)β4 比較大, 滾輪與工件之間最大軸向摩擦力大于最大摩擦力, 工件產(chǎn)生的摩擦滑動(dòng)抵抗?jié)L輪存在的滑動(dòng)摩擦力，由于竄動(dòng)的存在,Va不再隨著tanβ4的增加而增加,而是逐漸減小。
(2)以下三個(gè)實(shí)驗(yàn),工件的不協(xié)調(diào)軸向竄動(dòng)隨之改變。由同一螺旋角度來衡量的一個(gè)主動(dòng)滾輪及兩個(gè)，三個(gè)主動(dòng)滾輪 。三曲線之間的Sa和Va研究結(jié)果顯示如上圖，隨著滾輪數(shù)量的增加,Va逐漸增大。
Va 3 > Va 2 > Va1
當(dāng)驅(qū)動(dòng)滾輪的數(shù)量變化時(shí), 度氣缸的非兼容軸向運(yùn)動(dòng)將會(huì)有所改變. 隨著同一螺旋角影響下滾輪數(shù)量的增加。兼容的分量越來越大,但互不兼容的分量越來越小。換句話說,工件的軸運(yùn)動(dòng)將轉(zhuǎn)化為是否兼容的問題。 因此,最大軸向竄動(dòng)Va由β角所決定，四輪有相同的螺旋角時(shí)Va為:
2.2.2 筒體線速度的影響
螺旋角從平衡位置+2’對(duì)4號(hào)驅(qū)動(dòng)滾輪的影響。工件將影響軸向竄動(dòng)（例如下圖）所顯示va-VC的曲線,后者表明Va是與Vc成正比的, 曲線的斜率大約是0.00708。因?yàn)棣?=+2實(shí)在太小, 工件相對(duì)每一滾輪沒有形成軸向竄動(dòng)。 因此,軸滾輪和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是完全協(xié)調(diào)的彈性滑動(dòng)，Va為：
Va正比于Vc。理論曲線的斜率k可以按下列方程 K"=0.25tan4=0.25tan2'=0.00873wherek=0.00708mm/s. 因此,在考慮到各方面的實(shí)驗(yàn),協(xié)調(diào)的兩個(gè)斜坡上可被認(rèn)為是大致相等.
3.結(jié)論
（1）因?yàn)橹圃旒把b配的偏差，工件的中心線與滾輪軸線不平行，沒有在同一平面,因此形成螺旋角β，存在β是發(fā)生軸向竄動(dòng)的主要原因。工件軸線方向重力的分量影響,也是軸向竄動(dòng)的一個(gè)原因。
（2）合理調(diào)整軸運(yùn)動(dòng),使不兼容的分量盡可能小和兼容分量盡可能大從而減小軸向竄動(dòng)。
（3）隨著滾輪數(shù)量的增加相同β角下的軸向竄動(dòng)將增大,但不兼容的部分減少。隨著兼容部分的增加工件的軸向竄動(dòng)速度將增加，當(dāng)軸向滑動(dòng)摩擦發(fā)生在滾輪和工件之間時(shí)， 軸向竄動(dòng)將被彈性摩擦和滑動(dòng)摩擦所協(xié)調(diào)，但Vc并不與β成正比，關(guān)系如下：
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Experiment and study into the axial drifting of the cylinder
of a welding rollerbe
Abstract ：The basic theory of the axial drifting of the cylinder of a welding roller bed is introduced in the paper,and at the same time experiment and study on the mechanism of the axial drifting of the cylinder have been done on an experimental model of the welding roller bed . It is shown that the main cause of the axial drifting of the cylinder lies in the existence of a spiral angle between the cylinder and the cylinder and the roller.This article mainly analyzes the spiral Angle and circumferential velocity's influence on the channeling motion artifacts.
Keywords:welding roller bed axial motion spiral angle Cylinder linear velocity
1 Introduction
The Welding and Production in the big Thick-Cliff、The Large-Scale、High-Content、Endure-Ablation of the pressure vessel of the Boiler、Oil、chemical,because of reason of the error of the manufacture-installation and the abnormity of geometry-form of the cylinder(departure ideal gyration object),the cylinder wheel on the roller bed,inevitably it will occur axial drifting,so that affect the welding quality. If not take the anti-floating measure,the welding cannot going because of the large drifting. This topic research when the circular workpiece welding, axial drifting mechanisms. Design the dynamic welding roller frame. Especially applied to the roller frame.
2.Experiment
2.1 Descriphm of experment
The experimental model is shown in Fig 1. Experiments were done to study two factors: the spiral angle and the cylinder’s circular linear velocity, which affect the axial drifting of the cylinder. In the experimenting process. the axial displacement Sa and the axial drifting velocity Va of the cylinder were measured by the variation of the two factors described above. The measuring method is shown in Fig. 1, and is carried out by means of bringing an axial displacement sensor into contact with one end of the cylinder. with the sensor being connected to an X-Y recorder to record the cylinder’s axial displacement every 5s. Linearly regressing the plot Sa--t (t expresses time), the average drifting velocity Va, at every deflecting angle can be calculated. Before experimenting. the experimental model is initialised as follows: first. the height of the four rollers is adusted by means of a level to put the centers of the four
rollers in the same horizontal plane, and at the four vertexes of the rectangle. then the rollers are deflected so that the rotating cylinder is at the relative equilibrium position. Then the cylinder does not drift over a long time. or periodically drift over a very small axial range
2.2experiment results and discussion
2.2.1 Effect of spiral angle (I) Fig. 6 shows that change of Va with the variation ofThe testing condition is: positive rotalion, Vc=35m/h
L=422mm, α=60”
The Va-tanβ4 curve shows that Va is directly proportional to tanβ4 whenβ4 is relatively small (1~~~6c ). The slope of the line being 3. 06 mm/s, Va is no longer direclly proportional to tanβ4 when β4, is greater than 6C The curve is an arched curve. i. e . with the increment of β4,.Va, increases. but with the increment of Va gradually becoming smallet Because only one driven roller (roller No. 4) is deflected, i.e β4 can be changed whilst the others remain zero, the cylinder makes a non-compatible motion. When β4 is relatively small, Va is small also. The axial frictional forces between the cylinder and rollers are less than the maximum axial frictional force, and the cylinder produces an elastic sliding against rollers. Axial motion between each roller and the cylinder is coordinated by elastic sliding. thus Va is:
in the theoretical curve, the slope K’ can be calculated by
the following equation:
K=3.06mm/s in the experimental curve. Thus, in taking account of the experimental tolerance, the two slopes can be considered to be approximately equal. When β4 is relatively large, the axial frictional forces between the cylinder and the rollers are larger than the maximum axial frictional Force, and cylinder produces frictional sliding against the rollers Because of Ihe existence of sliding frictional resistance. Va is no longer lincarty increased with the increment of tanβ4 With the increment of tanβ4 the increment of V a; with gradually become smaller
(2) The following three experiments were arranged to study the cylinder’s non-compatible axial motion further, deflecting positively one roller. two rollers and three rollers by the same spiral angle to measure three curves between Sa and v The experimental results are shown in Fig 7. With the increment in the number of deflected rollers, Va becomes greater. i e Va 3 > Va 2 > Va1
When the number of driven rollers deflected is varied, the degree of the cylinder’s non-compatible axial motion will be changed. With the increment of the number of lollers deflected by the same spiral angle. the compatible component becomes greater, but the non-compatible component becomes smaller. In other words, the cylinder’s axial motion will be transformed from noncompatible motion to compatible motion. Thus, Va becomes greater also, ultimately, being equal to the compatible axial velocity determined by the spiral angle β Now. the four rollers have the same spiral anyle β. So that Va is:
2.2.2 effect of circular linear velocity
Deflecting driven roller No 4 to a spiral angle of +2”from the equilibrium position, the cylinder will suffer axial drifting, Fig. 8 shows the Va-Vc curve, which latter indicates that Va is directly proportional to Vc, the slope of the curve being approximately 0.00708 because β4=+2 is too small, the cylinder does not make frictional sliding against each roller. Thus, the relative axial motion between the roller and the cylinder is completely coordinated by their elastic sliding, so that Va is
I. e .Va is directly proportional to Ve For the theoretical Curve the slope K * can be calculated by the following equation K”=0.25tanβ4= 0.25tan2'=0.00873 where K=0.00708mm/s in the experimental curve. Thus, in taking account of the experimental tolerance, the two slopes can be considered to be approximately equal.
3 Conclusions
(1).Because of the deviations due to manufacturing and assembling. the cylinder’s central line and the roller’s axis are not parallel. i. e , they are not in the same plane, and there is a spiral angleβ at thc point of contact between the cylinder and the roller in the circular linear velocity direction. The existence of βis the basic reason for the occurrence of axial drifting. The effect of gravity in cylinder’s axial direction is also one of reasons for drifting.
(2)The reasonable adjustment of the axial motion is to make the non-compatible component as small as possible and the compatible component as large as possible.
(3)With the increment of the number of rollers deflected by the same value of βthe compatible component of axial velocity increases, but the non-compatible component decreases. With the increment of the compatible component, the velocity of axial drifting of the cylinder increases
References:
(1) Z Wang(ed ). teaching material on welding machinery Equipment Gansu university of Technology lanzhou P R china (1992) pp 85-98
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(3)J . Halling(ed.). Principles of Trilrology The Macmillan Press, (1975) pp. 174-200