水电站接地扁钢自动焊接系统设计

发布时间：2020-06-10 19:25

【摘要】：水电站接地扁钢是电网的重要组成部分,接地扁钢的作用是在输配电系统与大地之间建立安全可靠的连接,并使接地电阻达到国家规定的标准,从而为水电站内的电气设备提供稳定可靠的参考零电位,在出现意外情况时可将过电流导入大地,避免其引起电气设备故障和造成人员伤亡。但接地扁钢的焊接形式多样,焊接地点不固定,焊接工况复杂,采用人工焊接虽然灵活方便,但是焊接效率低,焊接可靠性难以保证。针对这一情况,本论文设计了一套自动焊接系统代替人工来完成接地扁钢的焊接任务,以期解决这一问题。该自动焊接系统的设计工作主要包括以下四个方面:第一,确定扁钢的搭接形式,并据此设计相应的工装夹具,以实现待焊扁钢的快速定位,包括固定机构底座设计、支撑挡块设计、定位挡块设计、快速压钳设计等,之后确定焊件的定位夹紧工作步骤,保证焊件在焊接工位上的牢固定位;第二,完成焊接运动机构的设计,包括三轴运动机构设计、末端旋转机构设计以及确定运动机构工作步骤,保证不同焊接形式下的焊枪可达性,同时选择高精度的控制电机以及合适的位置传感器,保证焊枪在可控范围内运动,最终实现焊枪位移量的精确控制;第三,确定合适的焊接方法,搭建完整的焊接子系统,包括焊接电源、送丝机构、保护气体输送装置等,并确定焊接子系统的工作流程,通过对影响焊接质量的工艺因素进行分析,确定合适的实验方法,并通过实验确定合理的焊接工艺,以保证焊接质量的稳定可靠;第四,完成自动控制子系统的设计,包括自动控制子系统的硬件组成、工作原理以及PLC梯形图程序实现等。自动控制子系统的硬件组成包括PLC及其外部接线、变压器、智能相机、光电开关式位置传感器、电机驱动器、控制电机等。该自动焊接系统的搭建工作主要包括以下两个方面:一是搭建以可编程控制器PLC为核心的自动控制子系统,并通过设计有效的焊接自动控制程序,实现焊枪从起焊点开始逐段有序地完成对各条焊缝的焊接任务,同时利用光电开关式位置传感器限制各轴运动副的极限位置,确保焊枪在有效行程内运动;二是通过智能相机来实现对两扁钢接口处图像信息的采集、处理与传输,并通过安装在PC机上与智能相机配套的软件取得焊接预定轨迹上关键点的相机坐标并进行直线拟合,之后通过坐标转换得到这些点在三轴运动机构坐标系下的坐标,并以通讯的方式将该坐标直接传给PLC,PLC则根据所取得的坐标控制三轴运动机构运动,驱使焊枪到达目标位置并开始焊接,直至完成自动焊接任务并在完成任务后进行各轴位置归零,为下一次的自动焊接做准备。
【图文】：

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水电站接地扁钢自动焊接系统设计第一章绪论1.1 研究背景水电站使用接地扁钢的目的是要将一些重要的电气设备与大地连接，把大地作为稳定的参考零电位，在出现意外情况时将故障电流或雷击电流导入大地，防止电气设备损坏或造成人员伤亡，因此，接地系统的稳定可靠对电网的安全稳定运行至关重要[1]，如下图 1-1 所示为水电站施工现场的接地扁钢搭接形式示意图。

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图 1-2 人工焊接与自动焊接但有批评者指出，在目前情况下，基于施工现场的实际工况等因素，人工焊比用机器焊接更加方便，更加灵活，且易于实现，使用机器代替人工不仅麻烦，且没有必要，对接地扁钢自动焊接系统的研究开发也显得有些画蛇添足，其现实用意义并不明显。针对批评者所指出的情况，本文认为，随着生产力水平的不断高以及劳动力成本的不断增加，在未来水电站施工过程中将会越来越多地使用可制的机器来代替人工来完成工程任务[11]，这其中就包括我们所要研究的面向接地钢的自动焊接系统，虽然目前来说人工焊接较为方便，也较为灵活，，但是，我们能因此就放弃对新技术的研发，就像火车在刚出现之时，速度还没有马快，但随研究的深入以及相关技术水平的不断提高，当下火车的速度可以达到 350km/h，已取代了马作为现代人出行的主要交通工具[12]。在科学技术日新月异的今天，放对新技术的研发而在科技创新方面止步不前，是不可取的[13]。虽然我们所研究设的自动焊接系统在灵活性和便捷性方面暂时还不如人工，但相比于人工来说却也着诸多优势，例如较高的焊接效率，较高的焊接质量可靠性等，对于不足之处只在以后加以改进，相信，随着科学技术的进步，我们所研发的自动焊接系统在工实践中代替人工劳动而得到广泛应用也将是为期不远的事情了。
【学位授予单位】：南昌工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV738

【参考文献】