武曉斌，尤 翔，劉邯濤，呂 江，陸明紅

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710018；2.浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313000)

0 前言

隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，管材在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來(lái)越多，用戶對(duì)高品質(zhì)管材的需要也日益增加。在鋼管生產(chǎn)工藝中，水壓試驗(yàn)是一項(xiàng)重要的質(zhì)檢工藝，API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼管必須做水壓試驗(yàn)。

水壓試驗(yàn)機(jī)的上料形式一般分為上進(jìn)料式和下進(jìn)料式，下進(jìn)料式水壓試驗(yàn)機(jī)由于進(jìn)出料位置在試壓中心下方即進(jìn)出料區(qū)域位于拉力梁下方，導(dǎo)致拉力梁在鋼管行走區(qū)域內(nèi)不能有機(jī)械支撐，為防止拉力梁發(fā)生下垂變形，通常在拉力梁上方設(shè)計(jì)桁架式加強(qiáng)筋，這樣必然導(dǎo)致拉力梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本增加。相對(duì)而言，上進(jìn)料式水壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)出料位置在試壓中心上方即進(jìn)出料區(qū)域位于拉力梁上方，因此拉力梁下方就可以設(shè)計(jì)若干支撐座，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，拉力梁不易發(fā)生變形且成本較低。鑒于上進(jìn)料式水壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)，中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司針對(duì)上進(jìn)料式水壓機(jī)研發(fā)出一種新型步進(jìn)式取料裝置，該裝置具有運(yùn)行平穩(wěn)，定位精確，自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。

1 步進(jìn)式取料裝置的結(jié)構(gòu)組成及控制系統(tǒng)

1.1 步進(jìn)式取料裝置的結(jié)構(gòu)組成

中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司設(shè)計(jì)的Φ45 mm～Φ133 mm雙線水壓試驗(yàn)機(jī)步進(jìn)式取料裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。取料裝置由取料臂總成，平移導(dǎo)向裝置，平移驅(qū)動(dòng)裝置，升降導(dǎo)向裝置，升降裝置，限位檢測(cè)元件等組成。根據(jù)水壓試驗(yàn)機(jī)的工藝要求，若為雙線水壓試驗(yàn)機(jī)，則取料臂上設(shè)有四工位；若為單線水壓試驗(yàn)機(jī)，則取料臂上設(shè)有二工位。取料裝置的平移驅(qū)動(dòng)裝置采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上設(shè)兩個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)即減速點(diǎn)和停止點(diǎn)，當(dāng)即將運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，減速檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出指令降低平移速度直至到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，停止檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，電機(jī)抱閘啟動(dòng)，取料臂停止，保證取料臂定位準(zhǔn)確，將鋼管準(zhǔn)確放置在目標(biāo)工位。

圖1 取料裝置結(jié)構(gòu)示意

如圖2所示，取料裝置由10組取料臂組成，利用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)一套連桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)10組取料臂的同步升降，每組取料臂的平移都由一個(gè)變頻減速電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)取料臂同時(shí)動(dòng)作。根據(jù)測(cè)長(zhǎng)裝置反饋的管長(zhǎng)信息，由計(jì)算機(jī)判定取料時(shí)需要啟動(dòng)幾個(gè)取料臂，由于主機(jī)活動(dòng)機(jī)架的影響，如此可避免取料臂空動(dòng)與活動(dòng)機(jī)架發(fā)生干涉。

圖2 取料裝置總體示意

1.2 取料裝置的工作流程及主要參數(shù)

上料取料裝置的工作流程如圖3所示，上料時(shí)上料取料裝置的液壓缸活塞桿拉回，取料臂升起將測(cè)長(zhǎng)對(duì)齊工位、1#待料工位、2#待料工位、3#待料工位的四根鋼管同時(shí)舉起，然后取料臂在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下同步平移，測(cè)長(zhǎng)對(duì)齊工位和1#待料工位的鋼管分別運(yùn)至2#待料工位和3#待料工位，同時(shí)原來(lái)2#待料工位和3#待料工位的鋼管被運(yùn)至1#試壓工位和2#試壓工位，取料臂下降放下鋼管，取料臂縮回。取料裝置的一次動(dòng)作流程完成升起(取料)、步進(jìn)送料、落下(放料)、返回四個(gè)動(dòng)作。每個(gè)工位均設(shè)有有料檢測(cè)開(kāi)關(guān)，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化運(yùn)行。取料裝置的主要參數(shù)見(jiàn)表1，出料取料裝置與上料取料裝置類似。

圖3 取料裝置工藝流程示意

表1 取料裝置的主要參數(shù)

1.3 取料裝置的控制系統(tǒng)

步進(jìn)取料裝置電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示，電機(jī)由西門(mén)子G120變頻器驅(qū)動(dòng)，變頻器通過(guò)profinet跟CPU連接，一個(gè)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)10個(gè)步進(jìn)取料裝置，變頻器輸出回路由10個(gè)接觸器和熱保護(hù)繼電器組成，分別對(duì)應(yīng)每一個(gè)步進(jìn)取料裝置電機(jī)，變頻器輸出回路如圖5所示。測(cè)長(zhǎng)裝置測(cè)出的長(zhǎng)度值由PLC計(jì)算出需要啟動(dòng)的步進(jìn)取料臂數(shù)量并接通對(duì)應(yīng)的接觸器。在步進(jìn)取料裝置工位前面是夾緊測(cè)長(zhǎng)裝置，當(dāng)鋼管到達(dá)測(cè)長(zhǎng)工位后測(cè)長(zhǎng)裝置推出完成對(duì)齊并夾緊鋼管開(kāi)始測(cè)長(zhǎng)。測(cè)長(zhǎng)完成后步進(jìn)取料裝置會(huì)將鋼管運(yùn)送到試壓工位進(jìn)行壓力測(cè)試，由于試壓工位鋼管兩端的密封頭移動(dòng)距離是根據(jù)測(cè)長(zhǎng)值來(lái)定位的，所以對(duì)測(cè)長(zhǎng)值的精度和鋼管運(yùn)送過(guò)程中產(chǎn)生的偏差量要求很高，本水壓機(jī)測(cè)長(zhǎng)精度誤差1 mm，而步進(jìn)取料裝置的結(jié)構(gòu)和工作方式完美地解決了鋼管運(yùn)送過(guò)程中產(chǎn)生的偏差，使得鋼管密封定位的準(zhǔn)確性得以保證。

圖4 取料裝置電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖5 變頻器輸出回路

2 步進(jìn)式取料裝置的特點(diǎn)

(1)步進(jìn)式取料裝置取料過(guò)程中鋼管從一個(gè)工位到下一工位在管長(zhǎng)方向不會(huì)發(fā)生位移，取料放料時(shí)鋼管輕拿輕放，而傳統(tǒng)的翻板撥料裝置在撥料過(guò)程中，鋼管在管長(zhǎng)方向會(huì)發(fā)生位移，改變管端的對(duì)齊位置，而且撥料過(guò)程中鋼管會(huì)發(fā)生碰撞，不適用于大管徑的鋼管。

(2)步進(jìn)式取料裝置采用齒輪齒條變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取料速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精確，并且每個(gè)取料臂單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，工控機(jī)可以根據(jù)測(cè)長(zhǎng)工位的鋼管測(cè)長(zhǎng)值來(lái)判定驅(qū)動(dòng)幾個(gè)取料臂進(jìn)行取料放料，現(xiàn)場(chǎng)可滿足3.5～2 0 m鋼管的上下料。

(3)由于水壓試驗(yàn)機(jī)特殊的工作環(huán)境，主機(jī)部分與水接觸的概率極高，對(duì)設(shè)備的防銹能力要求高，步進(jìn)式取料裝置的取料臂采用懸臂式取料送料，取料裝置的主體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)部分位于主機(jī)外側(cè)，相對(duì)于傳統(tǒng)的放置于主機(jī)內(nèi)的鏈?zhǔn)讲竭M(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且更容易防銹。

(4)相對(duì)于惠斯頓機(jī)構(gòu)平移裝置，該步進(jìn)式取料裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，不需要回轉(zhuǎn)空間，占用空間小，且更容易實(shí)現(xiàn)不同管長(zhǎng)的取放料功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

該步進(jìn)式取料裝置應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某廠Φ45 mm～Φ133 mm雙線水壓試驗(yàn)機(jī)和Φ70 mm～Φ245 mm單線水壓試驗(yàn)機(jī)中，經(jīng)調(diào)試后運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)上料、出料，生產(chǎn)效率高。

該步進(jìn)式取料裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，適應(yīng)多種長(zhǎng)度規(guī)格和管徑規(guī)格的鋼管水壓試驗(yàn)。有效解決了鋼管水壓試驗(yàn)上下料過(guò)程中鋼管磕碰擦傷問(wèn)題，同時(shí)縮短了水壓試驗(yàn)的輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。