鋼管外圓砂輪（砂帶）磨削裝置的原理及應用

陳松濤

（中原起重機械總廠有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453400）

外圓砂帶(砂輪)磨削裝置，共有5組，前3組磨頭安裝砂輪；后2組為砂帶磨頭，采用砂輪和砂帶，對工件外圓進行磨削和拋光加工，工件自轉(zhuǎn)并連續(xù)送進。具有加工精度穩(wěn)定、表面品質(zhì)好、工效高、加工成本低、勞動強度低的特點。

磨削過程采用干磨方式，更能穩(wěn)定控制磨削品質(zhì)和改善生產(chǎn)環(huán)境，適合于管材和棒材零件外圓表面加工的批量生產(chǎn)。

1 設備的主要參數(shù)

（1）砂帶規(guī)格（周長×寬）4 000 mm×150 mm；

砂帶粒度24＃~36＃；

（2）砂輪規(guī)格Φ 610 mm×Φ 203mm×75 mm；

砂輪使用最小直徑Φ 350 mm；

砂輪粒度16＃~24＃；

材質(zhì)鋯鋼玉；

（3）工件直徑范圍 Φ（400～820）mm；

（4）工件長度范圍4～12.5 m；

（5）工件材料 20 鋼，15CrMo，12 CrMoV，1Cr5Mo等合金鋼管；

（6）工件允許彎曲度3/1 000 mm；

（7）磨削壓力5～8 kN；

（8）表面粗糙度 Ra≤25 μm；

（9）單個工件凈質(zhì)量≤12 000 kg；

（10）砂帶接觸輪規(guī)格（直徑×寬度）

Φ 400 mm×150 mm；

（11）托輪直徑（直徑×寬度）Φ400 mm×170mm；

（12）托輪轉(zhuǎn)速（變頻可調(diào)）10～40 r/min；

（13）工件支承小車軸向進給速度0.1～4.5m/min；

（14）砂帶線速度30 m/s；

（15）砂輪線速度80 m/s；

（16）砂輪磨頭電機功率(3臺)75 kW；

（17）砂帶磨頭電機功率(2臺)30 kW；

（18）托輪驅(qū)動電機功率(2臺，變頻調(diào)節(jié))7.5 kW；

（19）磨頭抬刀調(diào)整電機功率(5臺)0.75 kW；

（20）電源交流三相380 V/50 Hz；

（21）輸入功率300 kW；

（22）氣源 0.4～0.6 MPa，18 m3/h。

2 設備的結(jié)構(gòu)

該設備主要由砂帶（砂輪）磨頭裝置、托輪小車裝置、電氣及控制系統(tǒng)等部分組成。

2.1 磨頭機構(gòu)

總共有5組均布排列組成，每套磨頭主要由磨頭主體、磨頭抬刀機構(gòu)組成。

（1）磨頭主體。主要由砂帶氣動張緊機構(gòu)、砂帶調(diào)偏機構(gòu)、驅(qū)動電機、皮帶傳動機構(gòu)、砂帶（砂輪）、磨頭主軸、接觸輪、鉸鏈機構(gòu)和砂輪法蘭盤等組成。磨頭主體為設備的核心部件。通過磨頭電機帶動皮帶機構(gòu)，驅(qū)動磨頭主軸和接觸輪（砂輪）作高速旋轉(zhuǎn)，配合磨頭浮動機構(gòu)壓力可調(diào)（通過觸摸屏調(diào)節(jié)浮動氣缸的壓力值，來調(diào)節(jié)磨削壓力，觸摸屏能直接顯示磨頭壓力，5個磨頭壓力能以壓力值增減的方式實現(xiàn)單獨調(diào)節(jié)）沿鉸鏈機構(gòu)上下浮動，用砂帶或砂輪壓住工件外圓表面進行磨削。

砂帶采用氣缸張緊，通過控制氣缸進氣/排氣，完成砂帶的張緊/換帶。

砂帶調(diào)偏機構(gòu)用于調(diào)整砂帶位置確保砂帶位于接觸輪中間。

（2）磨頭抬刀機構(gòu)。主要完成磨頭的進給和退讓功能。主要由減速機、抬刀浮動氣缸組成。該機構(gòu)通過絲桿升降機構(gòu)調(diào)整磨頭與工件的初始位置，再由氣缸控制磨頭的進刀和抬刀，其目的是保證磨頭有一個恒定的抬刀量，以控制磨頭接觸工件外圓時的平穩(wěn)性，防止磨頭沖擊工件。

（3）位置傳感器安裝支架。用于安裝傳感器檢測工件位置實現(xiàn)磨頭的自動進、退刀。安裝支架可手動任意調(diào)節(jié)位置，來滿足對不同直徑大小工件的檢測。

2.2 托輪小車裝置

該機構(gòu)主要由前后小車、被動托輪、主動托輪、托輪驅(qū)動機構(gòu)、托輪同步移動調(diào)整機構(gòu)、小車傳動裝置組成，在前后兩個小車之間，放置一根加工的鋼管。在減速電機的驅(qū)動下，主動托輪帶動工件作旋轉(zhuǎn)運動；小車傳動裝置在鋼繩拉動下，實現(xiàn)軸向移動。

2.3 電氣控制系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)功能。其一，完成設備主機、輔機以及各系統(tǒng)部件的電氣控制和電動功能；其二，完成設備的半自動/手動加工控制；其三，對整個加工過程中的各個要素如氣壓不足、磨頭過載、托輪驅(qū)動過載、托輪滑車過載等進行實時監(jiān)控和報警顯示（聲光報警提示）。

（2）系統(tǒng)配置。自動化控制設備及元件為：常用低壓電器元件選用施耐德產(chǎn)品；設備動作位置傳感器選用天津圖爾克接近開關(guān)；托輪調(diào)速驅(qū)動變頻器選用西門子產(chǎn)品，并留有合理的過載裕量；電氣控制主控單元PLC可編程控制器選用西門子S7-200型系列。

對變頻傳動裝置的主要配置要求，是進線配置開關(guān)（施耐德）；出線濾波器（磁環(huán)濾波）。對軟件的要求，是采用軟件為授權(quán)軟件，提供PLC應用程序的源程序，數(shù)據(jù)庫不加密。

對PLC配置要求，是輸入/輸出點15%裝機備用。

變頻調(diào)速控制的電機，系選用變頻電機。

（3）PLC信號。開關(guān)量信號為DC24V；信號內(nèi)容為：待料信號、正在加工信號、故障報警信息（氣壓不足、磨頭過載、斷帶）等；提供砂輪、砂帶電機電流檢測縮小信號（轉(zhuǎn)換為0～20 mA），用于氣動電力比例閥控制信號。

（4）系統(tǒng)圖。在設計審查時確定。

（5）主要元件的型號。具體型號詳見附件2第三項電氣元件外購清單，在設計審查時確定。

（6）提供的電源條件。低壓為AC380 V±10%，三相；生產(chǎn)線低壓配電方式為三相四線；頻率為49～50.5 Hz或（50±2）Hz；電氣系統(tǒng)總裝機容量為300kW。

（7）供貨設備內(nèi)部的控制電壓要求。交流控制電壓為AC 220 V/50 Hz；直流控制電壓為DC 24 V；電磁閥電壓為DC 24 V。

（8）對電氣柜、操作臺、接線箱的要求。電氣柜靠墻單面安裝、安裝在車間內(nèi)機旁現(xiàn)場；操作臺（尺寸為高1.0 m，寬0.8 m，厚0.45 m）布置在設備的正前方2 m處或操作室內(nèi)；外接電氣元件必須經(jīng)接線箱接入電氣柜，其防護等級不低于IP54；置于車間內(nèi)機旁現(xiàn)場電氣柜、操作箱、I/O箱、接線箱，防護等級不低于IP54；動力線與控制線必須分開布線，以防干擾。

2.4 氣動系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)功能。滿足砂帶的張緊與更換；滿足磨頭離開和接觸工件；滿足在磨削過程中磨頭接觸工件壓力的可調(diào)性。

（2）系統(tǒng)配置。由三聯(lián)件、壓力表及壓力表開關(guān)、電磁閥、調(diào)壓閥、執(zhí)行氣缸及管線組成。

（3）主要參數(shù)為0.3～0.5 MPa。

3 結(jié)束語

外圓砂帶（砂輪）磨削裝置的開發(fā)，使自動化控制技術(shù)、氣動技術(shù)、定位技術(shù)、砂帶（砂輪）磨削技術(shù)等，在鋼管加工行業(yè)中得到充分利用，對科技進步起到了巨大的推動作用。大大提高了Φ 820 mm及其以下系列熱軋鋼管的磨削品質(zhì)及效率，滿足了各行業(yè)對大口徑無縫鋼管的需求。

[1]聞百靈，李君君，宋海波.簡述無縫鋼管彎曲工藝及發(fā)展狀況[J].化學工程與裝備，2009，（11）：22-24.

[2]秦建平，朱艷春.大直徑厚壁黑皮管內(nèi)外圓修磨機的設計特點[J].山西冶金，2008，（3）：76-77.

[3]吳建華.鋼管生產(chǎn)技術(shù)進步和發(fā)展趨勢[J].工程建設與設計，2005，（7）：52-53.

[4]李 群.天津鋼管集團股份有限公司為國家重點工程大規(guī)模配送無縫鋼管[J].鋼管，2008，（4）：14-15.