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        大直徑管道焊接培訓(xùn)用液壓升降式工位架的設(shè)計

        2020-02-26 10:29:00劉慶忠杜柏霖倪來興
        焊管 2020年1期
        關(guān)鍵詞:安全性培訓(xùn)

        劉慶忠,杜柏霖,李 亮,倪來興

        (大慶油田工程建設(shè)有限公司培訓(xùn)中心,黑龍江 大慶163712)

        0 前 言

        大慶油田工程建設(shè)有限公司培訓(xùn)中心 (以下簡稱培訓(xùn)中心)一直負責(zé)大直徑管道 (直徑大于530 mm)的焊接操作人員的培訓(xùn)工作。近年來,大慶油田工程建設(shè)有限公司先后承攬了漠大二線、陜京四線、俄羅斯天然氣東線等長輸管道部分標(biāo)段的施工,因此,培訓(xùn)中心的管道焊接培訓(xùn)任務(wù)也逐年增加。在大直徑管道焊接培訓(xùn)過程中,培訓(xùn)中心一直使用的是簡易工位架,該工位架結(jié)構(gòu)簡單,制作容易,為大直徑管道焊接培訓(xùn)做出了貢獻,但也逐漸暴露出焊工上、下管勞動強度大 (需至少2人),工件就位后高度與橫梁角度不可調(diào)節(jié)以及安全性還有待提高等缺點。這些缺點與當(dāng)今以人為本、注重安全的培訓(xùn)理念相悖,有必要對此進行改進。培訓(xùn)中心經(jīng)多次試驗,最終設(shè)計開發(fā)出了能解決上述難題的液壓升降式工位架。新工位架采用液壓頂升原理,工件上、下架僅需1人就可完成,且工件就位后高度和橫梁角度可隨意調(diào)整。在安全性方面,工件質(zhì)量主要由液壓缸承擔(dān),安全性較現(xiàn)有工位架大幅提高。該工位架已在培訓(xùn)中心多個培訓(xùn)班進行了應(yīng)用,焊工反映良好。

        1 工位架的設(shè)計思路

        原有簡易工位架結(jié)構(gòu)簡單,制作容易,其實物如圖1所示。針對其存在的操作不便、工件就位后高度與橫梁角度不可調(diào)節(jié)以及安全性還有待提高等缺點,新工位架的研制思路應(yīng)滿足以下條件:一是解決工件裝卸不便的問題,做到即使1人也不影響培訓(xùn);二是保證橫梁高度和角度在工件就位后隨意可調(diào);三是提高工位架本身安全性和穩(wěn)定性;四是便于維護保養(yǎng)。

        圖1 原有簡易工位架實物照片

        2 工位架的設(shè)計方案

        根據(jù)已確定的研制思路,設(shè)計研制方案。為解決工件裝卸不便的問題,設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)機械代替人工裝卸工件,即在工件裝載前,橫梁能下落至較低位置,待焊管件由小車推至合適位置并使橫梁位于管件內(nèi)部,再由液壓或電動提升至適合焊接位置。在動力選擇上,可以選擇液壓和電動兩種方式,比較兩者在購置成本、占地尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、安全性等方面因素后,考慮選擇使用液壓作為動力。

        為保證橫梁高度和角度隨意可調(diào),設(shè)計了頂升裝置。頂升裝置有外頂升和內(nèi)頂升兩種,二者都需要在立柱上開直孔,工位架結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2(a)可見,外頂升裝置橫梁結(jié)構(gòu)與簡易式工位架相同,由液壓桿帶動焊接在橫梁端部的套管沿立柱外壁上下滑動,起到升降作用;由圖2(b)可見,內(nèi)頂升裝置則考慮在液壓桿頂部加裝直徑與立柱內(nèi)徑相近的滑塊 (與橫梁焊接),滑塊沿立柱內(nèi)壁上下滑動,帶動橫梁升降。

        為保證安全性和穩(wěn)定性,設(shè)計原則是安全性必須高于原有工位架;穩(wěn)定性則是不能在焊接中晃動,影響操作。初步設(shè)想是通過在關(guān)鍵部位增加插銷和頂絲方式來保證。

        圖2 工位架結(jié)構(gòu)示意圖

        為方便維護和保養(yǎng),液壓千斤頂設(shè)計之初要考慮到更換維護問題,原則是拆裝要方便,盡量減小對工位架的大拆裝和破壞。

        3 工位架的關(guān)鍵技術(shù)

        如何實現(xiàn)橫梁高度和角度在工件就位后隨時可調(diào),是本研究的研制核心。筆者分別對外頂升和內(nèi)頂升工位架進行了試驗。試驗過程中發(fā)現(xiàn),外頂升能升不能降,內(nèi)頂升則升降相對容易。分析其原因,一是由于工件偏墜原因,無論外頂升還是內(nèi)頂升,液壓桿都將承受較大的彎矩作用,這對液壓桿升降和壽命都是不利的,但由于立柱的支撐作用,一定程度上緩解了這種不利影響。二是對外頂升工位架來說,其受力力臂較長 (即立柱外徑較長),所受彎矩較內(nèi)頂升大 (即立柱內(nèi)徑較大),且套管受力與立柱之間形成剪力效應(yīng),容易卡死,這應(yīng)該是液壓桿不能下降的主要原因。三是與液壓桿本身結(jié)構(gòu)有關(guān),液壓桿下降時并不產(chǎn)生力,無法帶動橫梁下降。而內(nèi)頂升相對外頂升來說,所受彎矩較小 (即立柱內(nèi)徑較?。彝ㄟ^在滑塊上加裝滾珠,并將其形狀由O形調(diào)整為D形,如圖3所示,避免了剪力效應(yīng)的產(chǎn)生,達到了升降相對容易的目的。對于橫梁角度調(diào)整,通過在橫梁段加裝軸承得以實現(xiàn)。橫梁角度的大小,則由分布在軸承外圈的銷孔來決定。

        圖3 滑塊形狀示意圖

        為確保使用的安全性和穩(wěn)定性,工位架承載的工件質(zhì)量主要由液壓缸來承擔(dān),為提高安全系數(shù),在立柱擋板不同高度增加了數(shù)個銷孔,在橫梁達到所需高度后,插入插銷,形成雙保險,具有更好的安全性。穩(wěn)定性則由設(shè)置在立柱擋板、橫梁套管等部位的頂絲 (各2個)和位于軸承部位的螺栓定位插銷 (錐形)來控制,工件的穩(wěn)定性完全滿足焊接需要,如圖4所示。

        圖4 工位架上的插銷和頂絲

        4 液壓升降式工位架的使用效果與應(yīng)用

        根據(jù)研制方案,經(jīng)反復(fù)試驗改進后,液壓升降式位架研制成功。新工位架主要由支架、液壓千斤頂、立柱 (單側(cè)開長直孔,直孔邊緣兩側(cè)各焊一帶有頂絲孔和銷孔擋板)、橫梁 (含軸承、定位插銷、套管、L形架)等構(gòu)成,如圖5所示。工位架核心部件為液壓千斤頂與軸承。液壓千斤頂主要負責(zé)工件的承載和升降;軸承主要負責(zé)橫梁角度的調(diào)整。液壓千斤頂維護和更換非常方便,在需要時,可實現(xiàn)輕松更換。此外,在立柱擋板及橫梁套管、軸承等活動部位設(shè)置的頂絲和螺栓定位插銷,成功解決了工位架晃動的難題,保證焊接操作得以順利進行。

        圖5 液壓升降式工位架實物圖

        總體來說,該工位架達到了設(shè)計目的。相比原有簡易工位架,具有以下優(yōu)點:

        (1)操作輕便,勞動強度低。新工位架工件裝卸只需1人即可。焊前將組對好的工件通過地牛運至橫梁處,踩動腳踏閥,由液壓缸帶動橫梁托起工件。焊接完畢后,焊工旋動泄壓旋鈕進行泄壓,橫梁與工件在自身質(zhì)量作用下降至地面,達到升降目的。

        (2)調(diào)節(jié)方便靈活。焊接過程中,升降高度和橫梁角度隨時可調(diào),方便焊工操作與教學(xué)需要。角度大小可由軸承外側(cè)的定位銷孔決定。

        (3)安全性與穩(wěn)定性好。如前所述,該工位架承載工件質(zhì)量主要由液壓缸承擔(dān),且有銷孔做保險,安全性更有保障。穩(wěn)定性則由設(shè)置在多個活動部位的頂絲和螺栓定位插銷來控制,工件的穩(wěn)定性完全滿足焊接需要。

        (4)維護方便。液壓千斤頂在設(shè)計之初就已考慮到更換維護問題,只需拆除連接螺栓,取下立柱,松開壓帽,卸下橫梁,即可實現(xiàn)輕松更換。

        目前,液壓升降式工位架經(jīng)多次優(yōu)化,已在工程建設(shè)培訓(xùn)中心舉辦的中油管道分公司維搶修專業(yè)技能競賽培訓(xùn)班、管道公司漠大二線、陜京四線、俄氣東線等半自動焊接培訓(xùn)班、管道連頭與返修培訓(xùn)班等多個培訓(xùn)班中進行了應(yīng)用,應(yīng)用現(xiàn)場如圖6所示,學(xué)員反響良好。液壓升降式工位架可適用于Φ530 mm以上大直徑管道的焊接培訓(xùn)。

        圖6 液壓升降式工位架在培訓(xùn)現(xiàn)場應(yīng)用照片

        5 結(jié) 論

        (1)液壓升降式工位架能夠改進原有簡易工位架存在的不足,達到了設(shè)計目的,使用反響較好。

        (2)液壓升降式工位架可適用于Φ530 mm以上大直徑管道的焊接培訓(xùn)。

        (3)液壓升降式工位架具有操作方便、勞動強度低、安全性好等特點,可在大直徑管道焊接培訓(xùn)等重載培訓(xùn)中廣泛推廣。

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