智能自動化設備在閥門行業應用的探討

李鵬飛

摘 要：閥門行業是石油化工、天然氣管路控制系統重要的組成部分，閥門主要由承壓件和控壓件構成，閥門的關鍵零部件的加工制造是確保閥門性能的重要工序;閥門企業所使用的加工設備、試壓設備，檢測儀器;由以前單機加工、單件試壓檢測模式;結合現有創新發展態勢;為提高生產效率，降低人力成本;環保凈化環境要求，工藝路線優化;閥門企業越來越多地采用智能自動化設備。

關鍵詞： 智能控制;批量化;定制柔性化

引 言：閥門產品零部件按材料劃分，主要由金屬類、非金屬類兩大類組成;非金屬類如密封墊片、填料、O 型圈等，閥門生產企業以外協采購配套為主;金屬類零部件以自加工為主;鑄件材料常選用 WCB、CF8、CF8M、CF3、CF3M 等，鍛件材料常選用 F304、F316、F304L、F316L、A105 等;閥門零部件原材料通常在加工中心、數控車床、普通車床、銑床、鉆床等各類設備上進行粗精加工、然后組裝成品、試壓檢驗及性能測試合格后銷售完成整個生產流程。閥門生產工藝流程以球閥為例，如圖 1 所示。

1 智能化技術的應用優勢

1.1控制的精度更高

一般來說，在設備自動化控制中，所涉及到的動態方程都會比較復雜。所以，若是使用傳統的技術，也就會面臨著很多不確定的因素，很難掌控好控制的精度。但是，在這方面，若是能夠引進智能化技術，使用智能化控制器來開展工作，那么也就可以避免各種不確定因素的影響。在這種情況下，不僅可以達到更高的工作效率，而且所得到的控制精度也會更高。

1.2使用更方便

具體來說，以往的自動化控制器所具備的性能，通常是固定的。也就是說，其在運行過程中，也就無法根據具體形勢來有效的調節。而智能化技術在實際情況下的運用，就具備自動調節的能力。在開展工作時，可以根據具體的響應時間、魯棒性等參數的具體變化情況，來進行適當的調節，以此來提高自身的工作性能。并且，在這一過程中，也不需要技術人員的支持，可以實現無人化操作。

1.3控制一致性更強

相較于以往的控制器來說，基于智能化的設備，通常具有更強的一致性。在這里，主要可以從兩點來得以體現，其一是在處理不同數據方面。在這里，輸入各種不同的數據，控制器也可以對其進行科學估計，從而有效調節，使其可以更好地達到控制工作的要求。其二是在控制不同的對象方面。在控制不同的對象中，也具被良好的一致性。當然，在實際情況下，這里的一致性也會受到人為因素的影響，從而增加自動化控制誤差。在不考慮人為因素的影響下，這里的一致性是可以得到很大的保障的。

2 鉆削、攻絲組合加工模式分析

（1）采用搖臂鉆單孔逐個劃線打頂尖孔，法蘭孔順次進行加工;屬于基礎鉆削加工模式;特點為操作簡單靈活，但劃線定位工序較多，生產效率很低，適用于單件零部件加工。 （2）端法蘭通孔為標準規定的尺寸，采用鉆模、單孔逐個鉆削加工模式，減少了劃線的工作量，單位加工時間成本有所下降;適用于小批量零部件加工。（3）多孔鉆設備采用固定式、可調式、伺服、精密齒輪式、油壓自動進刀式等多、軸器，多種組合形式，同時加工多個孔或多孔攻絲;能一次把幾個乃至十幾二十個孔或螺紋一次性加工出來。多孔鉆分為立式、臥式單向結構形式及兩側端向、三側端向結構形式，多測端向多孔鉆床，配置數控系統，能同時進行多孔、多側端向孔鉆削加工，螺紋攻絲換裝刀具可繼續進行多螺紋孔攻絲加工;優點是鉆削定位一次完成，連續重復加工效率成倍提高，特別適用于大批量相同規格閥體端法蘭、配對法蘭鉆孔加工。但對操作人員技能要求提高，加工過程中零件定位、多孔鉆柄裝夾同軸度、位置度及鉆削過程中，一個鉆頭出現折斷故障，需要及時更換調整，對鉆頭的備庫儲備能力有較高的要求。（4）臥式、立式加工中心鉆孔，通過系統編程，確定轉速、進刀量等參數，使用U鉆，中心孔出水、多工作臺裝夾模式，對單件加工、小批量加工、多批量加工，采取柔性化生產模式;程序切換快速，零件上料與加工分屬兩個進程，同時進行;生產加工進度和零件精度品質能夠保證符合技術要求。

3車削組合加工設備模式分析

在閥門結構方面，閥體密封面、法蘭端面、閥蓋內孔、閥芯、閥座、閥桿等零部件都要進行車削加工，車削加工是保證閥門產品零部件品質、生產進度等方面的重要工序;車削加工通常采用以下方案：（1）普通車床主要通過手動操作閥門零件裝夾，通過扳動變速手柄來進行變速，手動控制進刀量等步驟實現工件的加工;重復精度差，人為因素無法精準控制;適用于單件、小批量及精度要求低的簡單結構零件加工。（2）數控車床具有普通車床的加工特點，新增系統程序，編程完成后可反復多次使用在相同結構閥門零件上加工;加工精度提高，適用于相同重復加工的批量零部件[2]。（3）兩臺或多臺數控車床組合模式，通過機械手，按給定程序、軌跡和要求實現自動上下料;機械手為單Z軸模塊，主體橫梁采用鋼結構，使用重載導軌技術，傳動采用斜齒輪斜齒條方式，伺服電機驅動，采用機械手專用控制系統控制，操作簡便能代替部分人工操作來完成工件的傳送、裝卸和加工;一位操作工能同時操作兩臺或多臺數控車床，使得操作具有良好的一致性;可有效提高了勞動生產率;適用于重量輕，零件結構和加工工序編排工步易結合的零部件，如閥門推桿、閥座、連接件、底軸蓋、上下閥桿等。（4）智能六軸機器人與加工中心組合加工模式，六軸機器人是由執行機構、驅動系統、控制系統組成。機器人運行原理是在“程序大腦”數據精準運算組織控制下;多維度操控“手臂”關節機構在規劃的時間節點、動作方位;實現零部件的裝夾、位置切換、節拍間隔等功能要求;通過位置傳感器觸發反饋，隨時將各運動部件和工件實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使驅動機構以高的精度達到設定位置。工件初始位置的識別、運動軌跡的走向及工件抓取，機器人按照編程設計的路線進行動作流轉;通過機器人快速將閥門零件裝夾至加工中心卡盤上，加工中心系統程序啟動，切換刀具庫，進行加工;完成后進入下料環節動作;機器人重復前述動作;適用于特大批量加工，如水暖管件閥門[5-6]。

結束語

閥門行業智能自動化設備應用空間及范圍非常廣泛，諸如閥座密封面焊接生產線、超聲波清洗噴漆生產線、閥門半成品RFID庫房管理系統、裝配試壓調式生產線、在線檢測組合系統等;隨著閥門批量化生產、規模化生產、柔性化生產多種生產模式的結合，使閥門制造生產工業化、信息化、自動化、智能化更多融合;促使閥門行業減少環境污染，節能降耗;使閥門產品性能、品質提高，更好地提升閥門整體應用水平。

參考文獻

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[3] 譚益松，任立敏，陳國君.輕型液壓平動搬運機械手研制[J].液壓與氣動，2013（8）：20-23.

[4] 呂世霞.基于Modbus總線控制的機器人自動分裝碼垛系統設計[J].機床與液壓，2018，46（3）：87-89.

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