直縫埋弧焊管出料控制的新方法

□李 鋼 □韓保材 □湯圣先北鋼管業(yè)（營(yíng)口）有限公司 遼寧營(yíng)口 115007

直縫埋弧焊管出料控制的新方法

□李 鋼 □韓保材 □湯圣先
北鋼管業(yè)（營(yíng)口）有限公司 遼寧營(yíng)口 115007

國(guó)內(nèi)大多數(shù)的焊管生產(chǎn)線(xiàn)中，鋼管出料普遍采用斜臺(tái)架滾動(dòng)的形式或者V型輥道輸送的方式。針對(duì)大范圍的直縫埋弧焊管產(chǎn)品規(guī)格，提出了最新的出料控制方式，該方案設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較少，裝置運(yùn)行安全可靠，實(shí)用性很強(qiáng)。

在焊管生產(chǎn)線(xiàn)中，鋼管出料的控制作為全線(xiàn)生產(chǎn)工藝過(guò)程的最后一道工序，其好壞直接影響到整條生產(chǎn)線(xiàn)的節(jié)奏和效率。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的焊管生產(chǎn)線(xiàn)中，考慮到設(shè)備成本，鋼管出料普遍采用斜臺(tái)架滾動(dòng)的形式或者V型輥道輸送的方式。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)輸油氣管線(xiàn)工程［1-2］的推進(jìn)，市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)、高鋼級(jí)直縫埋弧焊管的需求越來(lái)越多（見(jiàn)表1）。從已經(jīng)投入使用的幾條油氣管線(xiàn)用管情況比較來(lái)看，國(guó)內(nèi)制管行業(yè)在高端及海洋管產(chǎn)品方面還有很大的發(fā)展空間。已經(jīng)建成和計(jì)劃新建的直縫埋弧焊管生產(chǎn)線(xiàn)［3］，都對(duì)鋼管產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的鋼管產(chǎn)品覆蓋范圍都比較廣，管徑趨于大型化［4］、厚壁、高鋼級(jí)［5］，鋼管最長(zhǎng)長(zhǎng)度也由原來(lái)的12.5 m增加到18.4 m，因此，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)中最終的鋼管出料方式也提出了較高的要求。

表1 X70管線(xiàn)直縫管?chē)?guó)產(chǎn)化情況

1 以往出料方式的弊端

以往傳統(tǒng)制管線(xiàn)的出料方式，大多采用翻管器加斜臺(tái)架的方式，或者V型輥道輸送的方式，這兩種出料方式都有比較明顯的弊端。

1.1 翻管器加斜臺(tái)架出料方式

設(shè)備投入比較簡(jiǎn)單，資金投入少，很多制管企業(yè)采用此種方式。翻管器將成品鋼管從V型輸送輥道上舉升、翻轉(zhuǎn)后放置在斜臺(tái)架上，斜臺(tái)架有一定的傾斜角度，鋼管在斜臺(tái)架上利用自重偏心產(chǎn)生滾動(dòng)力矩，沿著斜臺(tái)架無(wú)需動(dòng)力驅(qū)動(dòng)而自行滾動(dòng)。當(dāng)鋼管規(guī)格較小時(shí)，此出料方式還可以使用，當(dāng)鋼管規(guī)格提升、鋼管自重變大時(shí)，斜臺(tái)架的出料方式就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

首先，斜臺(tái)架的傾斜角度選擇是個(gè)難點(diǎn)，無(wú)法適應(yīng)大范圍的鋼管產(chǎn)品，如果傾斜角度選擇較小，小管徑鋼管滾動(dòng)阻力大，無(wú)法保證每根鋼管順利滾到臺(tái)架末端位置；如果傾斜角度選擇較大，小管徑鋼管滾動(dòng)問(wèn)題解決了，大管徑鋼管的滾動(dòng)速度就會(huì)太快，操作起來(lái)很不安全。

其次，為了在斜臺(tái)架上多儲(chǔ)存鋼管，斜臺(tái)架一般會(huì)較長(zhǎng)，為滿(mǎn)足鋼管能順利滾動(dòng)，制管企業(yè)斜臺(tái)架角度［7］一般均選擇較大，此時(shí)無(wú)法克服鋼管在滾動(dòng)時(shí)的相互沖擊力，不僅噪聲大，而且存在安全隱患，鋼管表面可能因撞擊而損傷。如果為防止鋼管撞擊嚴(yán)重，減小撞擊力，就得縮短斜臺(tái)架長(zhǎng)度，這樣臺(tái)架上儲(chǔ)存的鋼管數(shù)量又會(huì)減少，增加倒料頻次，失去斜臺(tái)架儲(chǔ)料的經(jīng)濟(jì)性。

1.2 V型輥道輸送出料方式

此種方式要求橫移車(chē)和V型輥道結(jié)合，設(shè)備的整體投入較多、成本較高。因?yàn)檩伒纻鬏?，沒(méi)有儲(chǔ)料功能，需要料場(chǎng)天車(chē)隨時(shí)將出管吊走，吊車(chē)會(huì)實(shí)時(shí)占用，所以較少企業(yè)使用此種出料方式。

2 新建生產(chǎn)線(xiàn)概述

北鋼管業(yè)的JCOE埋弧直縫焊管生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)25萬(wàn)t各種規(guī)格鋼管，其中直徑規(guī)格范圍為：406～1 626 mm；長(zhǎng)度范圍為：9～18.5 m；壁厚范圍為：6～65 mm；鋼管單根最輕為850 kg，最重鋼管為46 t。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有制管企業(yè)出料方式的對(duì)比總結(jié)，決定采用一種鋼管出料控制的新方法。

3 出料控制新方法

3.1 設(shè)備的組成

直縫埋弧焊管出料控制新方法涉及設(shè)備包括鋼管橫移車(chē)、橫移車(chē)導(dǎo)軌、1.5°斜臺(tái)架、直線(xiàn)輥道、激光測(cè)距傳感器［8-9］。其中，直線(xiàn)輥道用于鋼管的縱向輸送，在橫移車(chē)接料工位與橫移車(chē)導(dǎo)軌交叉；橫移車(chē)用于鋼管的橫向輸送，橫移車(chē)通過(guò)PLC程序［10-11］進(jìn)行控制，可在橫移車(chē)導(dǎo)軌上進(jìn)行往復(fù)行走，并可通過(guò)自身液壓舉升裝置［12］將鋼管升起和落下；斜臺(tái)架固定在基礎(chǔ)上，鋼管能在上面滾動(dòng)，用于儲(chǔ)存鋼管；激光測(cè)距傳感器為長(zhǎng)距離激光測(cè)距傳感器，用于檢測(cè)物料的位置，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳送給橫移車(chē)電控系統(tǒng)PLC，通過(guò)程序運(yùn)算，計(jì)算出橫移車(chē)運(yùn)輸鋼管需要行走的距離，從而將鋼管依次傳輸?shù)叫迸_(tái)架上，完成鋼管的出料。

控制系統(tǒng)選用Siemens公司的S7-300（CPU 315-2DP）系列的PLC控制器，該P(yáng)LC具有PROFBUS-DP接口，能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，同時(shí)，CPU315-2DP運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)量大，系統(tǒng)信息的采集、分析和傳送能夠可靠、準(zhǔn)確地進(jìn)行。

3.2 控制方法的實(shí)現(xiàn)

V型直線(xiàn)輥道將車(chē)間生產(chǎn)檢驗(yàn)合格后的鋼管輸送出來(lái)，當(dāng)鋼管傳輸?shù)綑M移車(chē)接料工位停穩(wěn)后，橫移車(chē)已經(jīng)在接料工位等待，橫移車(chē)液壓舉升裝置啟動(dòng)，將鋼管舉起，與此同時(shí)，激光測(cè)距傳感器開(kāi)始工作，檢測(cè)出斜臺(tái)架上最后一根鋼管距離傳感器的距離d。通過(guò)距離d和斜臺(tái)架角度1.5°，可計(jì)算出激光測(cè)距傳感器安裝位置到上一根鋼管激光測(cè)距點(diǎn)的垂直距離D：

D=dcos1.5 （1）式中：d為斜臺(tái)架上最后一根鋼管距離傳感器的距離，mm。

激光測(cè)距傳感器安裝在斜臺(tái)架端部，其發(fā)出的激光束平行斜臺(tái)架，與臺(tái)架距離為60 mm，可以理論計(jì)算出當(dāng)斜臺(tái)架上放置本生產(chǎn)線(xiàn)最大鋼管規(guī)格φ1 626 mm時(shí)，上一根已經(jīng)存放的鋼管激光測(cè)定點(diǎn)與下一根擬存放鋼管的最外端之間的垂直距離OP：其中：最大規(guī)格鋼管直徑為1 626 mm；最大規(guī)格鋼管半徑為813 mm；激光束與斜臺(tái)架距離為60 mm。

從而可以設(shè)定橫移車(chē)從起始點(diǎn)（鋼管接料工位）M點(diǎn)到鋼管擬存放位置需要行走的距離K：

K=D+L-1.5×2 132 （2）

式中：L為橫移車(chē)接料工位與鋼管激光測(cè)距傳感器安裝位置間的直線(xiàn)距離，mm；1.5為安全因數(shù)。

其中，1.5×2132=3198mm為最大管徑1 626的鋼管沿1.5°斜臺(tái)架滾下的安全距離。因?yàn)槭且宰畲蠊軓竭M(jìn)行的安全距離設(shè)定，所以比其小的所有鋼管規(guī)格都不會(huì)有干涉碰撞的現(xiàn)象發(fā)生，如圖1所示。

圖1 出料控制計(jì)算示意圖

激光測(cè)距傳感器將測(cè)定值傳輸給控制系統(tǒng)PLC進(jìn)行運(yùn)算，PLC對(duì)橫移車(chē)發(fā)出指令，橫移車(chē)托舉鋼管開(kāi)始沿導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，其移動(dòng)的距離通過(guò)車(chē)載測(cè)距編碼器實(shí)時(shí)反饋給PLC系統(tǒng)，當(dāng)橫移車(chē)移動(dòng)的距離與激光測(cè)距傳感器測(cè)定值一致時(shí)，橫移車(chē)即走到了PLC設(shè)定的位置，橫移車(chē)停止；橫移車(chē)液壓舉升裝置將運(yùn)輸?shù)匿摴苈涞叫迸_(tái)架上，該鋼管沿斜臺(tái)架向下滾動(dòng)，直至與前一根鋼管挨上停止；而后橫移車(chē)沿導(dǎo)軌返回到接料工位停止，一根鋼管的出料過(guò)程結(jié)束。

后續(xù)需要出料的鋼管重復(fù)上述過(guò)程，從而完成全部鋼管的出料，直至斜臺(tái)架堆滿(mǎn)。料場(chǎng)天車(chē)將斜臺(tái)架上的鋼管統(tǒng)一轉(zhuǎn)運(yùn)走后，又可以重復(fù)上述過(guò)程進(jìn)行鋼管的出料。

4 結(jié)論

筆者針對(duì)鋼管出料的方法，提出了一種新的方案，目前在一家制管企業(yè)投入使用，效果很好，具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

（1）本出料控制方法特別適用于鋼管產(chǎn)品規(guī)格范圍廣、質(zhì)量和跨距大的生產(chǎn)線(xiàn)。

（2）采用出料控制新方法與其它出管方式相比較，設(shè)備簡(jiǎn)單，整體質(zhì)量小，一次資金投入量較少。

（3）可以有效地避免質(zhì)量大鋼管間相互撞擊的問(wèn)題。

（4）斜臺(tái)架上的鋼管是一根挨著一根排布，所以能更多地儲(chǔ)存鋼管。

（5）采用本出料控制新方法后，設(shè)備整體運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，設(shè)備維護(hù)量小，企業(yè)運(yùn)行成本較低，適用性強(qiáng)。

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Most domestic welded pipe production lines commonlyuse slopingskid or V-type roller toconvey the steel pipes.Aim at a wide range of specifications of LSAW pipe products，a newdischarge control mode was proposed here.This program features simple in equipment with less investment，safe and reliable in operation but very practical.

直縫焊管；橫移車(chē)；激光測(cè)距傳感器；斜臺(tái)架

LSAW；Traversing Car；Laser Distance Sensor；Sloping Skid

TG142

B

1672-0555（2015）04-048-04

2015年7月

李鋼（1969-），男，碩士研究生，工程師，主要從事直縫埋弧焊管生產(chǎn)工藝與設(shè)備維護(hù)工作