CN113896045B - 一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置，属于海洋资源开发装备的制造加工领域。包括驱动部分、滑动连接部分、放线筒。放线筒固定装配在轴上，用于储存和放出缠绕加工过程中所需要的钢带/钢丝。驱动部分为整个张力控制关键装置提供轴向旋转和轴向移动。滑动连接部分包括滑块、连接杆、轴，滑块通过连接杆与驱动部分的电机及减速器外壳连接。驱动部分的电机及减速器通过滑动连接部分安装在绞笼导轨上。本发明从控制绞笼放线筒放线速度和位置的角度入手，对钢带/钢丝的张力波动进行控制，对于提高在铠装层加工中的张力控制精度有着重要作用；本发明结构简单，作用明显，易加工制造。
Description
技术领域
本发明属于海洋资源开发装备的制造加工领域，涉及一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置。
背景技术
柔性管是海洋资源开发的重要装备，随着海洋资源的开发逐渐面向深海，对柔性管道的力学性能尤其是抗拉性能有了更高的要求，其一般结构由内到外依次为：内骨架层、内护套、铠装层、防磨层、外护套。柔性管结构中主要就是由螺旋缠绕形式的抗拉铠装钢丝或钢带(即铠装层)提供抗拉伸能力。
柔性管广泛用于悬跨管线，深海平台的立管以及边际油田的开采中，是海洋资源开发的重要组成部分。柔性管是高技术含量、高附加值的海工产品，制造工艺复杂。我国柔性管大部分还是依靠从国外厂家高价进口，订货周期长，服务响应不理想，因此柔性管的制造加工技术是我国在海洋资源开发方面的“卡脖子”问题。目前，国产柔性管还处于起步阶段，铠装层缠绕成型工艺、铠装加工装备和相应的技术积累相对较少，虽然有国产柔性管，但是和国外生产的柔性管还是有很大差距。铠装层在柔性管中起着保护支撑作用，防止柔性管产生较大的轴向应变和出现管道断裂的作用。
铠装加工中保持张力稳定的核心设备是恒张力控制装置，只有稳定、精确的控制钢带/钢丝的张力才能保证柔性管铠装层应力均匀分布，生产出抗拉伸性能好、使用寿命长的柔性管。但是柔性管铠装层缠绕加工时受众多因素影响，铠装层缠绕加工中的恒张力控制装置是一种多变量、时变性、强耦合的复杂控制装置。在铠装层缠绕加工过程中，因为有多个参数量、外界干扰、缠绕半径的的时变性、速度的强耦合关系等因素导致张力抖动问题，张力抖动问题影响着缠绕张力控制装置的控制性能，影响产品加工质量。当前国内外在铠装层缠绕张力控装置中对张力控制的高精度、高稳定性等高要求的发展潮流趋势下，国内外很多专家学者对铠装层缠绕张力控制装置的研究主要涉及张力控制装置的结构、存在的问题和张力控制算法这三个方面。国内在这方面的研究较国外落后，普遍存在张力控制精度不高，铠装效果不理想，柔性管性能低和使用寿命短等问题，严重制约了我国面向深海的海洋资源开发。
发明内容
本发明的目的就是针对国内柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制相关技术领域的空白，提供一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置。
受在笼内放线筒放线时放线角度(放线筒在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带所成的夹角(锐角或直角))变化时，钢带/钢丝的张力也在随之变化，再对笼内放线筒放线时放线角度对钢带/钢丝的张力影响的机理进行深入研究，提出一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置，所述的恒张力控制关键装置包括驱动部分1、滑动连接部分2、放线部分。
所述的放线部分包括放线筒3，沿其轴向设有用于穿过轴23的通孔，放线筒3固定装配在轴23上，用于储存和放出缠绕加工过程中所需要的钢带/钢丝。
所述的驱动部分1为整个张力控制关键装置提供轴向旋转和轴向移动，包括电机及减速器A11、电机及减速器B12、液压/蜗杆驱动装置13。所述电机及减速器A11和电机及减速器B12位于放线筒3两侧，设于轴23的两端，用于驱动放线筒3，使其绕轴向旋转；所述液压/蜗杆驱动装置13安装固定在绞笼内，液压/蜗杆驱动装置13的驱动杆与电机及减速器B12右端连接，用于驱动放线筒3沿轴向移动。
所述的滑动连接部分2包括滑块21、连接杆22、轴23。所述的滑块21通过连接杆22与电机及减速器A11、电机及减速器B12的外壳连接在一起。轴23与放线筒3固定连接，同时运动。电机及减速器A11、电机及减速器B12通过滑块21、连接杆22安装在绞笼导轨上，滑块21可以使整个张力控制装置(除了液压/蜗杆驱动装置13)在绞笼导轨上进行滑动。
所述的柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置的基本控制方式：
(1)放线速度控制。
放线速度与收线速度之间的速度差是钢带/钢丝产生张力主要原因之一，也是影响钢带/钢丝张力大小的重要因素。当收线速度稳定不变，放线速度偏大时，此时钢带/钢丝松弛，钢带/钢丝的张力减小。当收线速度稳定不变，放线速度偏小时，此时钢带/钢丝绷紧，钢带/钢丝的张力增大。由此可以通过控制放线速度进而控制钢带/钢丝的张力大小。
放线筒3的线速度(即放线速度)由轴23两端的电机及减速器A11与电机及减速器B12控制：当检测到缠绕在放线筒3上的钢带/钢丝的张力低于设定的范围时，轴23两端的电机及减速器A11与电机及减速器B12控制进行减速调节；当检测到钢带/钢丝的张力高于设定的范围时，轴23两端的电机及减速器A11与电机及减速器B12控制进行加速调节，使钢带/钢丝张力控制在设定的范围内。
(2)放线位置控制。
放线筒3在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带有一个夹角(锐角或直角)：当检测到钢丝或钢带的张力低于设定的范围时，液压/蜗杆驱动装置13的驱动杆推动电机及减速器B12，使整个装置在绞笼的导轨上沿着偏离放线筒3初始中心位置(即上述夹角减小的方向)进行轴向移动，当检测到钢丝或钢带的张力高于设定的范围时，液压/蜗杆驱动装置13的驱动杆推动电机及减速器B12，使整个装置在绞笼的导轨上沿着放线筒3靠近初始中心位置(即上述夹角增大的方向)进行轴向移动，从而调节控制放线筒3轴向方向的位置，改变放线筒3在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带的夹角，将钢丝或钢带的张力控制在设定的范围内。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明不同于以往常规缠绕加工中的张力控制方法，从控制绞笼放线筒放线速度和位置的角度入手，对钢带/钢丝的张力波动进行控制。创新点新颖，思路开阔。
(2)本发明是考虑了在柔性管抗拉铠装层加工中张力控制的多个影响因素以及外界干扰，对于提高在铠装层加工中的张力控制精度有着重要作用。
(3)本发明结构简单，作用明显，易加工制造。
附图说明
图1为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置中的液压/蜗杆驱动装置三维简图；
图2为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置中的电机及减速器三维简图；
图3为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置中的连接杆三维简图；
图4为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置中的轴三维简图；
图5为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置中的滑块三维简图；
图6为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置中的放线筒三维简图；
图7为本发明柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置的整体三维简图；
图中：1驱动部分；2滑动连接部分；3放线筒；11电机及减速器A；12电机及减速器B；13液压/蜗杆驱动装置13；21滑块；22连接杆；23轴。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
假设在某一时刻，放线筒3的位置是处于放线筒3初始中心位置偏左，此时若检测的钢丝/钢带的张力是高于设定的张力波动范围时，液压/蜗杆驱动装置13将拉动电机及减速器B12向靠近放线筒3初始中心位置的方向移动或是沿着减小放线筒3放线时放线角度(放线筒3在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带所成的夹角(锐角或直角))的方向移动，即向右移动一定位移。同时电机及减速器A11和电机及减速器B12进行一定程度的加速，最后使张力维持在设定的张力范围内。此时若检测的钢丝/钢带的张力是低于设定的张力波动范围时，液压/蜗杆驱动装置13将推动电机及减速器B12向远离放线筒3初始中心位置的方向移动或是沿着增大放线筒3放线时放线角度(放线筒3在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带所成的夹角(锐角或直角))的方向移动，即向左移动一定位移。同时电机及减速器A11和电机及减速器B12进行一定程度的减速，最后使张力维持在设定的张力范围内。
假设在某一时刻，放线筒3的位置是处于放线筒3初始中心位置偏右，此时若检测的钢丝/钢带的张力是高于设定的张力波动范围时，液压/蜗杆驱动装置13将推动电机及减速器B12向靠近放线筒3初始中心位置的方向移动或是沿着增大放线筒3放线时放线角度(放线筒3在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带所成的夹角(锐角或直角))的方向移动，即向左移动一定位移。同时电机及减速器A11和电机及减速器B12进行一定程度的加速，最后使张力维持在设定的张力范围内。此时若检测的钢丝/钢带的张力是低于设定的张力波动范围时，液压/蜗杆驱动装置13将拉动电机及减速器B12向远离放线筒3初始中心位置的方向移动或是沿着减小放线筒3放线时放线角度(放线筒3在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带所成的夹角(锐角或直角))的方向移动，即向右移动一定位移。同时电机及减速器A11和电机及减速器B12进行一定程度的减速，最后使张力维持在设定的张力范围内。
下面总结一下整个装置在面对不同的工况下，张力控制装置所采取的控制动作及方式，具体如下表。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置，其特征在于，所述的恒张力控制关键装置包括驱动部分(1)、滑动连接部分(2)、放线部分；
所述的放线部分包括放线筒(3)，沿其轴向方向设有用于穿过轴(23)的通孔，放线筒(3)固定装配在轴(23)上，用于储存和放出缠绕加工过程中所需要的钢带/钢丝；
所述的驱动部分(1)为整个张力控制关键装置提供轴向旋转和轴向移动，包括电机及减速器A(11)、电机及减速器B(12)、液压/蜗杆驱动装置(13)；所述电机及减速器A(11)和电机及减速器B(12)位于放线筒(3)两侧，设于轴(23)的两端，用于驱动放线筒(3)使其绕轴向旋转；所述液压/蜗杆驱动装置(13)安装固定在绞笼内，其驱动杆与电机及减速器B(12)端部连接，用于驱动放线筒(3)沿轴向移动；
所述的滑动连接部分(2)包括滑块(21)、连接杆(22)、轴(23)；所述的滑块(21)通过连接杆(22)与电机及减速器A(11)、电机及减速器B(12)的外壳连接；电机及减速器A(11)、电机及减速器B(12)通过滑动连接部分(2)安装在绞笼导轨上，滑块(21)能够使除液压/蜗杆驱动装置(13)外的张力控制装置在绞笼导轨上进行滑动；
所述的柔性管抗拉铠装层加工中的恒张力控制关键装置的基本控制方式：
（1）放线速度控制
当收线速度稳定不变，放线速度偏大时，此时钢带/钢丝松弛，钢带/钢丝的张力减小；当收线速度稳定不变，放线速度偏小时，此时钢带/钢丝绷紧，钢带/钢丝的张力增大；由此通过控制放线速度进而控制钢带/钢丝的张力大小；
放线筒(3)的线速度由轴(23)两端的电机及减速器A(11)与电机及减速器B(12)控制：当检测到缠绕在放线筒(3)上的钢带/钢丝的张力低于设定的范围时，轴(23)两端的电机及减速器A(11)与电机及减速器B(12)控制进行减速调节；当检测到钢带/钢丝的张力高于设定的范围时，轴(23)两端的电机及减速器A(11)与电机及减速器B(12)控制进行加速调节，使钢带/钢丝张力控制在设定的范围内；
（2）放线位置控制
放线筒(3)在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带有一个夹角：当检测到钢丝或钢带的张力低于设定的范围时，液压/蜗杆驱动装置(13)的驱动杆推动电机及减速器B(12)，使整个装置在绞笼的导轨上沿着偏离放线筒(3)初始中心位置进行轴向移动，当检测到钢丝或钢带的张力高于设定的范围时，液压/蜗杆驱动装置(13)的驱动杆推动电机及减速器B(12)，使整个装置在绞笼的导轨上沿着放线筒(3)靠近初始中心位置进行轴向移动，从而调节控制放线筒(3)轴向方向的位置，改变放线筒(3)在放线时其轴向方向与放线的钢丝或钢带的夹角，将钢丝或钢带的张力控制在设定的范围内。
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