曹化榮 張井仁 曹連池 毛靜麗 劉智 任澤啟

新型自動管道切割機的研發(fā)

曹化榮 張井仁 曹連池 毛靜麗 劉智 任澤啟

介紹了一種新型管道自動切割機的研發(fā)，通過在機體材料、驅(qū)動方式、鎖緊裝置和軌道結(jié)構(gòu)等幾個方面的改進，形成一種軌道鏈條復(fù)合式自動管道切割機，不僅降低了勞動強度，提高操作效率，提升切割質(zhì)量和精度，還可實現(xiàn)管材切割自動化。

1. 概述

在管道建設(shè)過程中，管段切割和開坡口是管道焊前的第一道工序。目前施工中有軌道式手搖式、磁力式、鏈條式和定位塊式管道切割機，而在長輸管道野外施工過程中，以軌道式和鏈條式鋼管切割機應(yīng)用最為普遍。這兩類管道切割機與其他幾類切割機相比，具有操作方便，制造成本低，價格便宜等優(yōu)勢。但由于自身結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式的原因，故在操作過程中也暴露出了手搖速度不均勻，很多位置不好操作（如頂面、底面），鏈條限定行走軌跡會造成定位不準(zhǔn)，以及切割精度不夠等缺陷。

針對上述問題，我們綜合軌道式切割機和鏈條式切割機的優(yōu)勢，在滿足現(xiàn)有切割能力的基礎(chǔ)上，從方便操作、適應(yīng)野外工作環(huán)境、提高效率等方面入手，對原有切割機進行了設(shè)計改進，研發(fā)成功一種軌道鏈條復(fù)合式自動管道切割機（見圖1）。該切割機具有較高的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定的切割質(zhì)量，此外，還具有體積小、重量輕、成本低及操作方便等優(yōu)勢。

圖1 新型管道切割機主體

2. 技術(shù)改進

（1）采用鋁制機身 目前常用的切割機主體材料一般為碳鋼，一臺切割機整體重量約17kg，而新型自動管道切割機主體材料采用硬質(zhì)航空鋁材料，在滿足結(jié)構(gòu)強度要求的情況下，使整機重量只有原來的1/3左右，因此在野外施工過程中使用起來更加輕巧，便于裝拆，方便操作。

（2）優(yōu)化機體結(jié)構(gòu) 原來的手搖式或鏈條軌道式切割機在安裝前，要調(diào)整主機的松緊手輪，使機體降到最低位置，然后將鏈條繞過鋼管掛在驅(qū)動鏈輪以后，再調(diào)整主機的松緊手輪，使機體和從動鏈輪提升到合適的距離，以便拉緊鏈條將機體通過鏈條固定在管材上，以保證主機在切割過程中環(huán)繞管道時不掉機、不滑動。

在安裝過程中，旋緊螺母行程長，裝夾速度慢。同時豎起的夾緊支撐裝置也使切割機的高度增加，這對于回轉(zhuǎn)式切割機來說，意味著管子周圍需要更大更高的操作空間。這在野外管道施工，或特殊施工環(huán)境下，會有很

大的局限性。

新型自動管道切割機將原來的旋進夾緊方式，改為偏心鎖緊結(jié)構(gòu)，通過扳動手柄 ，利用曲柄和彈簧的旋轉(zhuǎn)，一次性完成鎖緊過程，簡單高效（見圖2）。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，來調(diào)整鏈條的松緊度。同時由于取消了上部的旋緊手輪和絲杠部分，使機體的高度尺寸降低了1/3左右，使切割機圍繞管子旋轉(zhuǎn)通過管材底部空間時更加方便。

（3）改變驅(qū)動方式 原來的管道切割機大多采用直流電動機驅(qū)動或手搖式，一般直流電動機采用電流自反饋控制，這種控制方式只是在電動機的驅(qū)動電流變化達到一定值時，控制系統(tǒng)才能給出調(diào)整信號去調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。而新型自動管道切割機采用步進電動機（又稱脈沖式電動機）驅(qū)動，在非超載的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速和停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，使切割機運行更加穩(wěn)定。

同時通過控制脈沖頻率來控制電動機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，不僅能達到調(diào)速的目的，而且可以遠程控制，更加安全方便。

（4）改變行進方式 舊式切割機的車輪直接與鋼管表面直接接觸，特殊情況下（如在螺紋鋼管或焊接管表面運動時），車輪經(jīng)過焊道時會使小車產(chǎn)生跳動或使小車運動軌跡發(fā)生改變，影響割口端面的平整度和切割面的質(zhì)量，造成需要修磨或返工。

新型切割機采用軌道與鏈條復(fù)合行走機構(gòu)。軌道采用進口高彈性材料，配合模具沖壓而成，抗變形能力強。主機車輪采用了凹輪結(jié)構(gòu)，直接沿著軌道上的導(dǎo)向槽運行，滾輪不與管材直接接觸，避免了焊道對小車運行穩(wěn)定性、運行軌跡的影響，保證切割軌跡起點與終點重合?？朔藗鹘y(tǒng)切割機單純以鏈條限定行走軌跡會造成定位不準(zhǔn)，切割精度不夠，割口質(zhì)量差等問題。新型管道切割機車輪與導(dǎo)軌配合如圖3所示。新型自動管道切割機工作現(xiàn)場如圖4所示。

圖2 新型管道切割機鎖緊結(jié)構(gòu)示意

圖3 新型管道切割機車輪與導(dǎo)軌配合示意

圖4 工作現(xiàn)場

3. 設(shè)備特點

我們設(shè)計改進的新型自動管道切割機結(jié)構(gòu)簡單，性能安全可靠，操作方便省力，加工速度快，用途多樣。不僅可以切割直口，實現(xiàn)簡單的切割，還可以通過割槍角度的調(diào)整，實現(xiàn)V形坡口的一次成形，很好實現(xiàn)了其預(yù)定功能。通過試驗該切割機運行良好，不僅滿足了生產(chǎn)需求，而且操作人員由2人減少至1人，既提高了工作效率，又降低了生產(chǎn)成本。

同時該切割機除了使用火焰切割以外，也可安裝等離子切割設(shè)備，用于異種鋼的切割。

4. 結(jié)語

在我公司的海洋管道全自動培訓(xùn)等高度模擬施工現(xiàn)場的焊接培訓(xùn)過程中，采用新型自動管道切割機完成管道切割，切割速度快，割口平順質(zhì)量好，利于后續(xù)坡口的進一步加工，應(yīng)用效果良好。

曹化榮等，中國石油管道局第六工程公司。