钢管斜截切割的数学推导与工程实践.pdfVIP

维普资讯 焊管 ．第30卷第5期．2007年9月 ·49· ●应 用与 开 发 钢管斜截切割的数学推导与工程实践 郭海云，刘迅之，张 虹，李 欣，孙建华 (天津 中德职业技术学院机械系，天津 300072) 摘 要：为了满足钢管斜截切割的要求，建立了钢管斜截切割的数学表达式，采用不锈钢轧制 的带形轨道和链式传动的方式使火焰切割小车沿被切钢管做周向运动，割炬沿被切钢管的轴 向运动 由步进 电动机带动滚珠丝杠完成，上述两维运动合成为割炬的斜切运动，割炬周向位置 的检测、割炬轴向位置及折返点的确定均 由单片机控制完成。对不同直径、壁厚钢管的切割结 果表 明，切割轨迹与钢管斜剖面完全重合，满足了工程的要求。 关键词：钢管斜截切割；切割小车；割炬；运行轨迹 中图分类号：TG48 文献标志码 ：B 文章编号：1001—3938(2007)05—0049-02 O 前 言 是靠操作人员的经验进行手工补偿来保证工程质 量，这已成为管道施工的 “瓶颈 ”，要从根本上解 焊接和切割在管道工程建设中占有极其重要 决这个问题就必须寻求新的思路。 的地位。在管道、管网施工过程中，将2根标准长 度的钢管组对焊接是必不可少的环节 ，在中长距 1 钢管斜截切割的数学推导 离的管道施工过程 中，还要进行管道的封闭连接 (俗称碰死 口或连头)，即将 2段由若干根标准长 钢管斜截切割的原理如图1所示。 度钢管组对焊接成的管道连接在一起。而在实施 封闭连接前 ，要根据管道设计长度对其进行切断 加工，通常使用的是钢管火焰 自动切割机。它的 工作原理是利用磁性行走轮将钢管火焰 自动切割 机吸附在钢管的外表面并相对于钢管做周向运动 对钢管进行切割，同时加工出坡 口。它的使用较 好地解决了封闭连接的坡 口加工及切断问题。但 是由于焊接变形及各种因素的影响，被封闭连接 的2段管道其连接处的轴线并不重合，这就要求 切割机在切断钢管并加工出坡 口的同时对钢管进 行斜截加工，以补偿连接处的错动偏差。磁性行 图1 钢管斜截切割原理 走的钢管多功能火焰 自动切割机不具备这种功 能。现场试验结果表明，当磁性轮的行走与连接 设被切钢管的半径为r，斜截切割角度为 ， 处的错动偏差为0．1。时，对于直径为 1016mm的 斜截切割长度为 。在图示时刻割炬 由最高点 钢管，其错动量将超过 5mm，远远超出工程上所 (12点)逆时针转过的角度 (圆心角)为 ，割炬的 能允许的1mm的误差 (超出5倍)，严重影响了 轴向移动距离为 ，由图的几何关系可知： 连接质量。截止 目前还没有有效的解决办法，只 tanot=L／2r ； 天津市科技发展计划攻关培育项 目(06YFGPGX07300) 维普资讯 焊 管 2007年9月 cos#=a／r； 第三，割炬轴 向运动 的折返点应精确控制在 a=r。cos口 ； 180。。 b=r—a=r(1一cos／3)； 2．3 两维运动的合成及切割效果 = b·tanot=r(1一co )·L／2r=L／2(1一co )； 根据编码器检测到的切割小车相对钢管转过 因此割炬在任意时刻的位置仅与钢管斜截切割长 的圆心角换算出割炬应该处于的位置 ，根据这个 度和割炬沿钢管表面转过的圆心角有关