多功能电液内对口器技术研究

摘要

油气资源是国民经济的命脉，我国是石油生产大国同时也是石油消费大国，随着石油、天然气生产和需求的增长，管道运输行业也得到了长足的发展。在管道组对焊接施工中，如何实现山区组对焊接流水施工，保证管道铺设质量、提高管道铺设效率已成为当前管道建设的重要课题。
　　当前，在钢管对口及焊接工程上主要应用气动内对口器，可以实现两根钢管对接过程中的相对位置固定，便于焊接，施工效率较高。但气动内对口器体积大，管道内小角度转向困难，最小转弯半径为30D；同时，气动压力低，大角度爬坡困难，对于坡度较大的管道不适用。本文根据气动内对口器的工作原理结合液压系统的优点，设计出液压内对口器。
　　本文首先从结构上对内对口器进行改进，将对口器分成涨紧部分、驱动部分和动力舱三部分，各部分间采用铰接，可实现最小6D转弯半径；行走驱动采用液压驱动，驱动力大，可实现90度直管爬行和安全制动。
　　其次，针对内对口器管道内行走对中问题，对液压阀控支撑缸进行了数学建模和仿真分析，采用前馈-反馈控制策略对三个支撑缸进行位置同步控制，分析了其控制结构的组成和控制过程。
　　再次，行走驱动采用液压缸支撑液压马达组成驱动装置，为降低系统功耗，采用模糊PID对液压缸内压力进行控制，分析了控制过程和实现方法。保证一定驱动力的情况下，驱动力越小，系统的能耗也就越低。
　　最后，通过现场实验，内对口器可以在6D转弯半径下进行自由转向，在0到90度斜坡管道内可以实现行走和制动。通过三个油缸位置检测，采用前馈-闭环控制策略显著提高了设备管道对中精度，采用模糊PID的压力控制，其压力控制精度更高，波动更小。电控设备采用CAN总线通信，保证了驱动的安全可靠。

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第1章 绪 论

1.1 概述

1.2 课题来源及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本论文要研究的问题及工作

第2章 内对口器的总体设计方案

2.1 引言

2.2 内对口器的设计要求

2.3 结构功能及工作原理

2.4 机械部件的强度校核计算

2.5 本章小结

第3章 液压系统设计及建模

3.1 引言

3.2 液压系统设计

3.4 驱动机构模型分析

3.5 本章小结

第4章 控制策略设计

4.1 引言

4.2 PID控制算法

4.2 支撑缸运动控制

4.3 驱动马达控制

4.4 本章小结

第5章 实验与总结

5.1 引言

5.2 数据采集设备简介

5.3 实验过程

5.4 常见故障及其排除方法

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢