Полная версия

Главная arrow Техника arrow АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Подводные работы

Подводные работы относятся к работам повышенной опасности из- за риска для водолазов, связанного в первую очередь с глубоководными перегрузками и возможностью повреждения жизнеобеспечивающих систем в процессе выполнения технологических операций под толщей воды.

Для автоматизации инспекции подводных объектов используются автономные подводные системы. Типичная конструкция такой системы представлена на рис. 3.17.

Автономная подводная система

Рис. 3.17. Автономная подводная система

Мобильный модуль имеет длину 2 м и вес в воздухе 180 кг. Максимальная глубина погружения 150 м. За время непрерывной работы система проходит расстояние до 20 км за 12 часов. Система оборудована фронтальными и вертикальными эхолотами с рабочей частотой 175 кГц, позволяющими обнаружить объекты в пределах 30 м. Цифровые видеокамеры передают оператору пространственное изображение инспектируемых объектов.

Для управления мобильным модулем используется несколько принципов. Контроль траектории по точкам представляет собой навигационное управление по двум или более пространственно отдаленным точкам и может использоваться для отслеживания маршрута движения. Управление по вертикальному движению включает контроль глубины для ее поддержания или изменения с использованием датчика давления. Температурный контроль позволяет системе изменять глубину по кривой, имеющей заданную температуру воды.

В зависимости от задачи система может оборудоваться различными технологическими блоками, не требующими фиксации мобильного модуля на поверхности обработки. Если такая фиксация необходима, как например, в случае обработки подводных конструкций, то для этих целей могут использоваться подводные роботы вертикального перемещения.

К таким процессам с фиксацией мобильного модуля к поверхности обработки относится проведение работ по разборке устаревших конструкций, где встает задача резки стальных элементов под водой. Общая схема подводного робота вертикального перемещения для контактной дуговой резки показана на рис. 3.18.

Общая схема приводной системы робота построена по схеме сканирующего транспортного модуля робота. Он имеет внешнюю и внутреннюю группу педипуляторов с вакуумными захватами. Два горизонтальных транспортных пневматических цилиндра установлены на платформе. Внешняя группа педипуляторов установлена на штоке вертикальных транспортных цилиндров с помощью внешних цилиндров подъема-опускания вакуумных захватов. Внутренняя группа педипуляторов соединена с платформой с помощью внутренних цилиндров подъема-опускания вакуумных захватов.

Каждый вакуумный захват питается от автономного эжектора. Силовые направляющие между вертикальным транспортным цилиндром и платформой позволяют достичь повышенной жесткости робота. Сжатый воздух подается на транспортный модуль по кабелю.

Подводный робот

Рис. 3.18. Подводный робот:

  • 1 - платформа, 2 - внешние педипуляторы, 3 - внутренние педипуляторы. 4 - вертикальные транспортные пневматические цилиндры,
  • 5 - горизонтальные транспортные пневматические цилиндры,
  • 6 - внешняя рама, 7 - силовые направляющие, 8 - корпус бортовой системы управления, 9 - пневмораспределители, 10- бортовой компьютер, II- датчики вакуума, 12 - эжекторный блок, 13 - каналы питания, 14 - видеоблок, 15 - технологический инструмент,
  • 16- технологический привод, 17 - технологический датчик,
  • 18 - защитный экран, 19- захваты внешнего транспортирования,
  • 20 - вакуумный захват

Далее он поступает на блок пневмораспределителей, управляющих пневмоприводами и эжекторами.

Пошаговое движение платформы осуществляется посредством поочередного соединения внешней и внутренней групп педипулято- ров с поверхностью перемещения посредством вакуумных захватов. Быстрый переход от вертикального движения платформы к горизонтальному возможен благодаря прямому соединению вертикальных и горизонтальных транспортных цилиндров.

Особенностью конструкции является помещение бортового компьютера и блока системы приводов робота в герметичный корпус, установленный на платформе. Выполнение транспортной системы цилиндров, обеспечивающих сканирование поверхности, а также диагональные движения робота позволяют реализовывать желаемые траектории движения технологического оборудования.

Для помещения робота на исходную рабочую позицию может быть применено два способа. Первым способом является собственное движение робота из исходной позиции к месту проведения технологической операции. Такой вариант не требует использования дополнительного транспортного оборудования, однако при этом время движения робота ограничено скоростью транспортной системы приводов. Второй вариант реализуется посредством внешнего манипулятора, который переносит робот из исходной позиции непосредственно в рабочую зону. В исходной позиции робот соединяется с манипулятором посредством внешней транспортной системы захватов. Таким образом, робот транспортируется в рабочую зону непосредственно через толщу воды с относительно высокой скоростью. После фиксации робота в рабочей зоне транспортная система захватов отсоединяется от манипулятора, и робот производит автономное технологическое движение.

Использование вакуумных захватов с эжекторами под водой имеет ряд особенностей. Прежде всего, разница давления между объемом захвата и внешним давлением зависит от глубины нахождения робота под водой. Чем глубже рабочая зона робота, тем лучше соединение его с поверхностью перемещения из-за увеличения давления воды на 9,8 кПа на метр погружения. В то же время прямое использование пневматических эжекторов под водой требует специальных мер для сохранения их динамических характеристик. Одной из таких мер является применение дополнительного газового объема в выходной линии эжектора, равного эффективному объему пневматических полостей вакуумных захватов.

Вид робота при движении под водой показан на рис. 3.19.

Вид робота при движении под водой

Рис. 3.19 Вид робота при движении под водой

Диаметры вакуумных захватов и их усилия под водой могут быть найдены с помощью диаграммы, приведенной на рис. 3.20.

Диаметры вакуумных захватов и их усилия под водой

Рис. 3.20. Диаметры вакуумных захватов и их усилия под водой

Вакуумный захват диаметром 100 мм используется в качестве базового варианта. Этот захват обеспечивает усилие удержания в 450 Н при уровне вакуума 60 % на уровне поверхности воды. Под водой сила удержания изменяется пропорционально до 900 Н на глубине 10 м. По диаграмме легко найти другие диаметры захватов и удерживающих усилий для различных возможных величин вакуума.

Надежное функционирование пневматической системы робота зависит от правильного расчета расхода воздуха пневматической системы приводов. Максимальный расход воздуха требуется для эжекторного блока системы. Диаграмма для расчета расхода воздуха в эжекторах при использовании их под водой показана на рис. 3.21.

Диаграмма для расчета расхода воздуха в эжекторах

Рис. 3.21. Диаграмма для расчета расхода воздуха в эжекторах

Например, расход воздуха, необходимый для эвакуации воздушного объема в один литр из вакуумного захвата для создания уровня вакуума 75 %, будет равен 3,7 л.

Общий расход, потребляемый эжекторным блоком, находится как сумма расходов по каждому вакуумному захвату. С другой стороны, соответствующее число эжекторов может быть найдено, если принимать во внимание расход при номинальном уровне вакуума в захватах во время непрерывного функционирования эжекторного блока.

Силовая компенсация веса робота и технологического усилия производится за счет выталкивающей силы, действующей на робота во время транспортного и технологического движения под водой. Схема силовой компенсации представлена на рис. 3.22.

Силовая компенсация веса робота и технологического усилия

Рис. 3.22. Силовая компенсация веса робота и технологического усилия:

  • 1 - робот, 2 - корпус бортовой системы управления, 3 - инструмент,
  • 4 - захватное устройство, 5 - компрессор, 6 - выхлопной клапан,
  • 7 - линия давления питания, 8 - линия выхлопа, 9 - настроечный кронштейн, 10 - датчик технологического усилия, 11 - поверхность воды, F, - технологическое усилие, Fb - подъемная сила

Выталкивающая сила автоматически образуется внутри корпуса бортовой системы управления посредством давления воздуха, поступающего в корпус с выходов электропневматических клапанов. В результате формируется избыточное давление внутри герметичного корпуса, создающее подъемную силу робота. Это избыточное давление служит также дополнительной мерой, обеспечивающей водонепроницаемость конструкции. Величина подъемной силы регулируется с помощью выхлопного клапана в линии соединения корпуса с атмосферой. Величина момента, создаваемого подъемной силой, устанавливается с помощью настроечного кронштейна изменением его длины. Автоматическая адаптация величины подъемной силы для соответствующей компенсации технологического усилия достигается посредством обратной связи по усилию в контуре управления роботом.

Система управления роботом имеет иерархическую структуру, которая приведена на рис. 3.23. Транспортные и технологические движения реализуются в программном и ручном режиме посредством двух компьютеров.

Наземный компьютер используется для управления роботом с помощью графического интерфейса. Программное обеспечение разработано на базе языка программирования С.

Вторым компьютером является бортовой компьютер. Связь между наземным компьютером и бортовым компьютером выполнена посредством серийного интерфейса RS 232. Бортовой компьютер собран на элементной базе ЕРАС 6800 и связан с транспортными и технологическими системами двигателя посредством P-Bus. Бортовой компьютер использует систему реального времени PAERL, позволяющую гибко изменять программы управления.

Вакуумные линии эжекторов в транспортной системе двигателя связаны с вакуумными датчиками. Вакуумные датчики обеспечивают два рода данных - аналоговые сигналы, соответствующие текущему уровню вакуума, и цифровые данные, которые используются как сигнал нижнего допустимого уровня вакуума, необходимого для надежного захвата. В этом случае контур обратной связи обеспечивает автоматическое изменение положения вакуумного захвата, которое обеспечивает надежную фиксацию с поверхностью перемещения.

Структура системы управления

Рис. 3.23. Структура системы управления

Видеоблок транспортной системы служит для дистанционного управления роботом, например в режиме транспортировки робота к рабочей зоне посредством внешнего манипулятора или навигации под водой при собственном движении. Видеоблок состоит из прибора с зарядовой связью и трех сервомоторов, обеспечивающих пространственную ориентацию блока. Датчики положения дают информацию о текущих позициях выходных звеньев приводов. Они позволяют обеспечить необходимую точность траекторий движения.

Блок датчиков технологической системы приводов состоит из датчиков контроля и усилий. С помощью датчика усилий определяется допустимый диапазон сил между инструментом и объектом обработки. Он также дает информацию на клапан, который устанавливает компенсацию технологического усилия выталкивающей силой робота. Датчик контроля проверяет правильность параметров проводимой технологической операции. Например, при резке контролируется глубина прохождения инструмента.

Технологический блок управления инструмента обеспечивает связь между технологической линией питания и инструментом в ходе технологического процесса.

Схема технологического оборудования робота для контактной дуговой резки показана на рис. 3.24.

Схема технологического оборудования

Рис. 3.24. Схема технологического оборудования:

I - силовая рама, 2 - технологический привод, 3 - держатель электрода с каналом промывки, 4 - объект, 5 - блок питания, 6 - источник воды под давлением, 7 - источник напряжения, 8 - защитный экран,

9 - захватное устройство педипулятора, 10 - изолятор, 11- электрод

Технологический инструмент устанавливается на силовой раме робота в его передней части. Он состоит из технологического привода, электрода и системы охлаждения. Блок питания состоит из источника воды под давлением и силового источника напряжения. После того как робот достигает рабочей зоны, технологический привод подводит электрод к объекту с требуемой скоростью.

Через площадь контакта между электродом и объектом начинает протекать ток величиной 4000 А. Материал с площади контакта со стороны объекта испаряется из-за высокой концентрации энергии на данном участке. В образовавшемся зазоре появляется дуга, которая выплавляет материал в области контакта. Расплавленный материал удаляется из рабочей зоны с помощью водяных струй, которые образуются в каналах промывки внутри электрода. Каналы промывки соединены с источником воды под давлением. Когда расстояние между электродом и объектом увеличивается, дуга разрывается. При продолжении движения электрода между ним и объектом образуется следующая дуга. В результате процесс сверления или резки объекта возобновляется.

Во время вертикального прорезания объекта внешние и внутренние педипуляторы одновременно фиксируются на объекте и находятся в нижней позиции. Во время продольной резки зафиксированы только внутренние педипуляторы, а силовая рама с технологическим оборудованием совершает заданное движение по рабочей траектории вдоль объекта. Рабочая рама находится в нижней позиции для того, чтобы уменьшить момент от технологического усилия и защитить систему приводов и систему управления во время технологического процесса от термических воздействий посредством защитного экрана, который отделяет технологическое оборудование от транспортного модуля в его нижней позиции.

На рис. 3.25 представлены характеристики вырезанных объемов в функции времени для различных материалов электрода.

Вырезанные объемы в функции времени для различных материалов электрода

Рис. 3.25. Вырезанные объемы в функции времени для различных материалов электрода:

1 - графит, 2 - конструкционная сталь, 3 -медь, 4 - вольфрам

Наилучшую характеристику имеет графитовый электрод. С помощью этого электрода вырезается до 10 куб. см объема в стальном объекте за 1,5 мин.

Другой важной характеристикой технологического инструмента является износ электрода. Для того чтобы иметь непрерывный процесс работы робота без смены электрода, необходимо предварительно рассчитывать величину его износа.

Характеристики износа электрода в функции глубины резки для различных материалов электрода даны на рис. 3.26.

Износ электрода в функции глубины резки для различных материалов электрода

Рис. 3.26. Износ электрода в функции глубины резки для различных материалов электрода:

/ - медь, 2 - конструкционная сталь, 3 - вольфрам, 4 - графит

Распределение эмиссий частиц во время подводной резки

Рис. 3.27 Распределение эмиссий частиц во время подводной резки:

I - контактная дуговая резка, 2 - плазменная резка — — — — - - аэрозоли

- гидрозоли

«ттгггш I кш ш - осадочные частицы

Приведенные характеристики позволяют сравнить распределение эмиссии для контактной и плазменной резки. При резке объекта толщиной 60 мм суммарная величина аэрозолей, гидрозолей и осадочных частиц отличается на 150 г/м длины разреза. Приблизительно 96 % частиц оседает на дно, а 3,5 % частиц удерживается в воде в виде гидрозолей. При необходимости гидрозоли могут быть откачены из рабочей зоны для сохранения прозрачности воды.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>