高强度管道编织设备开发开题报告选题背景.docx

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1、高强度管道编织设备开发开题报告一、选题背景随着天然气消费量的增长,输气管线的重要性也显得越来越突出。为了实现 安全,经济的天然气运输,管线必须在天然气田的发展中担任重要的角色。长距 离输气管线带来了对高强度管道的巨大需求，就有必要对高强度管线钢的制造 提供先进的工装设备，以便管道快速生产。编织工艺在现代制造业中具有非常重要的地位。编织设备的发展也日新月 异，根据市场需求和技术创新，对编织机械设备的精度和自动化水平提出了更 高的要求。随着纺织材料的多样化和品质的提高，目前市场上需要具有高速、 高效、高精度、高强度的编织机械设备。因此，开发一种高强度编织设备，能 够提高生产效率、降低成本、提升工艺

2、品质，具有广阔的市场前景和重要的实 际应用价值。二、选题意义L增强企业竞争力随着市场的竞争加剧，企业必须不断提高生产效率和质量，以占据市场优 势。高强度编织设备的开发可以提高编织过程的效率和质量，从而提高企业的 竞争力。2 .提高生产效率和降低成本高强度编织设备能够实现更快的编织速度和更高的效率，从而降低生产成 本和提高企业收益。3 .促进纺织制造业的发展纺织制造业是我国传统产业之一，也是国民经济重要支柱产业之一。高强 度编织设备的开发将促进纺织制造业的技术水平不断提升，加速产业升级和创 新发展。同时，也将对提高全球纺织制造业的竞争力贡献力量。4 .推动科技创新高强度编织设备的开发需要涉及多个

3、学科和技术领域，包括机械设计、传 动系统、自动化控制等。这将推动科技创新，推进学术研究和产业应用的融合。三、三维编织设备的发展状况三维编织设备的研制始于20世纪60年代后期。1973年德国Maistre公司 研制的全自动三维编织机被认为是第一台三维编织设备，可以编织4x2的三维 编织物。1989年美国北卡罗来纳大学成功研制了可以连续喂纱的四步法三维编 织设备，编织效率有了明显提升。随着三维编织技术的发展，目前已经出现了 大量的三维编织设备，其中有代表性的是行列式编织设备与角轮式编织设备。 角轮式编织中携纱器按照一定的规律安装在角导轮的缺口中，角导轮转动带动 携纱器运动，将携纱器从一个角导轮传递

4、到另一个角导轮上，从而使携纱器在 机器底盘上有规律地运动，带动纱线相互交织，形成整体织物。由于现有的角 轮式编织设备所能安装的携纱器数量较小，使得采用该工艺制成的三维编织物 尺寸和形状受到了限制。该设备具有高速编织成形的优势，而行列式编织设备 具有结构紧凑、成本低、通用性好等特点。最近，Albany公司开发的角轮式三 维圆形编织机能够生产相邻层交织的编织预制件拉。1994年美国Atlantic ReSearCh公司研制了圆形三维编织机，可挂14000根纱；1996年天津工业大学 复合材料研究所研制了由计算机控制的方形三维编织机，该设备可以挂40 000 根纱，是目前国内最大、最先进的三维编织没

5、备。近期，Herzog公司设计了三 维实体编织机，由布置的多行和多列方阵中的转子组成，通过增加轴向纱和调 整编织纱来改变织物的几何形状，以编织出各种形状复杂的预制件。为了生产 更大尺寸、更复杂的三维编织预制件，三维编织最近的研究热点集中在织物结 构和编织工艺上。天津工业大学复合材料研究所成功研制了组合式三维编织机, 标准化的编织单元通过灵活组合，可满足不同形状和尺寸的编织要求。美国 3Tex公司也推出组合式角轮式编织机，可以连续编织截面为T形等的预制件四、三维编织技术发展面临的挑战虽然三维编织技术在编织预制件时有其独特优势，但到目前为止，三维编 织设备仍处于研究阶段，可用于商业化生产的大型三维

6、编织机很少，其应用 也较少，究其原因主要有以下几方面：(1)在加工形状复杂的制件时存在困难，织造工序较为复杂，加大了编织路 径自动规划及设备自动控制的难度，急需开发与之对应的大型编织设备；(2)现有的编织设备在加工厚度方向要求很大的制件时存在一定困难。如 何使织物沿着厚度方向延伸，是现有三维编织设备所面临的一个难题；(3)三维编织复合材料的分析研究几乎都集中在三维四步法编织或二步法 编织，材料品种较少，研究范围受到限制，不利于材料的性能优化。五、研究内容和目标本项目的研究内容主要包括以下方面：1 .设计一种高强度编织设备，能够具备高速、高效、高精度的编织能力。2 .研究编织过程中的热量和压力变

7、化规律，探索适合不同材料的编织工艺 参数。3 .开发自动化控制系统，实现编织过程中的精密控制和监控。项目的研究目标是：1 .设计一种高强度编织设备，达到每分钟500米以上的编织速度。2 .实现编织过程的稳定性、精度、可靠性和工艺品质的稳定性。3 .研究不同材料的编织工艺参数，能够适用于各种不同材料的编织需求。4 .开发先进的自动化控制系统，实现精密控制和监控，提高生产效率和质 量。六、研究方法和步骤本项目的研究将遵循以下步骤：1 .确定研究任务和目标，明确研究内容和范围。2 .开展前期调研和文献研究，分析现有编织设备的发展现状和存在的问题, 确定研究方向和思路。3 .进行机械设计和结构优化，确

8、定高强度编织设备的样式和结构形式。4 .进行材料测试和工艺参数优化论证，探索适合不同材料的编织工艺参数。5 .开发控制系统和编写控制程序，实现编织过程中的自动化控制和监控。6 .进行实验验证和性能测试，评估设备的性能、效率和工艺品质，不断进 行优化调整。7 .完成高强度编织设备的最终设计和生产，进行成本评估和市场推广。本项目采用的研究方法主要包括：1 .机械设计和结构优化：采用CAD等软件辅助设计，结合理论计算和仿真 分析，进行结构形式和性能优化。2 .材料测试和工艺参数优化：对不同材料进行测试，探索适合不同材料的 编织工艺参数。3 .控制系统开发：采用PLC. PID控制等控制器和软件，结合

9、编写控制程 序和人机交互界面，实现编织过程的自动化控制和监控。4 .实验验证和性能测试：在实验室或生产现场进行实验验证和性能测试， 评估设备的性能、效率和工艺品质，并进行优化调整。七、预期结果和应用价值通过本项目的研究和开发，预期能够设计和制造出一种高强度管道编织设 备，达到每分钟500米以上的编织速度，并具备高效、高精度、高稳定性的特 点。该设备将在高强度管制钢制造业及纺织制造业等领域得到广泛应用，具有 以下应用价值：1 .提高生产效率和质量，促进企业竞争力的提升。2 .降低生产成本，增加企业收益。3 .推动纺织制造业的技术升级和创新发展，提升行业竞争力。4 .增强国内编织机械设备制造业在国

10、际市场中的竞争力，促进我国高端装 备制造业的发展。5 .推动智能制造、工业互联网等新兴产业的发展，促进科技创新和经济增 长。八、进度安排本项目的进度安排大致如下：第一阶段：前期调研和文献研究、机械设计和结构优化、材料测试和工艺 参数优化。第二阶段：控制系统开发、实验验证和性能测试、设备优化调整。九、风险分析和对策本项目的研发过程中可能会遇到的风险包括技术难题、设备故障、材料供 应不足等。为了减少风险，我们制定了以下对策：1 .进行全面的市场调研和需求分析，确保设备的性能和功能符合市场需求。2 .设计合理的设备结构和抗干扰控制系统，尽可能减少设备故障的可能性。3 .建立稳定的材料供应链，确保材料

11、供应充足且质量稳定。4 .设定紧密的进度和质量控制标准，及时发现和解决问题，确保项目的顺 利进行。参考文献：1 陈利.三维纺织技术在航空航天领城的应用EJL航空制造技术， 2008(4):47-49.2 陈利，孙颖，马明.高性能纤维顶成形体的研究进展J.中国材料 进展，2012 (10)： 24-33.【3】 曹宜英，薛少林.复合材料用三维编织物的现状与发展J.陕西纺 织，2002 (4)： 32-34.4马文锁，赵允岭，冯伟.三维编织复合材料理论研究进展J.材料 科学与工程学报，2006 (4)： 631-635.5周凤飞.三维纺织技术发展现状J.产业用纺织品，1996 (3)： 13- 1

12、6.6 杨彩云，李嘉禄，复合材料用3D角连锁结构预制件的机构设计 2005(5) :53-58.7 李政宁，陈革,Frank KO,三维编织工艺及机械的研究现状与趋势 J.玻璃钢 / 复合材料,2018(05) :109-115.8 韩清，万振凯.AS-49PC-4在异型三维编织机控制系统中的应用 J.天津工业大学学报，2007(02) :58-61.9 寇晓菲.三维编织复合材料编织工艺过程仿真研究D.华中科技大 学,2012.10 张志毅.三维异型整体编织机底盘及运动控制技术研究D.西安 工程大学,2018.11 TONG L, M0URITZ A P, BANNISTER M K. 3D

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14、Composite LyucturesEj. SAMPE Quarterly, 1986 (17): 10-16.14 RUZAND J M, GUENOT G. Multiacial Three-Dimensional Fabric and Process for Is Manufacture: Inter national Patent W020658 P. 1994-9-15.15 Gao Y. T., rated design for manufacturing of braided perform for advanced composites Part II:3D BraidingJ. Appl compos mater, 2013(20):1065-107516 . Tilman Sontag. A comparison of the Cartesian braiding process and the hexagonal braiding process to produce tubular, bifurcated structuresD. institute fur textiltechnik der with Aachen, 2013