趙藝

（新疆八鋼金屬制品有限公司烏魯木齊金圓螺旋焊管分廠，新疆 烏魯木齊 830022）

0 引言

螺旋焊管行業(yè)割管工序是指在成型機(jī)組上由鋼板卷制成鋼管，到12 m定尺時(shí)用等離子切割，然后將鋼管運(yùn)送到下一個(gè)工序，一般采用手動割管，手動割管存在兩個(gè)問題：一是工序復(fù)雜，用工量大，每次割管要完成調(diào)整、更換等離子槍嘴、電極、在鋼管上書寫管號、測量管徑、割管、鋼管分離、撥管撥、落、接管接、落、倒渣接、落、倒渣升、降、倒渣后撥出、落、輸送輥道接管、落管等17個(gè)動作。二是手動割管切割口不齊，錯(cuò)口量5～20mm，錯(cuò)口量大會影響：（1）后道水壓工序無法上壓，水壓工序采用平端軸向密封方式，兩端用聚氨酯P型端封貼住鋼管兩端，注水后試壓，鋼管兩端不齊有錯(cuò)口，會影響到P行端密封效果，導(dǎo)致無法試壓；（2）后續(xù)平頭工序使用的易損件平頭刀片消耗量大，為15t/片。使用自動割管后，操作工動作可以減少到3個(gè)，且切口錯(cuò)口可以調(diào)整，錯(cuò)口尺寸在5mm以內(nèi)，水壓100%正常進(jìn)行，平頭刀片消耗量為22t/片，兩種方式前者設(shè)備粗放，全靠人工調(diào)整，后者設(shè)備設(shè)計(jì)精準(zhǔn)，靠程序控制。

1 自動割管結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1.1 手動割管結(jié)構(gòu)

手動割管和自動割管一樣均使用空氣等離子弧切割法，手動割管時(shí)，鋼管到12 m長度接近開關(guān)處發(fā)訊，割管小車上的氣缸抬起，帶動連桿和跟蹤輪抬起，跟蹤輪帶動割管小車跟隨鋼管行走，同時(shí)人工操作等離子槍起弧割管，割管結(jié)束后人工將割管小車推回原位（圖1）。割管的錯(cuò)口尺寸需要控制，手動割管通過調(diào)整跟蹤輪來調(diào)節(jié)錯(cuò)口，因設(shè)備精度差，時(shí)常有錯(cuò)口出現(xiàn)且錯(cuò)口較大，水壓P型端封封不住錯(cuò)口，試壓壓力不達(dá)標(biāo)，需要先平頭再試水壓，P型端封消耗大，工藝流程不合理。

圖1 手動割管小車結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 自動割管結(jié)構(gòu)

自動割管采用同步編碼器，它可以將鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)的位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號，這些脈沖能用來控制角位移，編碼器與切管小車伺服電機(jī)控制的齒輪條結(jié)合在一起，用于準(zhǔn)確測量直線位移，編碼器產(chǎn)生電信號后由數(shù)控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統(tǒng)等來處理，這些系統(tǒng)配合即可完成自動割管動作。

光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置安裝在割管和扶正器之間的活動架上，見圖2，調(diào)型時(shí)按照鋼管成型中角調(diào)整編碼器上測距輪的角度，安裝拉伸彈簧，使聚氨酯材料的測距輪一直與運(yùn)轉(zhuǎn)中的鋼管軟接觸，通過測量運(yùn)動的速度、角度、位移等物理量，將其轉(zhuǎn)化為上位機(jī)可識別可計(jì)算的電信號，從而實(shí)現(xiàn)自動化控制功能。正常生產(chǎn)時(shí)，鋼管運(yùn)行到12 m，后橋的光電開關(guān)給出信號，PLC收到信號給伺服控制器，伺服控制器控制割管小車開始行走，割管小車行走距離由旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的電信號由數(shù)控制置CNC、PLC、控制系統(tǒng)等來處理實(shí)現(xiàn)直線位移，底部行走機(jī)構(gòu)安裝有齒條和齒輪，行走精確。小車行走同時(shí)PLC給出氣缸抬起的信號，氣缸抬起后鋼絲繩拉動割槍接觸到鋼管上，5 s后給出等離子槍點(diǎn)火動作信號開始割管，割管結(jié)束后自動熄弧抬槍，小車自動歸位。割管前，在觸摸屏上輸入板寬、管徑、厚度信息，通過調(diào)整水平偏差值可以調(diào)整割管錯(cuò)口值，如錯(cuò)口為10 mm，調(diào)整水平偏差數(shù)+10 mm，自動匹配速度，管口錯(cuò)口問題即可解決，圓周方向偏差值一般輸入20 mm，即鋼管割管后圓周方向再走20 mm，以確保完全割除鋼管（圖2）。

圖2 自動割管結(jié)構(gòu)示意圖

2 自動割管機(jī)械裝置設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)自動割管，等離子槍自動抬起和落下是關(guān)鍵，鋼絲繩牽動的方法為幾種方法中最有效的，割管前割槍遠(yuǎn)離鋼管，氣缸在初始位置，鋼絲繩用鋼絲卡固定，鋼絲繩一頭穿過連桿，一頭固定在卷揚(yáng)機(jī)上，中間穿過氣缸，生產(chǎn)1 020 mm鋼管時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)到氣缸的鋼絲繩長度為1 615 mm，圖3為割槍抬起時(shí)的示意圖。長度限位發(fā)出訊號后，氣缸活塞桿起升，卷揚(yáng)機(jī)與氣缸之間的鋼絲繩拉長為1 634 mm，轉(zhuǎn)軸與氣缸間的鋼絲繩縮短，帶動割槍落下，延時(shí)5 s后，自動打火割管。

圖3 自動割管割槍抬起時(shí)示意圖

割槍固定座中間軸（圖4）的一端連接一個(gè)連桿，軸的另一端安裝割槍架，割槍安裝在槍架上，方向與連桿平行。割管時(shí)要求割槍與鋼管垂直，管徑變化后需要調(diào)整割槍傾斜角和長度，調(diào)整螺栓起調(diào)整作用，操作方便。

圖4 割槍固定座機(jī)構(gòu)示意圖

3 自動割管后續(xù)動作設(shè)計(jì)

自動割管動作完成后，需要啟動快速分離器，后橋撥管器升起、落下，臺架接管器升起、落下，倒渣車接管器升起、落下，倒渣車升起，倒渣車輥道旋轉(zhuǎn)、落下，倒渣撥管器升起、落下和輸送輥道接管器升起、落下，通過PLC設(shè)定程序，控制每個(gè)動作，每個(gè)動作之間用延時(shí)控制，一個(gè)動作完成后繼續(xù)下一個(gè)動作，后續(xù)動作完全實(shí)現(xiàn)了自動控制。

4 總結(jié)

使用自動割管裝置后，有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）管端切割錯(cuò)口質(zhì)量得到很大提高，錯(cuò)口長度能控制在5 mm以內(nèi)，大大保證了后道水壓工序試壓的一次成功率，平頭刀片消耗數(shù)量減少了68%。（2）自動割管后，手工執(zhí)行的動作只有調(diào)整、更換等離子槍嘴、電極，在鋼管上書寫管號、測量管徑3個(gè)動作，其余14個(gè)動作均自動完成，操作人員工作量減少了75%，基本實(shí)現(xiàn)看護(hù)性操作，后續(xù)還可以安裝自動在線噴碼設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在線噴管號，能結(jié)合其他崗位優(yōu)化人員配置。