梯形筛管梯形缝激光切割技术和光束偏摆随动补偿机构研发

摘要：筛管是油气井或水井用来分离液沙的分离器,其上沿轴向密集排布着通缝,用以防沙和渗液,其中通缝截面呈“外小内大”的梯形既为梯形缝筛管。这种梯形缝筛管与现有的筛管类产品相比,不易产生沙塞,可将防沙有效期提升2-3倍,渗液流阻降低1倍以上,有效的减少筛管失效停机更换次数,大大的提升抽油机生产效率。由此这种筛管是目前石油工业更新换代的主要产品,但由于筛管割缝加工的高难度,要求割缝几何尺寸、形状的高精度,这都给看似简单的筛管加工设下了技术难关,由此这种筛管至今未工业化生产。本论文主要针对梯形缝筛管工业化生产的实际需求,开展细窄(0.2mm左右)梯形缝激光加工成形技术策略探讨和相关激光加工设备的研制。首先,本论文浅析总结了割缝筛管的各种加工策略,以而得出在目前可用于筛管梯形缝的加工技术中,激光加工技术是最为先进的。然后探讨了激光切割机理,以中找出适合石油筛管的有效切割方式。由于梯形缝的加工特殊性,需采取激光束两次同缝复切的策略来完成。由此本论文所开展的梯形缝激光切割成形技术探讨,将采取激光束小角度偏转,同缝重叠切割的技术策略,实现沿管轴向的梯形缝成形。这种激光同缝复切法可获得最小的外缝宽度,并可通过光束偏角调正实现切缝角度制约。其次,由于被加工管自身变形及切割中弯曲变形等理由,往往会导致切缝位置偏差,而且这种偏差是随机性的。本项目之前,没有用于这种随机性偏差的补偿技术,所报道的光束偏摆同缝复切加工梯形缝的策略,是靠提升设备的自身精度和人工调整的方式保证两次切缝的重叠精度的。这对于产业化生产是不适用的,难以满足复切光束对首缝的对准和跟踪精度要求。本项目采取了激光切割头以被加工管侧面为基准随动切割,并以随动面为基准实时沿管Y向平移的技术策略补偿修两次切缝的位置偏差。这种补偿技术以论述上讲,可完全消除被加工管Z向分量偏差和Y向分量偏差所导致的两次切缝误差,以而实现两次切缝无误差重叠。最后,根据误差补偿技术要求,本论文设计了这种可实现管侧面高精度随动跟踪和以随动面为基准的精确位移补偿的传感驱动技术与实施机构。对其中的位移测量装置,本论文设计了差动式电容传感器。该位移传感器利用圆柱形差分电容极板间重合面积的转变来检测位移量的大小,以而保证输出电压与位移之间的线性度。并对位移传感器进行结构和电路设计和浅析,同时介绍该电容传感器的制造工艺流程。最后对这种差动式电容传感器进行了实验探讨。测试结果表明,该位移传感器的灵敏度、线性度非常好,能很好的满足随动机构的要求,验证了随动机构利用该种传感器的可行性。关键词：割缝筛管论文激光切割论文梯形缝论文随动机构论文电容传感器论文

摘要3-4

ABSTRACT4-8

第一章 绪论8-15

1.1 课题探讨的背景8-10

1.1.1 割缝筛管加工技术的进展8-9

1.1.2 激光切割的特点9

1.1.3 国内外激光切割技术的进展和运用9-10

1.2 课题来源及探讨的目的和作用10-11

1.2.1 课题来源10

1.2.2 本项目探讨的目的、作用10-11

1.3 本课题的国内外探讨近况11-14

1.4 本课题探讨的主要内容和结构安排14-15

第二章 三维激光切割论述探讨15-25

2.1 激光切割原理15-17

2.2 激光切割机理17-18

2.3 筛管的激光切割技术18-20

2.4 激光切割质量的影响因素20-23

2.5 激光切割质量缺陷及浅析23-24

2.6 本章小结24-25

第三章 筛管梯形缝的激光切割策略探讨25-39

3.1 梯形缝激光切割成形策略原理25-28

3.2 复合变位切割法28-30

3.2.1 复合变位法实施的技术原理28-29

3.2.2 复合变位法的缺陷29-30

3.3 光束偏摆切割法30-34

3.3.1 光束偏摆实施的技术原理30-31

3.3.2 梯形缝筛管加工误差补偿技术31-32

3.3.3 梯形缝筛管的加工流程32-34

3.4 激光切割机床整体设计34-36

3.5 激光切割机的关键设备研发36-38

3.5.1 悬臂组合机构的设计36-37

3.5.2 浮动卡盘的设计37-38

3.6 本章小结38-39

第四章 随动补偿机构设计39-51

4.1 随动补偿机构的技术原理39-41

4.2 随动机构的结构设计41-48

4.2.0 丝杠的选择41-44

4.2.1 伺服电机的选择44-46

4.2.3 滚动导轨的选择46-48

4.3 随动传感器的设计48-49

4.4 传感案例的选择49-50

4.5 本章总结50-51

第五章 位移传感器的设计51-63

5.1 传感器的基本论述51-53

5.1.1 静态数学模型51

5.1.2 静态技术指标51-53

5.2 电容传感器的设计53-57

5.2.1 电容式位移传感器的工作原理53-54

5.2.2 差分电容传感器的结构设计54-57

5.3 信号检测电路的设计57-62

5.3.1 稳幅文氏振荡器58-59

5.3.2 仪用放大器59-60

5.3.3 相敏检波器60-61

5.3.4 低通有源滤波器61-62

5.4 本章小结62-63

第六章 传感器的技术指标实验浅析63-71

6.1 实验案例63

6.2 实验器材与步骤63-64

6.3 实验结果及浅析64-70

6.4 本章小结70-71

第七章 总结与展望71-73

7.1 总结71

7.2 展望71-73