专利名称：燃气管道带压开孔智能切割机械的制作方法
技术领域：
本实用新型属切割机械，是管道形成非直线切口切下的所用的切割设备。
背景技术：
管道运输是气体大规模输送的重要设施，如长达数千公里的西气东送管道。燃气管道投入使用后，由于生产发展或用户的增多，经常需要进行干线管道延伸或在干线管道上安装新的分支管道。但许多企业是连续生产，燃气管道一旦运行就不能停止供气，如钢铁企业高炉煤气管道等，分支管道的安装与相贯部分焊割必须在带压运行下进行。大部分的燃气有毒、易燃易爆、易污染环境，带压操作容易发生安全事故。目前大多采用管道封堵机械和工艺来完成不停输带压开孔封堵作业。该方法首先在圆筒上钻许多相邻小孔，留孔壁厚2-3mm，每钻一个孔后均用木塞、黄泥堵塞，安装好分支管道后，将焊在相贯部位的拉环强行拉出切割部位。近年来鞍钢等一些大型钢铁企业和科研单位、高校进行了相关的研究工作，开发了组合式管道带压开孔技术、不停产带压开孔技术以及等离子智能切割装置等。这些技术虽然能完成不停输带压开孔封堵作业，但都存在一定的局限性，且工作强度大、效率低，仍然存在安全隐患、危险性大或机械传动装置笨重、适应性差等弊端。况且，现有等离子智能切割装置采用行星轮机构作周向进给，三级复合式梯形螺旋机构作轴向进给，机构笨重，切割直径受到限制。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能在燃气输送管道在带气运行时安装分支管道，其与主管道相贯部分的切割安全、不漏气、切割效率高、工人劳动条件好且能自动切割各种管径、厚度、不同角度相交而成的非标准相贯线，并能自动取出废料的燃气管道带压开孔智能切割机械。本实用新型是用如下方式实现的一种燃气管道带压开孔智能切割机械，其特征在于它具有工作台架13，在工作台架13上有旋转步进电机10、直线步进电机14，并且联接可调主轴20及主轴后支承9，过渡作业管6中心安装有主轴前支承7；上述可调主轴20前端连接可调竖臂19，该可调竖臂19两端部分别连接可调横臂18和可调横臂21，从而组成切割执行机构16；在可调主轴20前端端部还连接电磁吸盘3，在可调横臂18前端端部还连接水射流喷嘴2，在可调横臂21前端端部还连接位移传感器17；在可调主轴20中部装有角位移传感器8；在可调主轴20后端部还连接安装有高压水动力系统11、电气控制系统12。本实用新型是传统机构学与现代信息技术相结合的高技术产品，实现了机电液一体化和智能控制，安全性好、切割效率高。不仅适用于任意管径钢管相贯线的切割，也适用于混凝土及其它材料的管道的切割。它的推广应用将使我国燃气管道带压开孔技术产生质的飞跃，也将极大地推动我国管道运输的发展。
图1是本实用新型的结构示意及工作状态图。
图2是本实用新型的切割执行机构16的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。参照图1-图2，燃气管道带压开孔智能切割机械主要由高压水动力系统、运动执行机构(切割机械手)、控制机械、密封机械等组成。1.主要技术要求燃气管道的主管道1相贯部分22的切割与取料是在带法兰盘15的分支短管道4与主管道1焊接好后在分支短管道4内进行的。切割的过程中主管道1中的可燃气体会渗进分支短管道4中，因此必须保证切割机械的执行部分处于密封状态，以避免煤气泄漏。切割过程须自动进行且能自动检测并保证管壁全部割透；切割结束后，切割执行机构16能自动取出切割废料，切割执行机构16拆卸前应能将分支短管道4关闭，要求操作过程安全可靠，结构简单，操作、维护方便。考虑到各个工作地安装的分支短管道4管径变化很大，设计时要求切割机械能适应不同管径的切割，也能切割非正交管及非标准圆管相交的相贯部分22。本实用新型采用添加磨料的高压水射流喷嘴2进行切割时不仅切割质量好、效率高，不会产生高温，非常安全，而且通过调节喷射压力可切割不同厚度、不同材质的管道，适应性广，切割过程产生的少量水分(每分钟一般仅几升)对流量很大的燃气来说影响有限。高压水动力系统11已有较成熟的产品，价格适中。因此本实用新型采用高压水(添加磨料)射流切割作为相贯线的切割。2、运动及其控制相交管道相贯部分22的开孔切割中，切割缝的轨迹其实是一条非标准相贯线。这是因为许多燃气管道并非标准的圆形管道，特别是大口径钢管一般是用钢板卷焊而成，椭圆度很大，当新的分支短管道4焊接以后，两个圆管形成的相贯线是非标准的相贯线，加之焊管外圆面焊缝位置经常有堆焊的出现，喷嘴切割运动轨迹为非标准相贯线。为保证切割效果，切割时要保证喷嘴与被切割面的距离为4-5mm，如果按照标准相贯线曲线来控制喷嘴运动轨迹，则很难保证喷嘴与被切割面的距离，降低切割效率，甚至将喷嘴(纳米陶瓷材料)碰断或损坏，而在切割过程中要更换喷嘴非常麻烦且会导致气体泄漏。因此要保证喷嘴与被切割曲面的距离保持恒定。参照图1，在可调主轴20上安装的角位移传感器8检测机械手角度的变化量，在机械手指端安装的电涡流位移传感器17检测可调主轴20旋转时切割喷嘴与被切割面的位移变化量(相位相差180度)。当可调主轴20每转过ω，电涡流位移传感器17检测到一个Z向的变化值λZ和角传感器8检测到一个周向的角度变化值λω。根据电涡流位移传感器17和角位移传感器8检测出的值可以得到一个关于主轴转角ω与位移Z的函数关系。将检测到的两路信号放大处理后传送给单片机，建立多变量耦合的数学模型，单片机再发出指令给执行件完成自动控制。切割质量及控制如下相贯线切割是在分支短管道4内壁处进行的，因受空间限制，大多数情况下喷嘴不能垂直于切割表面，导致切割厚度发生变化，如何保证被切割管道被全部割透，既可以通过调节控制高压水射流的压力来实现不同厚度管壁的切割；也可以在切割一周后用电涡流位移传感器17再旋转一周来检测主管道1是否已被割透，如果还有一段圆周没有切割穿就把检测到的信号传送到单片机内，经过控制程序将信号延时半个周期后继续切割直至割透为止。3、高压水射流系统高压水射流系统由高压水动力系统11、输送管道及高压水射流喷嘴2所组成。高压水动力系统11采用超高压发生器将水增压至500-600MPa的压力，然后通过一个直径约0.2mm的喷嘴射出，可产生一股流速达800-1000m/s的超音速水流，该水流在切割头的混砂腔内与磨料混合形成磨料射流，再通过“砂喷管”后喷射而出。因混入了磨料，可增加数倍的切割动能。高压水喷嘴具有很强的整流功能，喷射水流具有良好的收束性，磨料水射流几乎可切割任何物质。4、运行执行机构管道切割轨迹为一相贯线，本实用新型采用周向旋转、轴向直线进给的复合运动来实现。周向旋转轨迹由旋转步进电机10带动可调主轴20旋转来实现，轴向进给由直线步进电机14的前进和后退来完成。三相混合式直线步进电机14由导轨和滑块组成，集导轨、丝杆、电机于一体，体积小，安装使用方便，接线简单，而且导轨长度可以选择，最大标准长度可达4m。主轴支承在由安装在滑块上的主轴后支承9与工作管密封端中心安装的主轴前支承7上，旋转步进电机10安装在主轴后支承9上。参照图2，切割端可调切割执行机构16为满足不同管径的切割要求，可调横臂18、可调横臂21长度均可调。可调横臂18上安装高压水射流喷嘴2，可调横臂21上安装轴向位移传感器17，可调主轴20内部安装取料杆，前端配置电磁吸盘3，切割时通电吸住被切割部位，切割完后将废料取出。切割执行密封是在考虑切割执行机构16运动的需要，分支短管道4只能配装闸板阀5，过渡作业管6出口处用盖板密封，盖板中心安装切割机构可调主轴20支承轴承和密封圈。切割完后，切割机械手退至过渡作业管6内，闸板阀5关闭后即可拆卸整个切割装置。
权利要求1.一种燃气管道带压开孔智能切割机械，其特征在于它具有工作台架[13]，在工作台架[13]上有旋转步进电机[10]、直线步进电机[14]，并且联接可调主轴[20]及主轴后支承[9]，过渡作业管[6]中心安装有主轴前支承[7]；上述可调主轴[20]前端连接可调竖臂[19]，该可调竖臂[19]两端部分别连接可调横臂[18]和可调横臂[21]，从而组成切割执行机构[16]；在可调主轴[20]前端端部还连接电磁吸盘[3]，在可调横臂[18]前端端部还连接水射流喷嘴[2]，在可调横臂[21]前端端部还连接位移传感器[17]；在可调主轴[20]中部装有角位移传感器[8]；在可调主轴[20]后端部还连接安装有高压水动力系统[11]、电气控制系统[12]。
专利摘要一种燃气管道带压开孔智能切割机械。本实用新型属切割机械，是管道形成非直线切口切下的所用的切割设备。目的是提供一种能在燃气输送管道在带气运行时安装分支管道，其与主管道相贯部分的切割并能自动取出废料的燃气管道带压开孔智能切割机械。特征是在工作台架上有由高压水动力系统、控制机械、密封机械和由可调主轴、可调竖臂、可调横臂组成的切割执行机构；还有电磁吸盘、水射流喷嘴、位移传感器、电气控制系统。安全性好、切割效率高。是传统机构学与信息技术相结合的高技术产品，实现了机电液一体化和智能控制。也适用于混凝土及其它材料的管道切割。使管道带压开孔技术产生质的飞跃。
文档编号B24C5/00GK2772730SQ200420069280
公开日2006年4月19日 申请日期2004年11月23日 优先权日2004年11月23日
发明者周梓荣 申请人:周梓荣