多工位钢管水压试验机的研究与设计

发布时间：2020-08-01 17:40

【摘要】：钢管水压试验机(简称水压机)是广泛应用于钢管行业的大型自动化检测设备,目的是检测管体密封性、钢管缺陷等。近些年来,随着我国工业生产技术的进步,对钢管的市场需求一步步的扩大,国内生产钢管的企业也大幅度提高了产量。目前,在国内专用钢管生产行业中,均需要使用水压机进行检测钢管能否达到相应的质量等级。但由于传统的水压机检测效率低,钢管水压试验时密封圈磨损严重,夹紧机构驱动装置没有理论数据做依托,这些问题严重制约了水压机的发展。为此,笔者结合国内外水压机设计经验,设计开发出高效率的、密封方式为端面密封的多工位水压试验机,并用于生产实践,解决了上述各种问题。本文研究内容主要涵盖:(1)设计出多工位水压试验机,并对重要机构进行结构分析和工作原理分析;(2)基于ANSYS workbench,本人对多工位水压机端面密封垫进行有限元分析,研究了一种通过有限元分析验证密封条件和强度条件的方法,求出最小实际比压和水压试验时对钢管加载的最小力,该方法即满足密封条件,泄漏率在允许的范围内,又可最大程度的提高密封垫的寿命,防止了水压试验时由于加载过大而频繁更换密封垫的现象;(3)利用ADAMS软件中的View模块,本人对水压机中的自动夹紧机构进行三维建模、参数化分析、优化设计后,找到水压机各杆件长度等设计参数。该方案对机构的优化在节约能耗上非常明显,使其最大推进力降低了11.6%。平均推进力降低了2.74%,极大地降低了能耗,为夹紧装置提供了理论数据;(4)根据水压机的各部件动作要求,本人设计出PLC控制系统,进一步提高工作效率,在保证水压机正常工作的前提下,尽量减少中间过程的等待时间,通过优化水压机工作时序图,加强钢管位置和机构工作位置的检测与反馈,从而保证水压机在较为理想的状态下工作。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH89
【图文】：

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图 2-1 多工位钢管水压试验机水压试验工序：钢管冲洗工作完成后，送料链条运动，用于将冲洗后的钢管送入的试压位置[26]。工作时传动链带动链上的圆盘卡钳做顺时针运动，圆盘卡钳一次卡住一根钢管运动，将钢管输送至检测台，检测台左侧带有计数传感器，对于六工位钢管水压机，钢管输送过程中，传感器电刷计数六次停止，六根钢管已进入试压位置，此时气缸驱动钢管夹紧机构动作实现钢管定位夹紧，钢管状态稳定后，钢管两端密封头向钢管两侧运动，对钢管进行初步密封及两端定位，而后进行钢管排气操作，固定端充水阀打开，由低压水泵向钢管内充水，同时与密封头连接的排气阀工作，排气阀上装有流量传感器，起初排气阀排除的是钢管内的气体，待排气阀经过流量传感器检测，当排气阀排出一定量的水后，排气阀关闭，钢管排气动作完成。低压充水口关闭，增压缸动作，由固定端向钢管内充入高压水，连接密封头的压力传感器动作，待压力表显示压力值为 7Mpa 时，高压水泵停止动作，带检测钢管进入保压状态，保压时间为 5-10s[16]。由于钢管内充满高压水，此时排气阀打开，进行泄压，泄压完成后，钢管两端密封头离开钢管，向两侧检测前初始位置移动，管内水自然排出至收集装置，夹紧机构松开钢管，钢管传送机构动作，传送机构右侧也有计数传感器，共计六次，传送机构将已检测钢管送入钢管打包槽中，钢管水压机整体检测工作完成，准备进入下一批钢管检测前状态。特别说明，采用端面密封方式，工作时是将密封圈通过液压缸直接压在钢管端面上，从提密封圈寿命讲，密封圈对钢管的压力越小越好，但压力过小会影响密封效果，这就要求要找出初始的压力值，并且通过自动控制及液压比例阀控制，使得密封圈对钢管的

上料机构,钢管,自动上料

置设计的目的在于提供一种用于钢管水压试验机自动上料的功能艺效率低下的问题，通过优化上料工序，实现自动上料，减小作业生产效率，增强企业的市场竞争力[28]。针对钢管上料任务的工作要需具备以下优势：钢管上料的能耗要小、平稳性好、运动方式简单。因此考虑到这些问题设计钢管上料机构如图 2-1 所示。

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图 2-1 钢管上料机构 2.液压缸 3.支撑板 4.双 V 型钢管槽设计为：将同等规格的一批待检测钢管两根钢管自动进入 V 型槽中，保证钢管高度（如 60mm），此时两根钢管到达类推，直到钢管架上钢管装满为止；如动作流程如图 2-2 所示。

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