Робототехнический комплекс для выполнения технологического процесса установки и закрепления оголовка верхнего и трубы-оболочки

Автоматизация технологических процессов является одним из ключевых звеньев в общей системе функционирования и развития любого современного    машиностроительного    предприятия.     Внедрение робототехнических комплексов приводит к повышению эффективности и качества изготавливаемой продукции, сокращению времени производства, снижению затрат, существенному ограничению численности инженернотехнического персонала. Другим значимым фактором, стимулирующим применение робототехнических комплексов автоматизации процесса сборки ТВС, является снижение вредного воздействия на человека в процессе производства.

• 1    Техническое решение1.1    Основные схемы

Рассматриваемое техническое решение включает в себя:

• -    модуль транспорта (конвейеры ленточные [1], подъёмник пневматический и питатель револьверного типа);

• -    модуль манипулирования (роботы компании FANUC [2,3] со специальными захватами);

• -    модуль основных технологических операций (портал операционный, на подвижной платформе которого установлены сварочные горелки, дефектоскоп ультразвуковой, индикатор биений цифровой);

• -    модуль контроля (контроллер R30iB [4], набор датчиков);

• -    модуль поддержки (баллоны с аргоном, инвертор и блок охлаждения сварочного аппарата).

• М одель рабочего участка приведена на рисунке 1.

Структурная схема рабочего участка показана на рисунке 2.

Схема расположения сборочных единиц и оборудования робототехническогокомплекса приведена на рисунке 3.

Рисунок 1 –Модель рабочего участка

Рисунок 2– Структурная схема участка

Рисунок 3 Схема расположения сборочных единиц робототехнического

комплекса

• 1.2    Список основных сборочных единиц и их характеристики

• 1    Подъёмник пневматический:

• -    предназначен для приёма трубы-оболочки и подачи трубы с уже приваренным оголовком в специально спроектированной шахте. Изделие состоит из пневмоцилиндра и воронки с приёмником под геометрию торца трубы. Модель изделия показана на рисунке 4.

Основные характеристики:

• -   грузоподъёмность – до 100 кг;

• -    длина телескопического штока – до 1800 мм;

• -   набор датчиков: датчик барьерный оптический.

• 2   Захват двойной:

• -    предназначен для перемещения трубы в рабочей зоне процесса. Состоит из двух соединённых конструкционным профилем захватов компании Schunk со специально спроектированными под геометрию трубы губками. Модель захвата двойного приведена на рисунке 5.

Основные характеристики:

• -   усилие захвата: до 900 Н·м на 1 ед.;

• -   грузоподъёмность: до 17 кг на 1 захват.

  

  Рисунок 4 – Модель подъёмника пневматического

  3 Захват одиночный:

  
  
  

  Рисунок 5 – Модель захвата двойного

  
  

• -    предназначен для перемещения оголовка верхнего в рабочей зоне и поддержания трубы оболочки во время процесса её установки в портал    операционный.Снабжён    специально    спроектированными

универсальными губками для выполнения вышеназванных операций. Модель захвата одиночного приведена на рисунке 6.

Основные характеристики:

• -   усилие захвата: до 390 Н^м;

• -   грузоподъёмность: до 5 кг.

• 4   Питатель револьверный (револьверного типа):

• -    предназначен для подачи оголовков в рабочую зону процесса. На поверхности подвижной платформы имеются специально спроектированные под геометрию нижней части оголовка пазы, вращение платформы осуществляется посредством мотора-редуктора с сервоприводом. Модель питателя револьверного приведена на рисунке 7.

Основные характеристики:

• -   Скорость вращения: 4 об/мин;

• -   Грузоподъёмность: до 100 кг;

• -   Набор датчиков: датчик нулевого положения.

  

  Рисунок 6 - Модель захвата одиночного

  5 Портал операционный:

  
  
  

  Рисунок 7 - Модель питателя револьверного

  
  

• -    предназначен для закрепления трубы в рабочем положении при помощи специально спроектированных губок и выполнения основных технологических процессов, а именно: сварки трубыи оголовка, проверки качества сварного шва (при помощи дефектоскопа) и биения оголовка (при помощи цифрового индикатора часового типа). Для подъезда рабочих инструментов к объектам обработки используется платформа с реечной передачей, управляемая высокоточным сервоприводом; для фиксации положения трубы губками – пневмопривод; для управления основной операционной платформой – мотор-редуктор с сервоприводом компании SewEurodrive. Модель портала операционного приведена на рисунке 8.

Основные характеристики:

• -   скорость вращения: 4 об/мин;

• -   усилие захвата: до 500 Н·м.

• -   набор датчиков: лазерный дальномер.

• 6   Конвейер ленточный:

• -    предназначен для перемещения трубы на входе и передачискреплённых трубы и оголовка на следующий технологический процесс. Модель конвейера ленточного показана на рисунке 9.

Основные характеристики:

• -   длина ленты: 10000 мм;

• -   ширина ленты: 400 мм;

• -   высота: 1000 мм;

• -   скорость перемещения ленты: до 500 мм/сек;

• -   грузоподъёмность: до 250 кг.

• -    набор датчиков:датчик барьерный оптический (пара на входе конвейера и пара на выходе).

Расчёты усилия захватов были выполнены по литературе [5].

Рисунок 8 – Модель портала

Рисунок 9 – Конвейер ленточный

операционного

• 1.3 Основные функционально-организационные сведения

В робототехническом комплексе (далее РТК) выделены следующие функциональные подсистемы:

• -    подсистема монтажа, предназначенная для ориентирования относительно друг друга и соединения деталей поверхностями, подлежащими сварке;

• -    подсистема сварки, предназначенная для выполнения сварки ориентированных и соединённых деталей;

• -    подсистема контроля качества, предназначенная для обеспечения требуемого уровня качества выполняемых операций по монтажу и сварке деталей, а также отслеживания и контроля показателя производственного брака.

Для взаимодействия подсистем на транспортно-сетевом уровне используется протокол TCP/IP.

Для организации доступа персонала к отчётам о событиях в РТК используется протокол презентационного уровня HTTP и его расширение HTTPS.

РТК поддерживает следующие режимы функционирования:

• -    основной режим, в котором подсистемы РТК выполняют все свои основные функции;

• -    профилактический режим, в котором одна или все подсистемы РТК не выполняют своих функций.

В основном режиме функционирования РТК должна обеспечивать:

• -   работу пользователей в режиме - 24 часа в день, 7 дней в

неделю;

• -   выполнение своих функций - работы по монтажу, сварке

оголовка верхнего и трубы-оболочки, а также отслеживание и контроль ошибок во время производства.

В профилактическом режиме для обеспечения высокой надёжности РТК должны быть проведены мероприятия по проверке соответствия работы контрольно-измерительных приборов соответствующим государственным стандартам (например, детектора биений).

Обязательно ведение журналов инцидентов в электронной форме, а также графиков и журналов проведения ППР. Для всех технических компонентов необходимо обеспечить регулярный и постоянный контроль состояния и техническое обслуживание.

Для обеспечения контроля работы РТК необходимо наличие следующих ответственных лиц:

• -   руководитель подразделения;

• -   инженер-наладчик.

Данные ответственные лица должны выполнять следующие функциональные обязанности:

• -    руководитель подразделения - на всем протяжении функционирования РТК обеспечивать общее руководство группой сопровождения;

• -    инженер-наладчик - проведение обслуживания и поддержания в работоспособном состоянии РТК.

К квалификации персонала, эксплуатирующего РТК, предъявляются следующие требования:

• 1.  Руководитель подразделения:

• -   стаж работы на руководящих должностях в соответствующей

профилю предприятия отрасли не менее 5 лет;

• -    высшее профессиональное (техническое или  инженерно

• 2.  Инженер-наладчик:

экономическое) образование.

• -   умение программировать промышленных роботов FANUC;

• -   высшее профессиональное (техническое или инженерно

экономическое) образование.

• -   стаж работы на инженерных должностях в соответствующей

профилю предприятия отрасли не менее 5 лет;

• -   знание особенностей используемых в производстве изделий

манипуляторов, сварочного оборудования, захватных устройств и приборов контроля качества.

Режим работы инженеров-наладчиков, работающих с РТК: трёхсменный, поочерёдно.

Расчёт экономической эффективности внедрения проекта показал, что для его запуска потребуются инвестиции в размере порядка 14 млн рублей, а срок окупаемости окажется около 60 месяцев.

Вывод

Как видно из описанного выше варианта автоматизированного участка, создание систем, в которых необходимость присутствия человека на опасном производстве сводится к минимуму (или вовсе к нулю), является задачей вполне осуществимой уже с достигнутым сегодня уровнем развития робототехники и приборостроения.