管道全位置自动焊接机的研究

论文摘要

管道运输是油气运输中最主要、最快捷、经济、可靠的方式,可用于输送水、原油、天然气、成品油等,具有输量大、距离长、安全性高、成本低等优点,在各国发展迅速。管道运输业的主体是管道,管道工程的核心工作是管口的焊接。因此研究高效率、性能可靠的管道全位置自动焊接机具有十分重要的意义。首先,研制了一种导轨式管道全位置自动焊接机,其关键技术包括:研制新型的行走机构、焊枪摆动机构、横向调整机构、高度与倾角调整机构和轨道,着重对其结构特点、动作原理、设计要点进行了分析。利用SolidWorks三维设计软件建立其有限元模型,并利用Cosmosworks有限元分析软件进行机械结构有限元分析,得到焊接机各个零部件的应力分布情况对整机结构强度和刚度的影响。其次,对焊接机进行模态分析,得到焊接机的各阶固有频率和固有振型,从而分析焊接机在焊接过程中的振动特性;并对自动焊接机进行运动仿真,得到各个模块的运动参数,包括速度、加速度等,校验自动焊接机能否满足技术要求。最后,根据管道全位置自动焊接机实际工作环境所得到的有限元分析结果,对自动焊接机进行结构优化,以达到体积小、重量轻、加工成本低、运动精度高、操作简便并且满足各项性能指标。现场实验表明,该自动焊接机能沿导轨平稳、可靠的行走,并进行管道的全位置焊接,整机采用模块化设计,便于安装、调试和维修,操作简便,成本低,适合我国现场施工作业及工人的技术水平,既保证了焊接质量,又提高了劳动效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 管道全位置自动焊接机的发展及应用
• 1.2.1 焊接机器人的发展历程
• 1.2.2 焊接机器人国内外应用现状
• 1.2.3 焊接机器人技术展望
• 1.3 管道全位置自动焊接机的研究现状
• 1.3.1 管道全位置自动焊接机国外研究现状
• 1.3.2 管道全位置自动焊接机国内研究现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 管道全位置自动焊接机的总体结构设计
• 2.1 有限元建模软件SolidWorks简介
• 2.2 自动焊接机总体结构设计
• 2.2.1 自动焊接机总体要求和技术指标
• 2.2.2 自动焊接机总体方案的确定
• 2.2.3 自动焊接机机械结构设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 管道自动焊接机有限元分析及结构优化
• 3.1 有限元分析理论基础
• 3.2 自动焊接机静态有限元分析及结构优化
• 3.2.1 焊枪摆动机构静态有限元分析
• 3.2.2 倾角调整机构静态有限元分析
• 3.2.3 高度调整机构静态有限元分析
• 3.2.4 横向调整机构静态有限元分析
• 3.2.5 行走驱动机构静态有限元分析
• 3.2.6 焊接小车其它结构优化改进
• 3.3 本章小结
• 第4章 管道自动焊接机运动仿真分析
• 4.1 COSMOSMotion简介
• 4.2 COSMOSMotion分析步骤
• 4.3 自动焊接机运动仿真分析
• 4.3.1 焊枪摆动机构运动仿真分析
• 4.3.2 高度调整机构运动仿真分析
• 4.3.3 横向调整机构运动仿真分析
• 4.3.4 行走驱动机构运动仿真分析
• 4.3.5 送丝机构运动仿真分析
• 4.4 自动焊接机模态分析
• 4.4.1 模态分析理论
• 4.4.2 夹角机构机壳模态分析
• 4.4.3 行走驱动机构机壳模态分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢