CN102653039A - 一种便携式智能管道切割机及其方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式智能管道切割机及其方法属于管道加工及施工技术领域。本发明由环向行走机构部分、轴向行走机构部分、***控制部分组成。用于在管道上切割出满足设计需要的曲线，例如能满足管道相贯线、管道斜口(弯头)和其他具有特定函数方程的特殊形状曲线的加工要求。对于不同直径的管道，设备也具有很强的适应能力。本发明安装方便，重量轻，体积小，非常容易携带的特点，可作为管道施工现场的必备工具。

Description

一种便携式智能管道切割机及其方法

技术领域

本发明涉及一种便携式智能管道切割机及其方法，属于管道加工及施工技术领域。

背景技术

在管道的加工及施工现场，经常会遇到管道相贯线切割、弯头切割(俗称“碰死口”切割或管道斜切)或其他异形口切割等加工需求。这些要求切割的曲线都有明显的特征，那就是曲线方程一般都比较复杂，通过人工经验很难切割出设计的尺寸。

经对现有的管道切割机的研究发现，为了在管道上切割出具有特定要求的曲线，常用的有如下方式：

第一种是人工在平板上放样画线，然后将平板沿线切割下料，最后将平板卷成管道。这种方法的工序比较复杂，一般在野外施工中很少用，适合于工厂中使用，没有专用的机器可以实现。

第二种是靠模切割机，也就是先加工出要切割的曲线的形状，也即“模型”，然后将“模型”安装在被切钢管上，设备在切割管道的时候沿着“模型”的轨迹复制切割出设计曲线的形状。这种设备的一种“模型”只能切割一种曲线，当需要切割不同管径的管道的时候，这种设备就无法使用了。

第三种是在工厂里经常使用的大型数控管道相贯线切割机，可以实现复杂曲线的切割，这种切割机都具有较大型的管道夹持装置，实现管道的固定或旋转，对于管径较大的管道，这种设备的体积和重量就会非常大，设备往往是固定在工厂里，不能轻易携带。所以这类切割机很难在管道施工现场，特别是野外进行施工，即使是简易化的切割机，也很难带到野外实现复杂曲线的切割。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种便携式智能管道切割机及其方法，用于在管道上切割出满足设计需要的曲线，例如能满足管道相贯线、管道斜口(弯头)和其他具有特定函数方程的特殊形状曲线的加工要求。设备重量轻，非常便携，很容易在施工现场进行安装，自动化程度高，可以根据曲线的设计要求选择对应的切割模块进行切割，完全实现智能化，而且对不同直径范围的管道具有很强的适应性。

本发明提供的一种便携式智能管道切割机由环向行走机构部分、轴向行走机构部分、***控制部分组成；

所述环向行走机构部分主要基于本发明人原专利《一种便携式管道自动环向行走设备及管道加工方法》实现，并和现有的***进行了整合，安装了所述角度传感器，并提供轴向行走机构的安装接口；所述轴向行走机构由安装基板、滚珠丝杆、丝杆螺母、直线导轨、滑块、夹持器固定块、切割工具、步进电机、限位开关、外壳组成；所述***控制部分由控制电路板、液晶屏、键盘、环向行走机构驱动电机驱动电路、步进机驱动电路、倾角传感器电路、升级接口电路和外壳组成。

本发明提供的方法，包括步骤：将所述设备安装于所述管道；调节所述切割工具位置及姿态；选择切割模块并输入切割曲线的参数；软件智能判断输入参数的有效性并进入切割状态；启动切割工具；在所述***控制部分的控制下，所述切割工具会沿着设计的曲线路径运行，并完成切割。

本发明提供的一种便携式智能管道切割机及其方法具有实质性特点和显著进步，本发明具有重量轻，体积小，非常容易携带的特点，可作为管道施工现场的必备工具，解决在管道施工现场一些设备无法实现的曲线切割；切割曲线完全可以实现智能化切割，设备内置的智能模块拥有大部门已知曲线的切割功能，切割的时候只要选择对应的模块，输入切割的参数就可以自动完成切割，对于用户设计的特殊曲线，只要提供函数，也可以实现切割；对于不同直径的管道，设备也具有很强的适应能力。这种一机多用的功能是普通设备在施工现场无法实现的。

附图说明

图1为本发明实施例环向行走机构部分示意图；

图2为本发明实施例轴向行走机构部分示意图；

图3为本发明实施例***控制部分示意图；

图4为本发明实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例由环向行走机构部分10、轴向行走机构部分20、***控制部分30组成。其中环向行走机构部分10主要基于本发明人原专利《一种便携式管道自动环向行走设备及管道加工方法》实现。具体改进过程为：将原专利所述本地控制器和远程控制的控制部分统一安装于本实例所述***控制部分30之中，并由本实例所述***控制部分30统一进行控制；将倾角传感器11安装于环向行走机构部分10之上，在环向行走机构部分10绕管道50进行环向行走的时候，倾角传感器11可以将倾角位置信号传送给***控制部分30进行处理计算。将本实例所述轴向行走机构部分20安装于原专利所述实例之上，确保在切割过程中轴向行走机构部分20的轴向与被切管的轴向平行。轴向行走机构部分20的轴向有效长度可以根据切割的需要进行改变，并可与环向行走机构部分10方便对接。

所述轴向行走机构部分20由安装基板21、滚珠丝杆22、丝杆螺母23、直线导轨24、滑块25、夹持器固定块26、切割工具27、步进电机28、限位开关29、联轴器210和外壳组成211。其中安装基板21具有“L”形结构，其优点在于轴向行走机构部分20较长时这种结构可以保持刚性，防止由于形变导致切割过程中切割工具27与钢管50之间距离的变化。滚珠丝杆22、直线导轨24平行安装于安装基板21之上，丝杆螺母23安装于滚珠丝杆22上，滑块25安装于直线导轨24上，通过夹持器固定块26将丝杆螺母23与滑块25刚性连接。这样可以保证当旋转滚珠丝杆22时，丝杆螺母23、滑块25和夹持器固定块26作为一个整体实现直线运动。切割工具27可以是火焰割炬、等离子割枪、高压水(俗称“水刀”)或者其他切割工具，安装于夹持器固定块26之上。步进电机28安装于滚珠丝杆22的一端，用联轴器210将步进电机28与滚珠丝杆22连接，用于驱动滚珠丝杆22作旋转运动。限位开关29安装于滚珠丝杆22两端的极限位置，其作用是当丝杆螺母23、滑块25等作直线运动至左右极限位置时，首先撞上限位开关，并驱使限位开关29接通电路，给***控制部分30的控制电路板发送信号，停止步进电机28和环向行走机构部分10的运作，可以保护轴向行走机构部分20。外壳211对轴向行走机构部分20进行保护。

所述***控制部分30由控制电路板、液晶屏31、键盘、环向行走机构驱动电机驱动电路、步进机驱动电路、倾角传感器电路、升级接口电路和外壳32组成。由于***控制部分30主要是由电路结构构成，这里不给出详细构件的空间位置示意。其中控制电路板是整个***的控制核心，采用嵌入式***对整个***进行控制。嵌入式***的优点在于比普通的单片机控制更加稳定高效。液晶屏31是整个操作***、切割过程状态等信息的展示元件，液晶屏31和控制电路板通过电路连接，显示结果由嵌入式***控制。键盘是整个***的输入元件，通过电路与控制电路板连接，用户可以通过键盘输入切割的参数，控制电路板根据用户输入的参数进行计算，完成切割轨迹的控制。环向行走机构驱动电机驱动电路和步进电机驱动电路都和控制电路板连接，在嵌入式***的控制下，通过控制环向行走机构驱动电机驱动电路以及步进机驱动电路来控制环向行走的状态和步进电机28旋转的状态。倾角传感器电路也与控制电路板连接，用于连接环向行走机构部分10的倾角传感器11。升级接口电路和控制电路板连接，通过该接口电路，嵌入式***可以和其他***设备进行通信，更新软件***或者输入用户设计的特殊的曲线方程，可以使设备实现特定曲线的切割。外壳32在电路元器件的最外面，用于保护内部器件，外壳32具体一个特殊设计的保护罩321，用于保护面板上的元器件不受外力的破坏。

本实施例的工作过程为：便携式智能管道切割方法是(见图4)，首先将设备安装于被切钢管50之上，然后根据设计的切割曲线，左右调节切割工具27的起始位置并调整切割工具27的姿态，达到需要的坡口角度。接着通过键盘选择合适的切割模块并输入切割参数，并进入切割运行状态。***会自动判断输入参数的正确与否并提醒用户是否需要修改。如果没有问题可运行割枪开始切割。此时在控制电路板的控制下，切割工具27会沿着设计的曲线进行运动。控制电路板会采用优化的控制技术综合控制两个电机的通断、转速与方向，使得切割速度稳定、切割曲线平滑过渡。在切割过程中，可以选择在任意位置暂停，并可进行调整或反向切割，切割的轨迹不变。最后切割工具27又回到切割的起点，切割完成。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种便携式智能管道切割机，其特征在于，由环向行走机构部分、轴向行走机构部分、***控制部分组成；其中：

所述环向行走机构部分安装了所述角度传感器，并提供轴向行走机构的安装接口；

所述轴向行走机构由安装基板、滚珠丝杆、丝杆螺母、直线导轨、滑块、夹持器固定块、切割工具、步进电机、限位开关、外壳组成；

所述***控制部分由控制电路板、液晶屏、键盘、环向行走机构驱动电机驱动电路、步进机驱动电路、倾角传感器电路、升级接口电路和外壳组成。

2.根据权利要求1所述的便携式智能管道切割机，其特征是，所述安装基板具有“L”形结构。或者

所述安装基板具有其他非平板式的结构；

3.根据权利要求1所述的便携式智能管道切割机，其特征是，限位开关接通电路后，可给所述***控制部分发送信号。

4.根据权利要求1或3所述的便携式智能管道切割机，其特征是，限位开关具有独立的电路***，可区分出哪侧的限位开关被接通。

5.根据权利要求1所述的便携式智能管道切割机，其特征是，所述控制电路板分别和所述液晶屏、所述键盘、所述环向行走机构驱动电机驱动电路、所述步进机驱动电路、所述倾角传感器电路、所述升级接口电路进行连接，并实现切割曲线的智能控制。

6.根据权利要求1或5所述的便携式智能管道切割机，其特征是，所述***控制部分采用嵌入式***进行控制；

7.根据权利要求1或5所述的便携式智能管道切割机，其特征是，所述升级接口电路采用串口电路和***设备进行通信；或者

所述升级接口电路采用USB接口与***设备进行通信。

8.便携式智能管道切割方法，采用1～7中任一项权利要求所述的设备，包括步骤：

将所述设备安装于所述管道；调节所述切割工具位置及姿态；选择切割模块并输入切割曲线的参数；软件智能判断输入参数的有效性并进入切割状态；启动所述切割工具；在所述***控制部分的控制下，所述切割工具会沿着设计的曲线路径运行，并完成切割。

9.如权利要求8所述的方法，其特征是，如果软件没有设计曲线的模块，可通过所述升级接口电路，输入特殊设计的曲线方程，并实现特定复杂曲线的切割。

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