隋 健,李培力,薛菲菲,劉維鴿,馬海寬
(1. 中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司,陜西 西安 710032;2. 金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710032)
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基于三管水壓試驗(yàn)機(jī)的試壓工藝過(guò)程探討
隋 健1,2,李培力1,2,薛菲菲1,2,劉維鴿1,馬海寬1,2
(1. 中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司,陜西 西安 710032;2. 金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710032)
為提高水壓試驗(yàn)的效率,本文研發(fā)了一臺(tái)同時(shí)對(duì)三根鋼管進(jìn)行壓力試驗(yàn)的水壓試驗(yàn)機(jī)。文章就三根鋼管同時(shí)進(jìn)行壓力試驗(yàn)提出合理有效的方案,對(duì)試壓的工藝過(guò)程進(jìn)行分析,針對(duì)管徑Φ48.3~Φ194 mm定尺鋼管在提高生產(chǎn)效率上的實(shí)用性進(jìn)行探討,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
三管;水壓試驗(yàn)機(jī);工藝過(guò)程;鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī);效率
鋼管生產(chǎn)企業(yè)為提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,在保證質(zhì)量的前提下通常會(huì)提高生產(chǎn)效率以降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)量。尤其對(duì)小口徑鋼管而言,生產(chǎn)效率更至關(guān)重要。在小口徑鋼管精整生產(chǎn)線(xiàn)中,鋼管的水壓試驗(yàn)是生產(chǎn)線(xiàn)的瓶頸,為匹配整條生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)能力,有時(shí)會(huì)設(shè)置兩臺(tái)或多管鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)組來(lái)滿(mǎn)足前后工序的要求。目前針對(duì)多管水壓試驗(yàn)的設(shè)備管徑范圍較小(通常在Φ73 mm以下),試驗(yàn)壓力較低,上料形式多以上部進(jìn)料、步進(jìn)式為主,由于設(shè)備主體結(jié)構(gòu)限制,鋼管試壓過(guò)程中的夾持點(diǎn)少,無(wú)法對(duì)高鋼級(jí)、更大管徑的鋼管進(jìn)行試壓。
為此,開(kāi)發(fā)研制出適合油套管生產(chǎn)線(xiàn)的三管水壓試驗(yàn)機(jī),其管徑范圍Φ48.3~Φ193.7 mm,最大試壓能力70 MPa,最高節(jié)奏達(dá)280根/h 。該設(shè)備采用自動(dòng)控制,具有調(diào)整、手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)功能,上位機(jī)具有工藝參數(shù)的設(shè)定、記錄、儲(chǔ)存、調(diào)閱,設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)圖,并具有自動(dòng)診斷故障等功能。
其試壓工藝過(guò)程的難點(diǎn)主要集中在三根鋼管如何快速的進(jìn)行進(jìn)出料動(dòng)作,對(duì)鋼管兩端的密封抱緊和鋼管整長(zhǎng)的夾緊固定也提出了快速可靠的要求。
試驗(yàn)壓力/ MPa max.70
試驗(yàn)壓力精度/ PSI 0~50(最大試驗(yàn)壓力時(shí))
壓力傳感器的檢測(cè)精度/% 0.2
管端密封型式 U型密封
保壓時(shí)間/s 可調(diào)范圍5~300
保壓形式 增壓器連續(xù)保壓
充水方式 水泵直接充水
進(jìn)料方式 四梁中部進(jìn)料
最高頻次/根·h-1280
前端臺(tái)架存儲(chǔ)至少三根以上的待試鋼管-水壓試驗(yàn)機(jī)通過(guò)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)從前端臺(tái)架取料,每經(jīng)過(guò)一個(gè)取料擋板接進(jìn)一根鋼管-鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),將三根鋼管分別上料進(jìn)入各自試壓工位-上部壓緊裝置將鋼管分別壓緊在各自的試壓中心上-充水頭、排氣頭前進(jìn)到管端U型密封位-各工位的充水閥開(kāi)啟,鋼管充水,直至空氣排出,充水閥、排氣閥關(guān)閉-三臺(tái)增壓器分別開(kāi)始工作,給各自的鋼管內(nèi)的水加壓-達(dá)到設(shè)定壓力后按需要的時(shí)間保壓-完成試壓后,三臺(tái)增壓器通過(guò)比例控制斜坡卸壓,并回退至初始狀態(tài)-當(dāng)鋼管內(nèi)部壓力達(dá)到一定安全值時(shí),排氣閥打開(kāi),U型密封松開(kāi)管端-各工位的充水頭和排氣頭試壓頭回到初始位-上部壓緊裝置松開(kāi)鋼管,鋼管回彈到鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)輥道面上-鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)旋轉(zhuǎn)將已經(jīng)完成試壓的鋼管逐根送出,同時(shí)將待試鋼管逐根送入各自試壓位,對(duì)試壓不合格鋼管發(fā)出信號(hào),如圖1所示。
圖1 三管水壓試驗(yàn)機(jī)的立面圖
為滿(mǎn)足三根鋼管同時(shí)試壓的要求,就必須將鋼管同時(shí)送入三個(gè)試壓工位。對(duì)比不同水壓試驗(yàn)機(jī)的進(jìn)料方式,選擇更適合快速、便捷的進(jìn)出料方式。3.1 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)進(jìn)出料中部進(jìn)出料方式的水壓試驗(yàn)機(jī)采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)進(jìn)出料,在鋼管軸線(xiàn)上布置三組鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)。鏈子沿圓周進(jìn)行運(yùn)動(dòng),鏈子上裝有擋板用于鋼管上下料,鏈子由馬達(dá)或電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)。鏈子運(yùn)動(dòng)時(shí),每經(jīng)過(guò)一個(gè)取料擋板接進(jìn)一根鋼管,隨著鏈子的圓周運(yùn)動(dòng),將三根鋼管分別上料進(jìn)入各自試壓工位。試壓后的鋼管,隨鏈子運(yùn)動(dòng)逐根送出,同時(shí)前端逐根進(jìn)料。鋼管隨鏈子進(jìn)行滾動(dòng),進(jìn)料和出料動(dòng)作一次完成,機(jī)構(gòu)動(dòng)作簡(jiǎn)單、運(yùn)送距離短。該裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,能耗低,占地小,適合多工位快速進(jìn)出料的要求,如圖2所示。
圖2 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的斷面圖
3.2 步進(jìn)裝置進(jìn)出料
下部進(jìn)出料方式的水壓試驗(yàn)機(jī)采用小步進(jìn)機(jī)構(gòu)和大步進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)合的方式,首先小步進(jìn)機(jī)構(gòu)將鋼管單根送至依次布置的三個(gè)待料位,當(dāng)三個(gè)待料位排滿(mǎn)鋼管后,大步進(jìn)機(jī)構(gòu)一次性將三根鋼管同時(shí)送入各自的試壓工位。步進(jìn)機(jī)構(gòu)根據(jù)平行四連聯(lián)桿原理,大、小步進(jìn)機(jī)構(gòu)分別由兩組油缸驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)鋼管的升起-平移-落下-退回。因?yàn)橛腥齻€(gè)試壓工位,為滿(mǎn)足三根鋼管同時(shí)進(jìn)出,故步進(jìn)距離較長(zhǎng),因此裝置占地面積較大,機(jī)構(gòu)剛性和各平行四連桿的同步性是關(guān)鍵點(diǎn)。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能耗高,占地大,制造成本和安裝精度要求較高,節(jié)奏較慢,如圖3所示。
圖3 步進(jìn)裝置的斷面圖
3.3 送料翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)出料
上部進(jìn)出料方式的水壓試驗(yàn)機(jī)采用送料翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)料,送料裝置由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)齒條移動(dòng),逐根接料進(jìn)行移動(dòng),當(dāng)三根鋼管接入送料翻板后,送料裝置一次性送入試壓區(qū)域,翻轉(zhuǎn)裝置在擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)下翻轉(zhuǎn)90°將三根鋼管后送入試壓工位,送料裝置退回后翻板翻起等待接料。因?yàn)橛腥齻€(gè)試壓工位,為滿(mǎn)足三根鋼管同時(shí)進(jìn)料,故送料距離較長(zhǎng),送料裝置懸臂較大,不適用Φ114.3 mm以上的鋼管進(jìn)出料。機(jī)構(gòu)剛性和各送料臂的同步性是關(guān)鍵點(diǎn)。該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,能耗高,制造成本和安裝精度要求較高,如圖4所示。
圖4 送料翻轉(zhuǎn)裝置的斷面圖
對(duì)比上述三種不同形式的進(jìn)出料結(jié)構(gòu)和方式,鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)進(jìn)出料具有更好的適用性,在工作效率、節(jié)能減排、占地布置、安裝檢修上具有明顯優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)上述的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)進(jìn)出料方式,鋼管的夾持采用多組壓緊裝置完成,壓緊裝置由油缸驅(qū)動(dòng)向下同時(shí)壓緊三根鋼管,不同規(guī)格的鋼管更換不同的夾具,夾具為上下半圓形。鋼管通過(guò)運(yùn)輸鏈傳送時(shí),沿平面軌道滾動(dòng),當(dāng)三根鋼管同時(shí)到達(dá)試壓位時(shí),壓緊裝置下壓。
下部支撐裝置采用彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu),當(dāng)壓緊裝置壓下時(shí),支撐裝置隨鋼管下移至下半部夾具內(nèi),上下夾具合為整圓時(shí)即為鋼管的試壓中心;當(dāng)壓緊裝置松開(kāi)后,鋼管下面的支撐裝置在彈簧作用下頂起鋼管至平面軌道高度,滿(mǎn)足鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)進(jìn)出料要求,如圖5所示。
圖5 支撐裝置結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)試驗(yàn)的管徑和壓力要求,管端密封適合采用徑向U型密封,通過(guò)水泵充水壓力即滿(mǎn)足初始兩管端的密封,減少使用大間隙密封時(shí)的預(yù)密封壓力,簡(jiǎn)化水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。使鋼管在充水后迅速升壓,提高升壓速度,如圖6所示。
充水端采用分體式充水頭,三部分統(tǒng)一安裝在充水移動(dòng)小車(chē)上,整體移動(dòng),便于維護(hù)和拆裝。
圖6 U型密封結(jié)構(gòu)圖
排氣端采用各自獨(dú)立的排氣頭,分別由油缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)前后移動(dòng),滿(mǎn)足定尺管在±500 mm范圍內(nèi)的試壓、定位要求。排氣端可以根據(jù)管長(zhǎng)變化整體移動(dòng),通過(guò)四個(gè)插銷(xiāo)固定在四根大梁上。
對(duì)三管水壓試驗(yàn)機(jī)的研制主要集中在進(jìn)出料裝置上,通過(guò)對(duì)比分析已有的多種進(jìn)出料方式,確定合理簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)形式,進(jìn)而確定了整個(gè)三管水壓試驗(yàn)機(jī)的試壓工藝過(guò)程,最高試驗(yàn)節(jié)奏達(dá)280根/h。相應(yīng)選擇壓緊夾持裝置,滿(mǎn)足鋼管軸向上的固定,并采用U型密封來(lái)提高密封抱緊鋼管的速度。整體工藝滿(mǎn)足管徑Φ48.3~Φ194 mm定尺鋼管在生產(chǎn)線(xiàn)上的試壓節(jié)奏要求,提高了整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率,對(duì)提高相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有顯著效果。
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Discussion in craft process of pipe pressure testing of three-pipe hydrotester
SUI Jian1,2,LI Pei-li1,2,XUE Fei-fei1,2,LIU WEI-ge1,MA Hai-kuan1,2
(1. China National Heavy Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Xi’an 710032,China;2.State Key Laoratory of Metal Extrusion and Forging Equipment Technology,Xi’an 710032,China)
This article put forward a reasonable and effective plan, and carried out a three pipe pressure hydrotester to improve the efficiency of the hydraulic pressure test. It analyzed the technological process of the pressure testing, the efficiency practicability of the diameter ofΦ48.3~Φ194mm length of steel tube is discussed, it showed that which could meet design requirement.
three-pipe;hydrotester;technological process;chain conveyor;efficiency
2016-09-26;
2016-10-19
陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目 (2014ZS-06); 中國(guó)重型院科研項(xiàng)目(K1505405)
隋健(1976-),男,中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司高級(jí)工程師,主要從事冶金鍛壓設(shè)備的研究與應(yīng)用。
TP393
A
1001-196X(2017)03-0067-04