船舶用GRE管道多工位生产线控制系统设计

发布时间：2020-05-30 17:23

【摘要】：管道是船舶不可缺少的装备。传统船舶管道采用金属管道,存在耐腐蚀性差、质量重、使用寿命短等缺点。因此,船舶用管道急需一种新型材料管道替代金属管道。GRE(Glassfiber Reinforced Epoxy)管道具有耐化学介质性能好、易成型、抗震性强、使用寿命长等优异的性能,广泛应用于石油天然气、输送海水以及航空航天等诸多领域,是金属管道最佳替代品。目前GRE管道制品成型需要经缠绕机、固化炉、脱模机等多台独立的设备完成,存在成型质量差、生产效率低等问题。因此,迫切需要设计缠绕、固化及脱模一体的船舶用GRE管道多工位生产线,来提高管道制品成型质量和生产效率等。船舶用GRE管道是由玻璃纤维束和导电碳纤维浸渍树脂,经缠绕、固化、脱模等工序形成制品。为实现船舶用GRE管道自动化生产,本文对船舶用GRE管道制品及成型工艺进行分析,设计了包括多工位缠绕、内加热固化成型及脱模等一体的多工位生产线。为了使管道缠绕线型设计更加精确与方便、缠绕层间碳纤维束缠绕线型重合度均匀,本文基于参数化设计的纤维缠绕方法,对管道纤维缠绕轨迹方程进行设计及优化,并仿真;完成了缠绕控制系统硬件和软件设计,实现了管道的多工位缠绕。为了提高船舶用GRE管道成型质量和效率,设计了内固化加热管路系统和多工位共用一个脱模小车的机构,并完成了固化与脱模控制系统的硬件和软件设计,有效地实现了船舶用GRE管道成型过程中温度控制,以及提高管道成型效率。本文设计的船舶用GRE管道多工位生产线控制系统可实现船舶用GRE管道多工位同时缠绕、固化等,实现了船舶用GRE管道的自动化生产,从而解决了船舶用GRE管道成型质量差、效率低等问题。
【图文】：

纤维缠绕,单工位,管道

Kellog公司成功开发[21]，此后有一些研究机构开始直到60年代，机械式纤维缠绕装备成功地被数十Entec公司研制的第一代400型机械式缠绕机[22]，，该轮与链条等传动机构来控制主轴和小车进行运动控在齿轮与链条之间的间隙过大等现象，从而致使缠求和纤维缠绕制品无法达到预想的结果。在1973年作为控制器的纤维缠绕装备被美国Entec公司成功技术和纤维缠绕装备的巨大创新，使微机控制的纤国Pultrex公司成功研制出了采用通用型数控系统的大大提高了机床的速度控制，缠绕精度也得到了极在纤维缠绕技术和纤维缠绕装备相继得到应用，致D/CAM相关技术由此诞生，从而可以大大简化了，另外也大大减少了纤维缠绕生产周期[24]。FPI公备，该纤维缠绕成型装备虽提高了管道的生产效率但是只能单工位管道生产，很难满足船舶用GR特点，如图1-1所示。

纤维缠绕,缠绕机,微机型,样机

并起着积极的作用[28]，其管道纤维缠绕装备如图1-2所示。图1-2 国内管道纤维缠绕装备Fig.1-2 The machine of filament winding for pipe1995年，新型高性能的微机型JKCR120/400K数控缠绕机实验原理样机由哈尔滨工业大学研制成功，之后科研人员经过多年对样机进行反复试验及技术改进。国内首台由计算机控制的五坐标控制四坐标联动数控缠绕机由哈尔滨工业大学自主研发，该缠绕设备工作效率高，且缠绕制品能够达到缠绕工艺要求，填补了国内空白[29]，目前国内研制纤维缠绕装备部分技术指标已超过国外同类装备的技术水平。随着船舶制造业的迅速发展，我国对船舶用GRE管道的需求将不断增加，这将会使我国船舶用GRE管道产业的快速发展
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U673.3

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