开题报告-管道外圆自动焊接机的结构设计.docx

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1、开题报告课题题目及来源:题目：管道外圆自动焊接机的结构设计题目来源：自拟课题研究的意义和国内外研究现状：目前管道施工已逐渐从手工焊接向全自动焊接方向发展。管道建设地区跨度大，沿线施工环境恶劣，加之管道输送逐步向高压、大口径方向发展，这对管道环焊缝的焊接提出了更高的要求，管道环焊缝的焊接成为制约整个工程质量和建设周期的关键因素。野外焊接环境十分恶劣，焊工劳动强度大，技术难度高，因此，工程上迫切需要实现管道的自动焊接，用以提高生产率、保证焊接质量、降低劳动强度和施工成本，而且自动焊接还能大幅度降低操作技术难度，解决焊工培养困难，流失严重等问题。本设计的目的是对管道建设野外作业的管道外圆自动焊接机进

2、行结构设计以达到体积小、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的要求。管道外圆自动焊接机的国内外研究现状如下：(1)国外研究现状管道焊接广泛应用于各个工程领域当中，比如：油气工业、核能与热能工厂和化工厂。管道外圆自动焊接机采用熔化极外圆焊接技术，最早出现于20世纪60年代末期。MIG金属焊丝惰性气体保护焊是美国制造业四十多种焊接中的一种，它是一种连接两个相同材料尤其是碳钢材料经济的方法。美国CRC公司率先研制成功了一种高效管道焊接系统，即CRC多头气保护管道自动焊系统，并于1972年将该项技术应用于管道施工获得成功。起初只是焊接小车带动焊枪行走，焊接参数(焊接电流、电压、

3、焊接速度等)均为手动控制。目前，生产外圆自动焊接设备的除了美国CRC公司外，还有德国VIETZ公司、美国MAGNATECH公司、荷兰VERAWELD公司、英国Noreast公司、法国SERIMER DASA公司、意大利PWT公司等。CRC公司智能化的P-500、P-600型以及SERIMER DASA公司的双枪焊接系统在世界范围内具有很高的技术水平。到目前为止，CRC公司生产了P300, P400,P500和P600 4个型号的管道外圆自动焊机。其中P500和P600是双焊炬管道外圆自动外焊机，它采用了水冷式焊枪、外挂推丝式送丝机构和带有熔滴过渡单元(CDT)的脉冲焊接电源，焊接参数可编程并储

4、存在可方便更换的控制卡上，并根据焊接工艺以及焊接材质的变化要求，随时离线编程。P500和P600适用于窄间隙叠焊或宽间隙排焊，还可完成根焊。生产效率比单焊头自动外焊机提高40%50%。缺点是焊枪采用强迫水冷却，给实际应用带来许多不便。法国SERIMERDASA公司生产的Satur2naxBug双焊头外焊机，采用了风冷式焊枪、外挂推丝式送丝机构和专用的脉冲焊接电源，计算机焊接编程控制单元和焊车运动控制单元分置，可进行在线编程，可完成根焊、窄间隙叠焊或宽间隙排焊。总体性能与CRC的P500和P600类似。其缺点是双焊头的摆动不能单独控制，计算机焊接编程控制单元和焊车运动控制单元体积偏大。其中，CR

5、C公司生产的自动焊接机已焊接了长达50000km的管道。这些厂家的设备虽然外形各具特点，但在控制方面，不外乎是计算机控制焊接参数和人工调控焊接参数两种方法。（2）国内研究现状我国管道建设起始于20世纪70年代，管道焊接施工很长一段时间都只是停留在手工焊、半自动焊的水平上。这种焊接机没有自动搜寻焊缝位置功能。这就需要操作者必须观察焊接位置并调整焊枪。如果操纵者操作不正确就会导致焊缝缺陷。所以焊缝位置跟踪全自动焊接机就应运而生28。虽然我国管道事业发展较快，但具有自主知识产权的管道外圆自动焊机还比较少。国内典型的管道自动焊机在吸收引进国外先进的自动焊机经验的基础上，国内一些单位成功地研制开发出适用

6、长输管道环焊缝施工的外圆自动焊机，其中以中国天然气集团公司工程技术研究院研制的APW-H型外圆自动焊机、石油管道特种施工机具研究所研制的PAW2000管道外圆自动焊机为代表。APW-H型外圆自动焊机采用以直流脉宽调速为基础，位移传感检测闭环控制为核心的硬件控制电路，在管道外圆自动焊接过程中，焊接参数如电流、电压、焊速、焊枪摆动速度、摆动幅度、两端停留时间,既可预先设定又可分别实时调节。焊机的这一特点使之更加适用长输管线现场组对的复杂情况，在坡口存在错边、宽窄不一等工况下，通过实时调节，均可获得优良的焊缝。APW-II型外圆自动焊机主要用于中大口径管道外环焊缝热焊道、填充焊道、盖面焊道的焊接。P

7、AW2000管道外圆自动焊机整套设备由焊接小车、环形可拆卸轨道、计算机自动控制柜、手操作盒、计算机和其他一些辅助配件组成。每台焊接工程车均具有根焊的功能热焊、填充焊和盖面焊的功能。课题研究的内容，拟解决的主要问题：课题研究的主要内容如下：(1)查阅资料，撰写开题报告，掌握机械产品设计的基本步骤；(2)结合题目进行市场调研，了解现场工程问题，积累相关资料，做好调研笔记；(3) 了解管道外圆自动焊接机工作原理与性能及各部件零件的设计方法，进行总体方案设计、论证和选择；(4)对各机构进行设计与校核：包括小车行走机构、焊丝送进机构、焊枪摆动机构、焊接轨道等。(5)完成设计论文；(6)完成二维装配图、零

8、部件图级三维模型。研究过程中的主要问题和解决办法：主要问题为如何实现焊接速度的调整以及如何实现焊枪摆动以满足宽焊缝的焊接要求；我们可以通过选用调速电机驱动焊接小车来实现焊接速度的调整，而通过在导轨侧面设置规则的波形实现焊枪的摆动。研究的步骤、方法及措施：研究步骤为，首先通过查阅已有的管道外圆自动焊接机相关文献，熟悉管道外圆自动焊接机基本结构及工作原理；接着归纳总结现有结构优点及不足之处，借鉴其优点，规避其不足提出新的设计方案；然后根据选定的设计参数对方案中各机构进行设计与校核，包括对小车行走机构、焊丝送进机构、焊枪摆动机构、焊接轨道等机构的结构尺寸计算及强度校核；最后绘制本焊机的二维图纸及三维

9、模型并进行仿真分析。方法及措施为，采用文献研究、理论分析研究、机构视图分析三种方法，文献研究措施为查阅网络资料及图书馆资料、理论分析则通过计算与校核实现、机构视图分析通过CAD二维软件及Pro/E三维软件采用边制图边结合修正设计数据的措施。总体方案为：本管道全位置自动焊接机采用模块化设计，包括焊接小车和轨道两部分，其中焊接小车包括以下模块：行走机构、横向调整机构、高度调整机构、倾角调整机构、焊枪摆动机构、送丝机构。焊接小车通过夹紧机构安装在焊接轨道上，带动焊枪沿管壁外径作圆周运动，小车上的摆动机构、横向与高度调整机构用以实现焊枪的横向摆动跟踪和上下移动。送丝装置可外挂在焊接小车上，并与焊接小车

10、绝缘，这样可方便换丝，提高工作效率。其方案见图如下图示:工作进度安排：1 .查阅资料，完成外文翻译（不少于3000字）及开题报告第1-2周2 .完成总体方案设计、论证和选择第3周3 .完成总体结构和主要零部件的设计第4-8周4 .完成论文初稿、装配草图并准备中期答辩材料第9周5 .完成装配图及零部件图第10-12周6 .完成论文终稿第13周7,完善毕业设计相关资料，准备答辩第14-16周课题研究所需的参考文献：1机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2004.2成大先.机械设计手册（机械传动）.北京：化学工业出版社，2004.3焦向东等.球罐外圆焊接机器人智能控制系统.焊接学

11、报，2000, 21 （4） : 14.4朱进满.焊接机器人的应用J.现代制造,2005, 12： 4247.5刘鸿文.材料力学M.第六版.北京：高等教育出版社，2017： 1-200.6成大先.机械设计图册（1-5卷）M.北京:化学工业出版社，2016.7罗红专机械设计基础基.北京:机械工业出版社，2016： 1-260.8张建民.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,2012黄继昌，徐巧鱼，张海贵等.实用机械机构图册B M.人民邮电出版社，201610王政，焊接工装夹具及变位机械一一性能设计 选用，机械工业出版社，200111王云鹏，焊接结构生产（焊接专业），机械工业出版社，200712邹

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13、f Automobile Drive Shaft Automatic WeldingMachineJ. Advanced Materials Research, 2013, 2592 （779） ： 1098-110122 Transient finite element analysis of ultrasonic welding of PEEK,200623 The Analysis and Simulation of Welding Deformation about SAF 220524 Cole Thompson Associates. Directory of Intelligent Buildings, 1999.25 W. -S Yoo, J. -D. Kim, S. -J. Na. A Study on A Mobile Platform-manipulatorWelding System for Horizontal Fillet JointsEj. Mechatronics, 2001, 11：853、868.指导教师审查意见:指导教师签字：2018年 月 日指导委员会审核意见:组长签字:2018年 月 日