螺旋鋼管自動倒渣系統(tǒng)研發(fā)

晉登輝

【摘 要】本文主要介紹了螺旋鋼管自動倒渣系統(tǒng)，從工作原理、系統(tǒng)設(shè)計、自動化改造、數(shù)控裝置（PLC）總控等方面對螺旋鋼管自動倒渣系統(tǒng)做了詳細的闡述。該系統(tǒng)自動化程度較高、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、可操作性較強，能提高工作效率，保證安全、連續(xù)生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本和勞動強度。通過一段時間的運轉(zhuǎn)，具有良好的效果?？赏茝V應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】倒渣系統(tǒng) 自動化控制 降耗增效

1螺旋鋼管倒渣系統(tǒng)概述

螺旋鋼管自動化生產(chǎn)線，采用的生產(chǎn)工藝是以帶鋼卷板為原材料，經(jīng)常溫擠壓成型，以自動雙絲雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋鋼管。

其具體工藝流程如下：

上料→開卷→夾送矯平→剪切對焊→銑邊→遞送→預(yù)彎→成型→內(nèi)焊→外焊→定尺切斷→撥出→倒渣→補焊→在線超聲波探傷→平頭倒棱→水壓試驗→X光檢測→收集入庫

該生產(chǎn)線自動化程度較高，可連續(xù)生產(chǎn)。焊接完成后，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和連續(xù)生產(chǎn)，要求必須在規(guī)定時間內(nèi)將螺旋管內(nèi)焊過程中產(chǎn)生的焊渣清除，清除的焊渣通過回收利用系統(tǒng)，篩選重復(fù)使用。

我廠2006年投資建成的第一條螺旋鋼管生產(chǎn)線，因場地、資金等原因沒有配備專用的倒渣系統(tǒng)。第二條螺線管生產(chǎn)線2008年投資建成，配置了專用的倒渣系統(tǒng)，通過實際運轉(zhuǎn)，我們發(fā)現(xiàn)存在一定的缺陷，突出的問題在于效率不高，存在一定的安全隱患。為此我們以第一條螺線管生產(chǎn)線為試點，研發(fā)了一套適合自己的倒渣系統(tǒng)，通過實際使用，效果良好，有一定的推廣應(yīng)用價值。

2自動倒渣系統(tǒng)工作原理和系統(tǒng)的設(shè)計運轉(zhuǎn)

倒渣機的工作要求：在保證產(chǎn)品質(zhì)量、安全和連續(xù)生產(chǎn)的前提下，在規(guī)定時間將內(nèi)焊產(chǎn)生的焊渣清理干凈。清理的焊渣經(jīng)回收利用系統(tǒng)篩選重復(fù)使用。

倒渣系統(tǒng)工作原理：采用機械裝置配合輸送，液壓裝置調(diào)整控制，數(shù)控裝置（PLC）總控完成一系列系統(tǒng)循環(huán)操作。

下面就以人工倒渣和自動倒渣系統(tǒng)相對比的方式加以說明。

2.1人工倒渣作業(yè)流程

人工倒渣作業(yè)，是以大量人工勞動，輔以部分機械進行倒渣作業(yè)。即先通過行車?yán)娩摻z繩吊起鋼管一端，成一定角度后，利用焊渣的重力作用使焊渣沿著傾斜的鋼壁滑出。

該過程必須配備2-3人給負責(zé)掛鋼絲繩，增加了安全隱患，同時由于鋼管吊裝位置的限制，不能有效轉(zhuǎn)動，一些貼壁焊渣難以脫落，必須采用人工敲擊鋼管。這種作業(yè)方式，一次倒渣流程需要10-15分鐘的時間（時間跨度較大的主要原因是準(zhǔn)備時間較長，不可控因素較多），鋼管要在車間內(nèi)最高吊起10米，需要吊裝、清渣、輔助配合人員共同作業(yè)。該過程效率較低，不安全因素較多，職工的勞動強度很大，并不能保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

2.2自動倒渣系統(tǒng)設(shè)備組成和作業(yè)流程

2.2.1自動倒渣系統(tǒng)設(shè)備組成

為了解決上述問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量、工作效率和安全生產(chǎn)，系統(tǒng)研發(fā)科研小組查閱了大量的資料，對國內(nèi)外鋼管廠的倒渣裝置進行了研究和分析。針對車間現(xiàn)場空間小，設(shè)備體積不能過大，而且還必須操作靈活的特點。經(jīng)過反復(fù)論證，不斷改進，設(shè)計了由滾動斜坡、倒渣橋體、頂升油缸、旋轉(zhuǎn)托輥、授管器、立擋輥、小型液壓泵站等組成的機械液壓裝置；自動化控制（PLC）裝置等部分組成的自動倒渣系統(tǒng)。倒渣系統(tǒng)適用于φ219～φ2020鋼管制造。

2.2.2自動倒渣系統(tǒng)的作業(yè)流程

自動倒渣系統(tǒng)采用機械裝置配合輸送，液壓裝置調(diào)整控制，數(shù)控裝置（PLC）總控，完成系統(tǒng)循環(huán)操作。

工作過程如下：

焊接完成的鋼管經(jīng)切割作業(yè)完成后，光電控制系統(tǒng)反饋給遠程輸送系統(tǒng)，遠程輸送系統(tǒng)發(fā)出倒渣作業(yè)指令，倒渣作業(yè)開始。首先通過輸送軌道觸發(fā)接近開關(guān)，由落管器把鋼管輸送到倒渣裝置上。當(dāng)管端將到達倒渣橋體上的立擋輥位置時，通過PLC編程，啟動液壓裝置，油缸回落。當(dāng)?shù)乖鼧蝮w落至與水平面成20°角處，油缸靜止。然后倒渣橋體橋上托輥向某一方向轉(zhuǎn)動約1分鐘，焊渣從管內(nèi)全部淌出，落進焊渣槽中，橋上托輥停止轉(zhuǎn)動，啟動油缸回程，帶動倒渣橋體升起到初始位置，最后鋼管經(jīng)授管器將其送入補焊軌道，進行下一道工序的作業(yè)，即完成一次倒渣流程。

使用該倒渣系統(tǒng)進行倒渣作業(yè)，一次作業(yè)流程3分鐘；人員僅需要遠程操控人員一人（該操控人員在操控室內(nèi)操作，可進行內(nèi)外焊、調(diào)型、等離子切割、倒渣等多項作業(yè)）；鋼管不需要吊裝，始終在操作輥道上運轉(zhuǎn)；可連續(xù)生產(chǎn)。兩種作業(yè)方式對比見表1。

3設(shè)計過程中的難點和解決辦法

3.1自動倒渣系統(tǒng)的設(shè)計與制作

3.1.1托輥轉(zhuǎn)速

焊渣在鋼管內(nèi)的位置取決于鋼管的轉(zhuǎn)速。下圖1為焊渣在旋轉(zhuǎn)管體內(nèi)的受力分析，鋼管轉(zhuǎn)速直接影響焊渣的擾動速度。焊渣離開管底的高度越高，擾動越大。設(shè)焊渣的重力為G，當(dāng)鋼管旋轉(zhuǎn)角速度為W時，焊渣從A點上升到M點，產(chǎn)生背離鋼管中心O的離心力Q，與Q垂直方向的切向摩擦力F，與Q方向相反的法向約束力N。

從焊渣的受力情況可以推算出焊渣從A點升至M點的升角α，從而確定托輥的轉(zhuǎn)速。

3.1.2倒渣系統(tǒng)重心支點的確定

重心支點選擇在整體倒渣支架的中心，此設(shè)計縮短了主油缸一半的倒渣行程，減少了完成一根鋼管所需的倒渣時間，有效的提高了生產(chǎn)效率。

3.1.3滾動斜坡的設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有倒渣系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況，結(jié)合生產(chǎn)線的自身特點，在落管器的后面，倒渣機架之前位置，增加了一個滾動斜坡。利用重力原理使鋼管切割作業(yè)完成后，沿滾動斜坡自動落到倒渣架上。該結(jié)構(gòu)可減少托輥的液壓升降機構(gòu)數(shù)量，降低操作難度。

同時通過控制后橋上鋼管的落點，配合滾動斜坡的設(shè)計減少了倒渣架上的鋼管縱向移動機構(gòu)。減少了工藝流程，降低了制造成本，提高了工作效率。

3.1.4授管器標(biāo)高與托輥標(biāo)高的選擇

該生產(chǎn)線鋼管規(guī)格從φ219～φ2020mm，長度6m到12m，規(guī)格、長度跨度較大。這就要求我們設(shè)計制造的倒渣系統(tǒng)有一定的適應(yīng)性。這個參數(shù)的設(shè)計是為了適用于不同管徑的鋼管進行倒渣作業(yè)。為此我們做了大量的實驗，最終標(biāo)高參數(shù)為870mm，配合后續(xù)機構(gòu)運轉(zhuǎn)，解決了這一難題。

3.1.5各組成機構(gòu)中心距的選擇

（1）授管器兩支點中心距。

（2）托輥中心距。上面兩個參數(shù)決定著該倒渣裝置是否適用于不同管徑的鋼管。若參數(shù)選擇不當(dāng)，會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)托輥不能作用，或者授管器無法接觸到鋼管，從而影響倒渣作業(yè)。

（3）三個授管器的間距。通過該參數(shù)的設(shè)計，使得新倒渣系統(tǒng)既適用于6米的鋼管，又適用于12米的鋼管。

以上幾個參數(shù)的合理選擇，充分保證了倒渣系統(tǒng)的合理運轉(zhuǎn)，減少了不必要的裝置，減低了設(shè)備維護和運轉(zhuǎn)的費用，提高了工作效率。

3.2倒渣機與落管器的協(xié)調(diào)作業(yè)

倒渣機與落管器之間的距離選擇。該參數(shù)選擇我們借鑒了現(xiàn)有生產(chǎn)線的參數(shù)設(shè)計，并有所改進。通過調(diào)整該參數(shù)，使得新倒渣系統(tǒng)與螺旋鋼管第二條生產(chǎn)線的倒渣系統(tǒng)相比，簡化了倒渣工藝流程。螺旋鋼管第二條生產(chǎn)線在進行倒渣作業(yè)時，鋼管切割下來后由落管器把鋼管輸送到倒渣裝置上，橋體升起后，需要將落管器抬起才能進行倒渣，而新設(shè)計的倒渣裝置無需將落管器抬起便可進行倒渣作業(yè)。提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。

3.3自動化控制（PLC）

自動化控制（PLC）使用是該系統(tǒng)的另一亮點，自動化控制（PLC）裝置將倒渣作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，整合為一個可循環(huán)的連續(xù)作業(yè)過程。有效的調(diào)高了生產(chǎn)效率，保證了安全文明生產(chǎn)、降低了生產(chǎn)成本。

4安全管理

螺旋鋼管自動倒渣系統(tǒng)自動化程度較高、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、可操作性較強，可以和遠程自動化控制系統(tǒng)配合使用，提高工作效率，保證了安全生產(chǎn)文明施工。

5產(chǎn)生的效益

螺旋鋼管自動倒渣系統(tǒng)系統(tǒng)的應(yīng)用，使倒渣作業(yè)質(zhì)量顯著提高。同時減少了危險，消除了安全隱患，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。同時該套系統(tǒng)有一定的推廣應(yīng)用性。通過該系統(tǒng)的設(shè)計和制造，我們掌握了一系列的設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計理念，為今后企業(yè)的快速可持續(xù)發(fā)展提供有力的保障。