直縫埋弧焊管生產(chǎn)線鋼板上料裝置優(yōu)選方案

李 鋼，張增全，韓保材，湯躍先，湯圣先

（1.北鋼管業(yè)（營口）有限公司，遼寧 營口 115007；2.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176；3.北鋼集團有限公司，遼寧 海城114021）

直縫埋弧焊管生產(chǎn)線鋼板上料裝置優(yōu)選方案

李 鋼1，張增全2，韓保材1，湯躍先3，湯圣先1

（1.北鋼管業(yè)（營口）有限公司，遼寧 營口 115007；2.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176；3.北鋼集團有限公司，遼寧 海城114021）

對JCOE/UOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線上通常采用的三種上料裝置，即平輥和鏈條組合輸送裝置、鏈條輸送裝置以及真空吸盤吊輸送裝置的主要結(jié)構(gòu)和組成進行了描述，并從設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作、運行與維護工作量、設(shè)備投資、裝機容量、生產(chǎn)運行成本、鋼板劃傷等主要方面進行了對比。結(jié)果表明，采用真空吸盤吊輸送裝置具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運行與維護的工作量相對較低、資金投入相對較少、裝機容量小、生產(chǎn)運行成本低、生產(chǎn)節(jié)奏完全能滿足設(shè)計要求等優(yōu)點，是直縫埋弧焊管生產(chǎn)線鋼板上料的最佳優(yōu)選方案。

焊管；直縫埋弧焊管；鋼板上料；平輥輸送；鏈條輸送；真空吸盤

鋼板上料工序是直縫埋弧焊管生產(chǎn)的第一道工序。選用不同形式的鋼板上料裝置將會對生產(chǎn)效率、設(shè)備運行穩(wěn)定性和工人安全方便操作性能產(chǎn)生直接影響，不同的上料形式也與設(shè)備檢修維護量、運行成本和設(shè)備投資有著密切的關(guān)系。目前，在國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的JCOE/UOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線中，鋼板上料大多采用平輥道輸送或鏈式輸送方式，也有少部分采用真空吸盤上料。從實際生產(chǎn)過程中來看，三種鋼板上料方式各有特點，現(xiàn)結(jié)合北鋼管業(yè)（營口）有限公司（以下簡稱北鋼管業(yè)）新建的φ1 626 mm JCOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線，從設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)和設(shè)備投資方面對三種鋼板上料裝置進行比較。

1 生產(chǎn)線基本情況

北鋼管業(yè)JCOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線設(shè)計年生產(chǎn)管線管（包括海洋管）和結(jié)構(gòu)管25萬t，生產(chǎn)鋼管規(guī)格為：φ406～φ1 626 mm， 長度 9～18.4 m，壁厚6～65 mm。該鋼管規(guī)格范圍內(nèi)對應(yīng)的原料鋼板寬度為1 200～5 200 mm，單張鋼板最小質(zhì)量850 kg，最大質(zhì)量46 t。鋼板上料區(qū)與鋼板平輥道輸送區(qū)域成L形布置，人工焊接引熄弧板工位設(shè)置在上料區(qū)中。該生產(chǎn)線鋼板上料裝置具有以下特點：①鋼板規(guī)格及質(zhì)量范圍大；②鋼板上料工位到鋼板平輥道輸送中心線間距離較遠（約25 m）。該生產(chǎn)線對鋼板上料裝置的要求較高。

2 鋼板上料裝置類型及其比較

對于JCOE/UOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線，鋼板從原料庫到鋼板縱向平輥道輸送工位經(jīng)歷以下5個步驟：①車間電磁盤吊車將原料庫鋼板吊運到接料工位；②鋼板橫向輸送；③到達引熄弧板焊接工位；③從焊接工位橫向送到平輥道輸送工位；⑤鋼板對齊。

通常從原料庫到鋼板接料工位均采用磁盤吊車吊運的方式，從鋼板接料工位到縱向平輥道輸送工位的上料裝置會結(jié)合采用平輥道輸送、鏈條輸送和真空吸盤輸送三種方式，下面分別對這三種方案進行說明與比較。

2.1 鏈式與平輥道組合輸送裝置

平輥道輸送裝置將鋼板運送到引熄弧板焊接工位后等待人工進行引熄弧板焊接，焊接完成后平輥輸送裝置再將鋼板運送到縱向平輥道輸送工位上，如圖1所示。

全平輥道輸送裝置一般適用于鋼板接料工位到縱向平輥道輸送工位距離較短的情況（約為一個單跨距離），但遇到輸送距離較長的情況時，該方案就無法滿足需求。

圖1 平輥道輸送裝置分布示意圖

當鋼板接料工位到縱向平輥道輸送工位距離大于一個單跨距離時，一般采用鏈式與平輥道組合的輸送方式，該輸送裝置分布如圖2所示。北鋼管業(yè)JCOE直縫埋弧焊管生產(chǎn)線的鋼板接料工位到縱向平輥道輸送工位的距離約為25 m，故采用鏈式與平輥道組合的輸送方式。

圖2 鏈式與平輥道組合的輸送裝置分布示意圖

鏈式與平輥道組合輸送裝置主要由接料升降裝置、鏈條輸送裝置、鋼板引熄弧板焊接平輥輸送裝置（長9～13 m）、鋼板引熄弧板焊接平輥輸送裝置（長14～18.4m）、鏈條升降輸送裝置組成。

接料升降裝置：由固定臺架、鏈條升降機構(gòu)、被動支撐輥升降臺架組成。磁盤吊車將鋼板放在固定臺架上，此時處在低位的鏈條升降機構(gòu)和被動支撐輥升降臺架升起，托住鋼板向前輸送。被動支撐輥升降臺架主要是起輔助支撐作用，以保證厚度較薄的鋼板順利輸送。

鏈條輸送裝置：由鏈條輸送裝置、被動支撐輥臺架組成。鏈條輸送裝置承接從上料升降裝置輸送來的鋼板，并繼續(xù)向引熄弧板焊接工位輸送；被動支撐輥臺架起輔助支撐作用，以保證厚度較薄鋼板的順利輸送。

鋼板引、熄弧板焊接平輥輸送裝置：該裝置長9～13 m，由輸送平輥、被動支撐輥臺架組成。輸送平輥道承接鏈條輸送裝置送來的鋼板，并在此工位對9～13 m長鋼板兩端人工焊接引、熄弧板，之后將鋼板輸送至下一個工位。被動輥支撐臺架是為生產(chǎn)長度在14～18.4 m鋼板的順利輸送設(shè)置的，當生產(chǎn)9～13 m長度鋼板時，不用此臺架而由吊車吊離該工位即可。

引、熄弧板焊接平輥輸送裝置：該裝置長14～18.4 m，由輸送平輥道組成，承接上工位輸送來的鋼板，并在此對14～18.4 m長鋼板的兩端焊接引熄弧板，再將鋼板輸送至下一個工位。

鏈條升降輸送裝置：由鏈條升降輸送裝置、鋼板單向?qū)χ醒b置、被動托輥升降臺架和液壓系統(tǒng)組成。鏈條升降輸送裝置與被動托輥升降臺架同時從低位升起，承接上工位輸送來的鋼板，并將鋼板送至縱向平輥道輸送位置，由對中裝置將鋼板對中之后平穩(wěn)下降，將鋼板放置在縱向輸送平輥道上，完成鋼板的橫向輸送過程。鏈條和被動托輥的升降均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。

2.2 鏈條輸送裝置

鏈條輸送裝置將鋼板運送到引、熄弧板焊接工位，人工完成引、熄弧板焊接后，上料裝置再將鋼板運送到縱向平輥道輸送工位上，該輸送裝置的分布如圖3所示。

圖3 鏈條輸送裝置分布示意圖

鏈條輸送裝置由接料臺架、升降鏈條橫向送料裝置、固定鏈條橫向送料裝置、升降輸送輥道和對中裝置組成。

接料臺架：用于接收磁盤吊車吊運的鋼板，并將鋼板放在固定接料臺架上，接收臺架由7組單獨的料架組成。

升降鏈條橫向送料裝置：包括接料臺架工位和縱向平輥道輸送工位的升降鏈條橫向送料裝置兩部分。接料臺架有鋼板時，處于低位的鏈條送料裝置升起至與其后固定鏈條橫向送料裝置的標高相同，然后托起鋼板橫向輸送到固定鏈條橫向送料裝置上；在縱向平輥道輸送工位，處于接料位置的升降鏈條橫向送料裝置承接上工位固定鏈條裝置送來的鋼板，繼續(xù)橫向輸送至縱向平輥道輸送位置并落下，將鋼板平穩(wěn)放置在縱向輸送平輥道上。升降鏈條橫向送料裝置主要由底座、送料梁、鏈輪、鏈條、減速機、導(dǎo)向裝置、油缸、連桿、液壓系統(tǒng)等組成。

固定鏈條橫向送料裝置：承接接料臺架升降鏈送來的鋼板，依次送到鋼板中間送料工位、引熄弧板焊接工位、中間送料工位，并將鋼板送到縱向平輥道升降鏈條送料工位。該裝置主要由支座、送料梁、鏈輪、鏈條、減速機等組成。

升降輸送輥道：位于固定鏈條橫向輸送裝置中的引、熄弧板焊接工位，用于9～12m長鋼板的縱向輸送，方便兩端引、熄弧板焊接。當9～12 m鋼板送到引、熄弧板焊接位置時，升降輸送輥道升起，將鋼板托離固定鏈條橫向送料裝置，運送鋼板到輥道一端部落下并放置在橫向送料裝置上，進行引、熄弧板焊接。該裝置主要由底座、升降裝置、輥道、減速機、導(dǎo)向裝置、油缸、液壓系統(tǒng)等組成。

對中裝置：位于縱向輸送平輥道中，將升降鏈橫向送來的鋼板定位、對中，使鋼板中心與平輥道輸送中心一致。對中時采用單邊對中結(jié)構(gòu)，該對中裝置主要由支座、導(dǎo)軌梁、絲杠、擋料輥和減速機等組成。

2.3 真空吸盤吊輸送裝置

真空吸盤吊輸送裝置利用真空吸盤吊從鋼板接料工位將鋼板運送到引熄弧板焊接臺架，在此完成人工引、熄弧板焊接，然后再次用真空吸盤吊將鋼板運送到縱向平輥道輸送工位上，通過對中裝置將鋼板中心與縱向輸送平輥道中心對中。真空吸盤吊輸送裝置的分布如圖4所示。

真空吸盤吊裝置由半龍門吊車、真空吸盤系統(tǒng)、引、熄弧板焊接臺架、對中裝置和滑觸線及軌道系統(tǒng)組成。

半龍門吊車：起重質(zhì)量27.5 t+27.5 t（包括吊具及吸盤質(zhì)量），吊鉤間距6 000 mm，Lk=21 m，吊車軌道標高+6.5 m；工作制度A7，地面操作。

真空吸盤系統(tǒng)：包括吊梁、真空吸盤、真空吸取系統(tǒng)和控制系統(tǒng)4部分。

圖4 真空吸盤吊輸送裝置分布圖

鋼管長度9～18.4 m，跨距較大，且在實際生產(chǎn)中，12.5 m規(guī)格鋼管的生產(chǎn)頻率最高，因此吊梁設(shè)計為主梁加拼接接頭。生產(chǎn)13～18.4 m鋼管時，采用主梁加拼接接頭完成鋼板吊運操作；生產(chǎn)9～12.5 m鋼管時，拆除拼接接頭，只用主梁吊運即可，簡化了真空吸盤吊的操作。主梁為一個中空設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)，長度10 m，拼接接頭2個，每個長度3 m，吊梁總長16 m；在主梁上設(shè)置有8個橫梁，長度為2 m，用于懸掛真空吸盤；真空吸盤吊上料裝置中設(shè)置了28個矩形真空吸盤，型號FSRL500×900，2倍安全系數(shù)，單個吸盤吸力為2 000 kg（在80%真空度下測定），最大起吊質(zhì)量30 t；對于單張質(zhì)量大于30 t的鋼板，為簡化真空吸盤系統(tǒng)，另設(shè)置5組掛鉤，每組2個掛鉤點，單個掛鉤載荷5 000 kg。真空泵系統(tǒng)主要由真空泵、蓄能器、控制閥組等組成，完成吸盤的抽真空、斷電保壓和吸盤吸取數(shù)量選擇、真空度檢測等功能，真空泵流量100 m3/h；控制系統(tǒng)包括自動吸放，即通過傳感器檢測吸盤桿的伸縮來實現(xiàn)吊具對板材的自動吸放功能；采用遙控操作，即當不用拼接處吸盤時，可用遙控器關(guān)閉拼接處吸盤，每個吸盤配有手動滑閥，可以手動關(guān)閉每個吸盤；安裝安全保護裝置，具有斷電保壓、安全報警、運行保護等功能，當斷電或切斷真空泵動力時，視板材表面狀況，保壓時間5～20 min。

引、熄弧板焊接臺架：為固定焊接結(jié)構(gòu)，堅固耐用，臺架兩端為焊接引熄弧板工裝，適應(yīng)不同板長的需要，方便焊接操作。對中裝置：位于縱向輸送平輥道中，將真空吸盤吊送來的鋼板定位、對中，使鋼板中心與平輥道輸送中心一致。對中時采用單邊對中結(jié)構(gòu)，該對中裝置主要由支座、導(dǎo)軌梁、絲杠、擋料輥和減速機等組成?；|線及軌道系統(tǒng)：滑觸線及軌道系統(tǒng)為半龍門吊車的供電及行走系統(tǒng)，選用安全滑觸線，軌道型號為QU100。

3 三種輸送方式對比

通過對平輥和鏈條組合輸送裝置、鏈條輸送裝置、真空吸盤吊輸送裝置的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，裝置在設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、上料節(jié)奏、運送鋼板時表面劃傷情況、不同規(guī)格鋼管換產(chǎn)調(diào)整的需求、設(shè)備維護保養(yǎng)量、備件準備、裝機容量、設(shè)備總質(zhì)量、資金投入以及設(shè)備運行成本上都有很大的區(qū)別，具體見表1。

表1 三種輸送上料方式運行情況對比

4 結(jié) 語

通過三種鋼板輸送裝置的對比可以看出，采用真空吸盤吊輸送裝置的鋼板上料方案，設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作簡單，運行與維護的工作量相對較低，資金投入相對較少，裝機容量小，生產(chǎn)運行成本低，生產(chǎn)節(jié)奏完全能滿足設(shè)計要求。而且，在鋼板上料過程中沒有鋼板與運輸設(shè)備之間的相對滑動與摩擦，避免了鋼板表面產(chǎn)生劃傷。由此可見，真空吸盤吊輸送裝置作為鋼板上料裝置具有明顯的綜合優(yōu)勢，為新建或改造JCOE/UOE直縫埋弧焊管車間鋼板上料裝置提供了又一種選擇。

［1］王義行.鏈輪設(shè)計制造應(yīng)用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.

［2］聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］方宏明.機械設(shè)計、制造常用數(shù)據(jù)及標準規(guī)范實用手冊[M].北京：當代中國音像出版社，2004：539-574.

［4］毛好喜.液壓與氣動技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

［5］張展.減速器設(shè)計選用手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002.

［6］成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［7］濮良貴，陳國定，吳立言.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2013.

［8］楊可楨，程光蘊，李仲生，等.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2014.

［9］鄒平.機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［10］邱宣懷.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2010.

The Optimization Program of Steel Plate Feeding Device for LASW Pipe Production Line

LI Gang1， ZHANG Zengquan2， HAN Baocai1， TANG Yuexian3， TANG Shengxian1
（1.Beisteel Pipe(Yingkou)Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China；2.Capital Engineering＆Research Incorporation Limited.,Beijing 100176， China；3.Beisteel Pipe Group,Haicheng 114201,Liaoning,China）

In this article,it described the main structure and constitute of 3 kinds of commonly used feeding device of JCOE/UOE LSAW pipe production line,including the combined converyor of roller and chain,chain conveyor and vacuum suction cups hanging conveyer,and compared the main structure and constitute with several aspects,such as equipment structure and operation,operation and maintenance workload,equipment investment,installed capacity,production running cost,plate scratch,etc.The results indicated that vacuum suction cups hanging conveyer device is with some advantages,such as simple structure,easy operation,low workload for operation and maintenance,small investment,small installed capacity,low production running cost,and production rhythm can completely meet the design requirements,which is the best optimization program for LASW pipe production line steel plate feeding device.

welded pipe;LSAW pipe;steel plate feeding;flat roller conveyor;chain conveyor;vacuum suction cups

TE905

B

1001－3938（2015）09-0064-05

李 鋼（1969—），男，碩士研究生，工程師，北鋼管業(yè)（營口）有限公司JCOE車間主任，主要從事直縫埋弧焊管生產(chǎn)管理與設(shè)備維護工作。

2015-05-25

修改稿收稿日期：2015-08-13

張 歌