馬志宏，趙 學，王煥朋

（1.蘭州理工大學 數(shù)字制造技術與應用省部共建教育部重點實驗室，蘭州 730050；2.蘭州理工大學 機電工程學院，蘭州 730050）

0 引言

壓力容器在石油化學工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟的各個部門都起著重要的作用。壓力容器的法蘭接口用來對接其它設備，法蘭密封面和密封槽的損壞直接影響壓力容器的安全生產(chǎn)，所以法蘭接口的良好密封性是每臺壓力容器必須長期保證的。對于高壓容器和高壓管線的密封，現(xiàn)通常采用梯形槽密封結構。

在石化企業(yè)現(xiàn)場的容器，無法用常規(guī)的機械加工設備修復密封槽，使得壓力容器的法蘭密封槽在線修復難度極大。而離線送到制造廠修復時，由于容器體積大、重量重，且與諸多的管線相連接，拆卸投入的人力物力太大，所以成本高、工期長，對企業(yè)的生產(chǎn)影響很大。由于壓力容器法蘭現(xiàn)場加工與修復存在種種弊端與不便，文獻[1]設計一套研磨工裝的方法來修復，此種加工屬于光整加工只加工少量金屬以提高表面光潔度為目的，生產(chǎn)效率低；文獻[2,3]設計了一種針對法蘭現(xiàn)場加工裝置，它直接安裝在法蘭上進行加工，但對一些特殊要求將不能滿足加工的要求，本文將設計一種既能滿足一般密封面加工和在線修復的加工裝置，同時還要滿足內(nèi)裝的加工要求的加工裝置。

1 裝置的組成

1.1 裝置的組成

裝置的總體布局由三個部分組成如圖1所示：1）手持控制操作盒；2）裝置的機械本體；3）控制柜。

圖1 裝置組成

圖2 裝置機械部分結構

裝置的機械部分組成如圖2所示：1）轉(zhuǎn)臂支撐部件（包括主電機和行星齒輪減速器）；2）裝置基礎支撐件；3）支腿部件；4）刀架和進給部件（包括刀架的徑向和軸向進給）。該裝置的基本組成是：伸縮腳3固定在法蘭的螺栓分布圓端面上，通過四個垂直的支腿3安裝在法蘭上。電動機通過行星齒輪減速器驅(qū)動，電動機與行星齒輪減速器直連，行星齒輪減速器的殼體與轉(zhuǎn)臂1，轉(zhuǎn)盤上用燕尾連接轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂可以進行徑向伸縮調(diào)整，并用楔塊螺栓加緊轉(zhuǎn)臂。轉(zhuǎn)臂上安裝刀架4，步進電機通過絲杠驅(qū)動十字滑臺刀架上下左右移動。

1.2 特殊零件

圖3 特殊結構形式1

圖4 特殊結構形式2

大多數(shù)壓力容器人字法蘭的結構形式為雙23°梯形槽，底邊與側邊有過渡的圓弧，以減少應力集中，裝置的裝卡多依靠人字法蘭上圓周均布螺栓孔，這是有用最廣泛的一種人字法蘭結構。但是在最近的一個產(chǎn)品訂單出現(xiàn)了如圖3及圖4的特殊結構形式，以前的法蘭密封面加工裝置將不能適應該產(chǎn)品加工的需要。所以需要設計一套密封面加工裝置不僅要勝任加工基本結構法蘭，還必須能對圖3及圖4的結構形式的法蘭進行加工。法蘭外圓最大直徑處?1640毫米，密封面形式為23°梯形槽，要求密封面及法蘭螺栓孔端面留余量，在最終熱處理后進行精加工。以前，該類設備的裝卡多依靠螺栓孔，而此次螺栓孔端面需加工，只能用內(nèi)孔進行裝置的裝卡。

2 裝置的安裝情況

對于螺栓孔分布圓端面需焊后加工的法蘭，如圖5所示，解決方案是，加工一件內(nèi)孔適配環(huán)3，用漲緊螺釘4裝卡在法蘭內(nèi)孔中，安裝時調(diào)節(jié)漲緊螺釘4，使適配環(huán)3與法蘭同心，端面與法蘭面平行，此時適配環(huán)安裝結束。把圖1所示的主機1從機架2上取下，放入適配環(huán)3的內(nèi)孔中，用螺釘2把主機1與適配環(huán)3固定連接。安裝就位后的結構如上所示。

圖5 法蘭孔內(nèi)固定時的裝置安裝圖

3 裝置的電氣控制系統(tǒng)

該CNC控制系統(tǒng)如圖6所示，要實現(xiàn)以下三個方面的控制：轉(zhuǎn)臂系統(tǒng)控制、進給步進電動機控制、操作及運動狀態(tài)界面顯示控制。根據(jù)裝置的工藝控制要求，設計如下控制系統(tǒng)：

1）由PLC向模擬量輸出模塊輸出數(shù)字量值,經(jīng)FX2N-2DA（FX2N-2DA用于將12位的數(shù)字值轉(zhuǎn)化成2點的模擬量輸出，其輸出信號選用4—20mA的形式）轉(zhuǎn)換輸出模擬量信號（電流4-20mA），接在變頻器的FRN 5.5G11S-4CX的外部控制端子上控制4KW的異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速[4]，帶動轉(zhuǎn)臂結合3G技術，實現(xiàn)了機車視頻監(jiān)控以及遠程點播的功能。設計方案采用功能模塊形式，使硬件和軟件布局更加清晰。DM6467具備DSP和ARM雙內(nèi)核，使產(chǎn)品開發(fā)更加便捷，減少了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，具有一定市場應用價值。通過測試，機車以110km/h速度運行，采集視頻畫面清晰流暢，完全達到了預期的要求，該技術在機車上的推廣與應用，為其安全運營提供了有效的技術保障。

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