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基于水下切割绳锯机张力切割技术的研究

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基于水下切割绳锯机张力切割技术的研究

发布日期:2016-08-03 00:00 来源:http://www.zjg-zj.com 点击:

[摘 要]介绍了切割绳锯张力传感器的工作原理,并进行了传感器的标定。通过对传感器的性能指标分析, 该传感器达到了设计要求,其主要性能指标:测量范围0~3000n;准确度<0·5%f·s;非线性度<0·2%f·s;迟 滞<0·01%f·s;重复性<0·05%f·s。该张力传感器能够准确、可靠地测量出串珠绳张力,根据串珠绳张力状态来控制金刚石绳锯机的 工作过程,有利于提高绳锯机的工作效率。该传感器具有良好的防水密封性能和抗振动性能,保证了在水下安全稳定地工作。

基于水下切割绳锯机张力切割技术的研究

水下金刚石绳锯机在完成海底石油管道切割过程中串珠绳的张力对切割效率和串珠绳的使用寿命有着重要的影响。串珠绳的张力过大,疲劳损坏加剧,易 引起断绳,另外,导向轮和驱动轮的橡胶衬垫产生过度磨损。串珠绳的张力太小,串珠绳和驱动轮之间容易打滑,切割效率下降。通过检测控制系统调整绳锯机的切 割径向进给状态,使金刚石串珠绳在安全合理的张力范围内进行工作具有非常重要的意义。

目前测量张力的传感器,主要局限于采用串入测力计或测力传感器,也有采用接触式张力测定传感器,该传感器采用“三点接触”或“五点接触”弯曲方 法,将串珠绳张力信号转换为传感器的压紧力信号及位移信号,获得张力测定计算模式[1-4]。由于串珠绳的工作情况和绳锯机的空间结构的限制,以上的方法 都不适合金刚石串珠绳的张力测量,所以自行研制了测量张力传感器及检测系统。

由于金刚石绳锯机在60m以浅的海水中工作,这样就要求张力传感器及检测系统应该具有良好的水下密封性能。另外,张力传感器在体积结构方面必须能与绳锯机本体相适应,同时,应满足具有抗振动性能、易于安装、耗电小等要求。

1 张力传感器的工作原理

串珠绳的张力传感器工作简图如图1所示,其工作原理是基于金属电阻的应变效应[5]。如图1 (a)所示,绳锯机在切割过程中串珠绳对导向轮产生压力,压力传给弹性轴使之产生与张力成比例的应变,利用粘贴在弹性轴上的应变计将应变转化为电阻的变 化,然后再通过电桥转化电路将电阻的变化转化为电压的变化,测量出电压值,根据传感器的标定就可以求出相应的串珠绳的张力。

通过对传感器的性能指标分析,该传感器达到了设计要求,其主要性能指标:测量范围0~3000n;准确度<0·5%f·s;非线性度<0·2%f·s;迟滞<0·01%f·s;重复性<0·05%f·s。

3 张力传感器的防水密封

传感器弹性轴粘贴应变计处和保护套之间采用密封胶圈来实现密封保护。保护套和显示仪表之间采用带有不锈钢网的高压管连接。接线端子和保护套、显 示仪表壳体之间也采用密封胶圈来实现密封保护。从电桥到显示仪表之间的导线完全处于被密封保护的状态,可以安全地在水下使用。为了使变送器和显示仪表的电 路得到良好的密封,实际加工制作时把变送器和显示仪表的电路板都放入显示仪表的壳体当中。

4 结论

(1)传感器的各项性能指标(非线性度、迟滞、重复性、测量准确度)均达到了工程使用的技术要求。证实了该张力测试方法是可行的,并且稳定可靠。

(2)张力传感器实现了金刚石绳锯机切割过程中串珠绳张力状态的在线监测,将有助于随时了解串珠绳受力状态的变化,可以及时调整绳锯机的径向进给速度来控制串珠绳张力大小,以减少断绳事故隐患,做到安全生产,有利于提高切割工作效率。

(3)解决了串珠绳传感器和绳锯机结构的协调性,以及水下工作的密封问题。


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