CN104307711A - 金属管轴向窜动实时纠正装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种管体轴向窜动实时纠正装置，涉及金属管制造技术领域。包括金属管旋转支撑平台、轴向窜动检测系统、轴向窜动调整机构等。所述金属管旋转支撑平台，用来完成驱动金属管旋转并支撑金属管；轴向窜动检测系统位于支撑旋转平台侧面，用于检测金属旋转过程中轴向窜动量和窜动方向，并经系统辨别是否需要进行调整窜动方向和窜动量，金属旋转中需要调整窜动量和窜动方向时发出各机构执行指令；轴向窜动调整机构，根据指令执行相应动作，控制旋转金属管的窜动方向和窜动量，保证旋转金属管窜动量控制在要求范围内。

Description

金属管轴向窜动实时纠正装置及方法

技术领域

本发明涉及金属管制造领域，特别是涉及一种在线控制旋转金属管位姿的自动控制装置及方法。

背景技术

金属管制造领域，为提高金属管的耐腐蚀性和减小对输送介质的阻力，通常在金属管内部衬上水泥砂浆衬层。常用的一种水泥砂浆衬层涂覆过程需要金属管在高速旋转状态完成，如图1所示，两组柔性皮带1.2将金属管1.1悬挂起来，并且两组柔性皮带1.2分别通过驱动轮组1.3驱动，两个驱动轮组1.3固定在横杠1.4的两端，在驱动轮组1.3转动下两组柔性皮带1.2带动金属管高速旋转。由于支撑并驱动金属管的机构制造和安装中存在偏差、使用过程中各部件磨损程度和变形量不同及金属管本身尺寸偏差等原因，导致金属管高速旋转时产生轴向窜动。常用的解决方法是调整设备使金属管向一个方向窜动，并在金属管窜动方向金属管端设置固定挡轮。存在的问题是金属管端部由于与挡轮接触导致外形尺寸发生变化。另外因金属管靠柔性皮带驱动和支撑，金属管因轴向窜动与挡轮接触后会反弹回去，造成轴向摆动；并且金属管特别是铸铁管存在壁厚变化，窜动方向不确定，用挡轮不能解决问题；还有因驱动带为柔性部件，金属管在旋转过程中存在垂直于金属管轴线的摆动。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属管轴向窜动实时纠正装置，用于解决金属管轴向窜动以及横向摆动的技术问题；

本发明还提供一种利用上述装置进行金属管轴向窜动实时纠正的方法。

一种金属管轴向窜动实时纠正装置，包括金属管旋转支撑平台、四个轴向窜动调整机构、轴向窜动检测机构、主控制器；

所述轴向窜动调整机构安装在金属管旋转支撑平台上，所述轴向窜动检测机构与金属管相对设置连接，所述主控制器与轴向窜动调整机构、轴向窜动检测机构电连接；

所述金属管旋转支撑平台用于支撑并驱动金属管旋转，同时用作轴向窜动调整机构的支撑架；

所述轴向窜动调整机构用于调整旋转金属管的窜动方向以及窜动量；

所述轴向窜动检测机构用于检测金属管旋转过程中轴向窜动信号并将检测值反馈给主控制器；

所述主控制器用于接收轴向窜动检测机构的轴向窜动信号，判断金属管的窜动方向以及窜动速度。

所述轴向窜动检测机构包括检测装置、端堵，所述端堵安装在金属管的一端上作为被检测元件，检测装置安装在与端堵距离一定距离的相对应位置上。

所述轴向窜动调整机构包括油缸、第一支座、第二支座、连杆、第三支座、压轮、油缸杆，连杆的一端与第二支座铰链，连杆的另一端与压轮固定连接，第三支座固定在连杆上靠近压轮，油缸杆的端头通过第三支座与连杆铰链，油缸的中上部与第一支座铰链，第一支座、第二支座、第三支座的铰链结构的转动轴分别于压轮的转动轴平行，所述轴向窜动调整机构通过第一支座和第二支座固定安装在所述金属管旋转支撑平台上。

所述金属管旋转支撑平台包括四根支腿、两个支撑座、两根承重梁，四根支腿固定在一个长方形的四个顶点上，长方形宽度方向上的两跟支腿的顶端分别固定设置承重梁，两根承重梁的中间分别安装一个支撑座；两个驱动轮组分别安装在一个支撑座上，所述轴向窜动调整机构的第一支座、第二支座按照上下的相对位置关系依次固定在一根支腿上，压轮刚好压住柔性皮带，其它三个轴向窜动调整机构分别安装在另外三根支腿的相同的位置。

所述检测装置采用的是激光脉冲探测装置。

一种金属管轴向窜动实时纠正方法包括如下步骤：

主控制器控制检测装置发射激光脉冲并同时开始计时；

端堵将激光脉冲反射回检测装置；

检测装置检测反射回的激光脉冲信号，对主控制器发出停止计时信号；

主控制器停止计时，并根据预设程序计算出金属管的旋转速度同时判断出金属管的窜动方向；

根据判断结果主控制器发出相应的控制指令给轴向窜动调整机构。

本发明的有益效果为，轴向窜动检测机构的设置实现了对金属管轴向窜动的实时检测，结合主控制器、四个轴向窜动调整机构的配合实现了对金属管轴向窜动的实时纠正，同有效控制了金属管横的向摆动。

下面结合附图对本发明的金属管轴向窜动实时纠正装置及方法作进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中驱动金属管高速旋转的结构示意图；

图2为本发明金属管轴向窜动实时纠正装置的原理框图；

图3为本发明金属管轴向窜动实时纠正装置的正面示意图；

图4为本发明金属管轴向窜动实时纠正装置的立体示意图；

图5为轴向窜动调整机构的结构示意图；

图6为本发明金属管轴向窜动实时纠正装置的侧视图；

图7为本发明的金属管与驱动轮组的相对位置示意图。

图中各标号表示：1.1-金属管、1.2-柔性皮带、1.3-驱动轮组、1.4-横杠、2.1-金属管旋转支撑平台、2.2-轴向窜动调整机构、2.3-金属管轴向窜动检测机构、2.4-主控制器、3.1-支腿、3.2-支撑座、3.3-承重梁、4.1-油缸、4.2-第一支座、4.3-第二支座、4.4-连杆、4.5-第三支座、4.6-压轮、4.7-油缸杆、5.1-检测装置、5.2-端堵。

具体实施方式

如图2所示本发明金属管轴向窜动实时纠正装置，包括金属管旋转支撑平台2.1、四个轴向窜动调整机构2.2、轴向窜动检测机构2.3、主控制器2.4；

轴向窜动调整机构2.2安装在金属管旋转支撑平台2.1上，所述轴向窜动检测机构2.3与金属管的一端相对设置，所述主控制器2.4与轴向窜动调整机构2.2、轴向窜动检测机构2.3电连接；

金属管旋转支撑平台2.1用于支撑并驱动金属管旋转，同时用作轴向窜动调整机构2.2的支撑架；

轴向窜动调整机构2.2用于调整旋转金属管的窜动方向以及窜动量；

轴向窜动检测机构2.3用于检测金属管旋转过程中轴向窜动信号并将检测值反馈给主控制器2.4；

主控制器2.4用于接收轴向窜动检测机构2.3的轴向窜动信号，判断金属管的窜动方向以及窜动速度。

如图3、图4所示，为金属管轴向实时纠正装置的正视图和立体图，轴向窜动检测机构2.3包括检测装置5.1、端堵5.2，端堵5.2安装在金属管1.1的一端上作为被检测元件，检测装置5.1安装在与端堵5.2距离一定距离的相对应位置上，在柔性皮带1.2靠近金属管的外侧对称安装有轴向窜动调整机构2.2。

由于柔性皮带1.2有柔性、金属管1.1轴向壁厚不均匀，所以金属管1.1的轴线与水平面呈一定角度a1°，金属管1.1的竖直方向的直径方向与竖直方向的夹角也为a1°，从而在柔性皮带1.2带动下金属管1.1旋转时轴向产生窜动。

如图5所示，轴向窜动调整机构2.2包括油缸4.1、第一支座4.2、第二支座4.3、连杆4.4、第三支座4.5、压轮4.6、油缸杆4.7，连杆4.4的一端与第二支座4.3铰链，连杆4.4的另一端与压轮4.6固定连接，第三支座4.5固定在连杆4.4上靠近压轮4.6，油缸杆4.7的端头通过第三支座4.5与连杆4.4铰链，油缸4.1的中上部与第一支座4.2铰链，第一支座4.2、第二支座4.3、第三支座4.5的铰链结构的转动轴分别于压轮4.6的转动轴平行，轴向窜动调整机构2.2通过第一支座4.2和第二支座4.3固定安装在金属管旋转支撑平台2.1上。

如图6所示，金属管旋转支撑平台2.1包括四根支腿3.1、两个支撑座3.2、两根承重梁3.3，四根支腿3.1固定在一个长方形的四个顶点上，长方形宽度方向上的两跟支腿3.1的顶端分别固定设置承重梁3.3，两根承重梁3.3的中间分别安装一个支撑座3.2；两个驱动轮组1.3分别安装在一个支撑座3.2上，轴向窜动调整机构2.2的第一支座4.2、第二支座4.3按照上下的相对位置关系依次固定在一根支腿3.1上，压轮4.6刚好压住柔性皮带1.2，其它三个轴向窜动调整机构2.2分别安装在另外三根支腿3.1的相同的位置，四个轴向窜动调整机构2.2的设置同时还避免了金属管横向的摆动(即沿垂直于金属管轴向方向的摆动)。

检测装置5.1采用的是激光脉冲探测装置、端堵5.2的端面平整光滑，检测装置5.1将激光脉冲发射到端堵5.2的光滑端面上，端堵5.2将激光脉冲反射会检测装置5.1。

实际应用中主控制器2.4控制检测装置5.1发射激光脉冲并同时开始计时，端堵5.2将激光脉冲反射回检测装置5.1，检测装置5.1检测到反射回的激光脉冲信号后，对主控制器2.4发出停止计时信号，主控制器2.4停止计时，并根据预设程序计算出金属管的旋转速度同时判断出金属管的窜动方向，根据判断结果主控制器2.4发出相应的控制指令给轴向窜动调整机构2.2；

当主控制器2.4判断金属管朝着检测装置5.1的方向窜动，则主控制器2.4控制靠近检测装置5.1的两个轴向窜动调整机构2.2的油缸4.1，使油缸杆4.7往外伸出，从而两个压轮4.6挤压柔性皮带1.2，从而使得接近检测装置5.1的金属管的一端适当升高；为了提高调整效率可同时控制远离检测装置5.1的两个轴向窜动调整机构2.2的油缸4.1，使油缸杆4.7往回收，从而两个压轮4.6对柔性皮带1.2的挤压量减小，从而使得远离检测装置5.1的金属管的一端适当降低，达到克服金属管窜动的问题；

当主控制器2.4判断金属管朝着远离检测装置5.1的方向窜动，则主控制器2.4控制远离检测装置5.1的两个轴向窜动调整机构2.2的油缸4.1，使油缸杆4.7往外伸出，从而两个压轮4.6挤压柔性皮带1.2，从而使得远离检测装置5.1的金属管的一端适当升高；为了提高调整效率可同时控制接近检测装置5.1的两个轴向窜动调整机构2.2的油缸4.1，使油缸杆4.7往回收，从而两个压轮4.6对柔性皮带1.2的挤压量减小，从而使得接近检测装置5.1的金属管的一端适当降低，达到克服金属管窜动的问题；

主控制器2.4计算调整轴向窜动调整机构2.2的具体推到方法如下：

如图7所示，驱动轮组1.3的半径为r1，金属管1.1的半径为r2，驱动轮组1.3的轴线与金属管1.1的轴线之间的距离为h，柔性皮带1.2与驱动轮组1.3相切点到切点所在侧的压轮4.6的距离为L2，柔性皮带1.2与金属管1.1相切点到切点所在侧的压轮4.6的距离为L1，在压轮4.6的压迫下柔性皮带1.2向内的弯曲量为t。

金属管的窜动速度为：

v＝knx；

k为工况系数，取值范围为(0<k<1)；

当轴向窜动调整机构2.2动作时弯曲量t发生变化，从而导致h发生变化，关系式如下：

$L12=\sqrt{{L1}^2-t^2}+\sqrt{{L2}^2-t^2}=\sqrt{{(h-A)}^2+{(r2-r1)}^2};$

L12为当t不为零时，驱动轮组1.3与金属管1.1与柔性皮带1.2同侧的两个切点之间的距离；A为t不为零时，金属管1.1与柔性驱动带1.2的切点位置提升的高度；

x＝λA；

λ值由两组柔性驱动带1.2之间的距离和r1、r2尺寸确定(0.0625＜λ＜0.2)；

由上述关系式得出：

$v=\mathrm{k\&lambda;n}(h-\sqrt{{(\sqrt{{L1}^2-t^2}+\sqrt{{L2}^2-t^2})}^2-{(r2-r1)}^2});$

由上式可知只需取适当的t值使得金属管窜动速度v等于零，即达到了防止金属管轴向窜动的目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属管轴向窜动实时纠正装置，其特征在于，包括金属管旋转支撑平台(2.1)、四个轴向窜动调整机构(2.2)、轴向窜动检测机构(2.3)、主控制器(2.4)；

所述轴向窜动调整机构(2.2)安装在金属管旋转支撑平台(2.1)上，所述轴向窜动检测机构(2.3)与金属管相对设置连接，所述主控制器(2.4)与轴向窜动调整机构(2.2)、轴向窜动检测机构(2.3)电连接；

所述金属管旋转支撑平台(2.1)用于支撑并驱动金属管旋转，同时用作轴向窜动调整机构(2.2)的支撑架；

所述轴向窜动调整机构(2.2)用于调整旋转金属管的窜动方向以及窜动量；

所述轴向窜动检测机构(2.3)用于检测金属管旋转过程中轴向窜动信号并将检测值反馈给主控制器(2.4)；

所述主控制器(2.4)用于接收轴向窜动检测机构(2.3)的轴向窜动信号，判断金属管的窜动方向以及窜动速度。

2.根据权利要求1所述的金属管轴向窜动实时纠正装置，其特征在于，所述轴向窜动检测机构(2.3)包括检测装置(5.1)、端堵(5.2)，所述端堵(5.2)安装在金属管(1.1)的一端上作为被检测元件，检测装置(5.1)安装在与端堵(5.2)距离一定距离的相对应位置上。

3.根据权利要求1所述的金属管轴向窜动实时纠正装置，其特征在于，所述轴向窜动调整机构(2.2)包括油缸(4.1)、第一支座(4.2)、第二支座(4.3)、连杆(4.4)、第三支座(4.5)、压轮(4.6)、油缸杆(4.7)，连杆(4.4)的一端与第二支座(4.3)铰链，连杆(4.4)的另一端与压轮(4.6)固定连接，第三支座(4.5)固定在连杆(4.4)上靠近压轮(4.6)，油缸杆(4.7)的端头通过第三支座(4.5)与连杆(4.4)铰链，油缸(4.1)的中上部与第一支座(4.2)铰链，第一支座(4.2)、第二支座(4.3)、第三支座(4.5)的铰链结构的转动轴分别于压轮(4.6)的转动轴平行，所述轴向窜动调整机构(2.2)通过第一支座(4.2)和第二支座(4.3)固定安装在所述金属管旋转支撑平台(2.1)上。

4.根据权利要求1所述的金属管轴向窜动实时纠正装置，其特征在于，所述金属管旋转支撑平台(2.1)包括四根支腿(3.1)、两个支撑座(3.2)、两根承重梁(3.3)，四根支腿(3.1)固定在一个长方形的四个顶点上，长方形宽度方向上的两跟支腿(3.1)的顶端分别固定设置承重梁(3.3)，两根承重梁(3.3)的中间分别安装一个支撑座(3.2)；两个驱动轮组1.3分别安装在一个支撑座(3.2)上，所述轴向窜动调整机构(2.2)的第一支座(4.2)、第二支座(4.3)按照上下的相对位置关系依次固定在一根支腿(3.1)上，压轮(4.6)刚好压住柔性皮带(1.2)，其它三个轴向窜动调整机构(2.2)分别安装在另外三根支腿(3.1)的相同的位置。

5.根据权利要求1至4任一所述的金属管轴向窜动实时纠正装置，其特征在于，所述检测装置(5.1)采用的是激光脉冲探测装置。

6.利用权利要求1～4任一所述的金属管轴向窜动实时纠正装置进行金属管轴向窜动实时纠正的方法包括如下步骤：

主控制器(2.4)控制检测装置(5.1)发射激光脉冲并同时开始计时；

端堵(5.2)将激光脉冲反射回检测装置(5.1)；

检测装置(5.1)检测反射回的激光脉冲信号，对主控制器(2.4)发出停止计时信号；

主控制器(2.4)停止计时，并根据预设程序计算出金属管的旋转速度同时判断出金属管的窜动方向；

根据判断结果主控制器(2.4)发出相应的控制指令给轴向窜动调整机构(2.2)。

7.根据权利要求6所述的金属管轴向窜动实时纠正方法，其特征在于，当主控制器(2.4)判断金属管朝着检测装置(5.1)的方向窜动，则主控制器(2.4)控制靠近检测装置(5.1)的两个轴向窜动调整机构(2.2)的油缸(4.1)，使油缸杆(4.7)往外伸出，两个压轮(4.6)挤压柔性皮带(1.2)。

8.根据权利要求6所述的金属管轴向窜动实时纠正方法，其特征在于，当主控制器(2.4)判断金属管朝着远离检测装置(5.1)的方向窜动，则主控制器(2.4)控制远离检测装置(5.1)的两个轴向窜动调整机构(2.2)的油缸(4.1)，使油缸杆(4.7)往外伸出，两个压轮(4.6)挤压柔性皮带(1.2)。

9.根据权利要求7所述的金属管轴向窜动实时纠正方法，其特征在于，为了提高调整效率可同时控制远离检测装置(5.1)的两个轴向窜动调整机构(2.2)的油缸(4.1)，使油缸杆(4.7)往回收，从而两个压轮(4.6)对柔性皮带(1.2)的挤压量减小。

10.根据权利要求8所述的金属管轴向窜动实时纠正方法，其特征在于，为了提高调整效率可同时控制接近检测装置(5.1)的两个轴向窜动调整机构(2.2)的油缸(4.1)，使油缸杆(4.7)往回收，从而两个压轮(4.6)对柔性皮带(1.2)的挤压量减小。