高頻焊林辛格銑邊機(jī)改造探索

陳 亮，胡宜新，劉 巖

(中國(guó)石化集團(tuán)石油工程機(jī)械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001)

高頻焊林辛格銑邊機(jī)改造探索

陳 亮，胡宜新，劉 巖

(中國(guó)石化集團(tuán)石油工程機(jī)械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001)

為了使原高頻焊管生產(chǎn)線林辛格銑邊機(jī)銑出直縫鋼管生產(chǎn)要求的X形坡口，同時(shí)解決高頻焊管生產(chǎn)過(guò)程中刀片更換繁瑣的問(wèn)題，對(duì)高頻焊林辛格銑邊機(jī)進(jìn)行了改造。自行設(shè)計(jì)了刀盤高度自動(dòng)調(diào)型系統(tǒng)以及刀盤垂直移動(dòng)結(jié)構(gòu)、仿形輥和鐵屑擋板。生產(chǎn)實(shí)踐表明，改造后的銑邊機(jī)不僅解決了使用過(guò)程中換刀繁瑣問(wèn)題，而且能在生產(chǎn)高頻焊管時(shí)銑出需要的高頻鈍邊坡口，還能銑出直縫埋弧焊管生產(chǎn)要求的X形坡口，且坡口質(zhì)量高。

林辛格；銑邊機(jī)；高頻焊：坡口

0 前 言

進(jìn)口林辛格高頻焊銑邊機(jī)使用過(guò)程中，為了節(jié)約刀片成本，可以把刀片分為上半段和下半段來(lái)使用。但生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刀片上半段與下半段換向使用時(shí)，原刀盤不能升降，進(jìn)而產(chǎn)生如下問(wèn)題：①需要打開(kāi)左右兩刀盤蓋，用吊機(jī)吊下兩個(gè)刀盤，拆下刀片，對(duì)換刀片至對(duì)面刀盤上，然后重新吊回安裝，誤工誤時(shí)；②將左刀盤刀片上半段對(duì)調(diào)到對(duì)面刀盤時(shí)，需要生產(chǎn)線停機(jī)，這會(huì)產(chǎn)生廢品鋼管，造成浪費(fèi)。

另外，為了使高頻焊生產(chǎn)線主機(jī)部分能夠生產(chǎn)直縫鋼管，要求對(duì)其銑邊機(jī)進(jìn)行改造，銑出中直縫鋼管要求的X形坡口。為此進(jìn)行了技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)改造，采用高度可調(diào)的刀盤機(jī)架結(jié)構(gòu)和刀盤位移高精度測(cè)量定位控制系統(tǒng)，解決了高頻焊時(shí)刀片更換繁瑣的問(wèn)題，成功銑出了X形坡口。

1 銑邊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 控制方案

銑X形坡口時(shí)，對(duì)刀盤的垂直定位要求精確，誤差需要控制在0.5mm以內(nèi)。為保證精度，采取如下控制方案：

(1)以S7-300 PLC作為控制中心，全系統(tǒng)采用DP通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)給定電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、電機(jī)啟停信號(hào)以及自動(dòng)升降至目標(biāo)點(diǎn)的控制、極限位置停轉(zhuǎn)和報(bào)警輸出的控制。

(2)用巴魯夫位移傳感器(型號(hào)BTL5-P1-M0100-P-S32)進(jìn)行機(jī)構(gòu)上升及下降的位移量檢測(cè)，檢測(cè)理論精度0.001mm，檢測(cè)的刀盤位移量與上、下移動(dòng)機(jī)構(gòu)零位偏移量相減取絕對(duì)值，大于30mm時(shí)報(bào)警并終止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)操作臺(tái)設(shè)上位機(jī)觸摸屏，能設(shè)定升降距離，達(dá)到精確控制，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示刀盤垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)偏離零位的位移量。

(4)使用SEW 公司的R37DRS71M4型變頻電機(jī)，通過(guò)變頻器調(diào)整升降速度，防止調(diào)整過(guò)程過(guò)快，導(dǎo)致刀片損壞。

(5)電機(jī)使用抱閘裝置，防止停機(jī)瞬間，電機(jī)慣性緩轉(zhuǎn)導(dǎo)致刀盤小范圍升降，影響X形坡口質(zhì)量。

1.2 自動(dòng)調(diào)型控制原理

1.2.1 高頻焊管自動(dòng)調(diào)型

高頻焊管生產(chǎn)時(shí)自動(dòng)調(diào)型的基本原理是：設(shè)定首次調(diào)型刀盤高度基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)設(shè)為X，首次調(diào)型板厚為C，之后每次自動(dòng)調(diào)型刀盤鈍邊中心對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)設(shè)為B，換板型后的板厚為D。系統(tǒng)控制程序調(diào)試時(shí)約定：刀盤升，傳感器數(shù)據(jù)增大；刀盤降，傳感器數(shù)據(jù)減小。由于林辛格銑邊機(jī)刀片長(zhǎng)度為25mm，一半為12.5mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般板厚小于11.5mm時(shí)，才使上半段和下半段刀片分開(kāi)用，板厚大于11.5mm時(shí)，直接板厚中心對(duì)刀片中心。鋼板與刀片相對(duì)位置如圖1所示。

圖1 鋼板與刀片相對(duì)位置示意圖

當(dāng)板厚＞11.5mm時(shí)，板厚中心對(duì)刀片中心，則滿足B=X+(D-C)×1 000/2(X為首次調(diào)型傳感器數(shù)據(jù))；當(dāng)板厚<11.5mm且使用上半段刀片時(shí)，鋼板下邊緣距離刀片中心1.5mm，則新板厚對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù) B=X+(D-C)×1 000/2-D/2×1 000-1.5×1 000；當(dāng)板厚<11.5mm且用下半段刀片時(shí)， 鋼板上邊緣距離刀片中心下面1.5mm，則新板厚對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)B=X+(D-C)×1 000/2+D/2×1 000+1.5×1 000。

生產(chǎn)高頻焊管時(shí)，由于不同批次的鋼管板厚不同，需要調(diào)型，自動(dòng)調(diào)型的目的是通過(guò)設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)自動(dòng)控制升降電機(jī)，使刀盤高度傳感器數(shù)據(jù)變化到(B-30，B+30)范圍內(nèi)。

1.2.2 直縫埋弧焊管自動(dòng)調(diào)型

銑X形坡口自動(dòng)調(diào)型的基本原理是：設(shè)定首次調(diào)型刀盤高度基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)設(shè)為A，首次調(diào)型板厚為C，之后每次自動(dòng)調(diào)型刀盤鈍邊中心對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)設(shè)為B，換板型后的板厚為D。

當(dāng)要求X形坡口上斜邊等于下斜邊時(shí)，B=A+(D-C)×1 000/2；當(dāng)要求X形坡口上斜邊大于下斜邊時(shí)，且上斜邊對(duì)應(yīng)的垂直高度為E時(shí)，B=A+(D-C)×1 000/2-E×1 000；當(dāng)要求 X 形坡口上斜邊小于下斜邊時(shí)，且上斜邊對(duì)應(yīng)的垂直高度為E 時(shí)，B=A+(D-C)×1 000/2+E×1 000。

生產(chǎn)直縫埋弧焊管時(shí)，由于不同批次鋼管板厚不同，需要調(diào)型，自動(dòng)調(diào)型的目的是通過(guò)設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)自動(dòng)控制升降電機(jī)，使刀盤高度傳感器數(shù)據(jù)變化到(B-30，B+30)范圍內(nèi)。

1.3 控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)和控制程序流程

銑邊機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)DP組態(tài)圖如圖2所示，控制程序總體設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖2 控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)圖

圖3 控制程序總體設(shè)計(jì)流程圖

2 控制系統(tǒng)誤差分析

為了保證刀盤銑出的坡口精度，必須對(duì)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的刀盤高度定位誤差進(jìn)行分析，確保此誤差小于0.5mm。經(jīng)分析，該誤差主要有兩方面：一是控制系統(tǒng)發(fā)出電機(jī)停轉(zhuǎn)命令時(shí)，電機(jī)抱閘從接收命令到完全抱住電機(jī)轉(zhuǎn)軸中間有個(gè)延時(shí)，這個(gè)延時(shí)所產(chǎn)生的誤差；二是系統(tǒng)在位移移動(dòng)控制程序中，由設(shè)定的“允許行走到位范圍”產(chǎn)生的誤差。

2.1 電機(jī)控制抱閘延時(shí)產(chǎn)生的的誤差

圖4為銑邊機(jī)控制系統(tǒng)減速示意圖?？刂葡到y(tǒng)選用電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 380r/min，一級(jí)減速比為28.73，二級(jí)減速比為24。B處轉(zhuǎn)動(dòng)24圈，渦桿C處升降10mm，即B處轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，C處升降0.42mm。

圖4 控制系統(tǒng)減速示意圖

查詢SEW電機(jī)抱閘參數(shù)表格，可得PLC發(fā)出抱閘動(dòng)作指令到抱閘完全釋放時(shí)間為55ms，下面計(jì)算這55ms內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)在C處產(chǎn)生的位移量。

2.1.1 額定轉(zhuǎn)速

電機(jī)1s轉(zhuǎn)動(dòng)23轉(zhuǎn)，到B處為0.80轉(zhuǎn)，到C處的位移量是0.34mm；電機(jī)55ms內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)1.6轉(zhuǎn)，到B處為0.05轉(zhuǎn)，到C處的位移量是0.017mm。

2.1.2 變頻至50％額定轉(zhuǎn)速

電機(jī)1s轉(zhuǎn)動(dòng)11.5轉(zhuǎn)，到B處為0.40轉(zhuǎn)，到C處的位移量是0.17mm；電機(jī)55ms內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)0.8轉(zhuǎn)，到B處為0.025轉(zhuǎn)，到C處的位移量是0.008 5mm。

2.2 程序控制產(chǎn)生的誤差

由于1mm對(duì)應(yīng)傳感器的數(shù)字量是1 000，定位時(shí)若直接設(shè)置為預(yù)想距離對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)字量X，則停止位置對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)字量會(huì)稍大于X，同時(shí)系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)回退，這樣有可能會(huì)導(dǎo)致傳感器對(duì)應(yīng)的數(shù)字量稍小于X，從而使控制系統(tǒng)來(lái)回?cái)[動(dòng)。為避免這一現(xiàn)象，借鑒德國(guó)設(shè)計(jì)方法，對(duì)于定位問(wèn)題，設(shè)置一個(gè)數(shù)字量范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)就會(huì)認(rèn)為走到位。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，認(rèn)為數(shù)字量X在±30范圍內(nèi)波動(dòng)，效果較好，也就是誤差±0.03mm。

綜合以上兩方面的誤差，刀盤垂直升降誤差一般小于0.05mm，滿足工藝要求的誤差范圍。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)

3.1 林辛格銑邊機(jī)刀盤升降裝置設(shè)計(jì)

圖5為刀盤升降裝置示意圖。升降機(jī)架與電機(jī)、蝸輪蝸桿升降機(jī)固定在一起，當(dāng)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)過(guò)減速機(jī)后,在連桿的作用下，兩個(gè)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，以確保動(dòng)作的一致性。 蝸輪蝸桿的輸出端為絲桿傳動(dòng)，絲母安裝在固定滑板上，在左右兩端導(dǎo)向滑槽的作用下，整個(gè)升降機(jī)架兩端同步沿著固定滑板兩端同時(shí)垂直升降，實(shí)現(xiàn)了機(jī)架的自由升降與定位，并且減少了故障率，提高了維修效率。

圖5 刀盤升降裝置設(shè)計(jì)示意圖

3.2 銑邊機(jī)浮動(dòng)仿形輥設(shè)計(jì)

圖6 為銑邊機(jī)浮動(dòng)仿形輥示意圖。仿形輥設(shè)有輔助輥，輔助壓輥半徑比中間壓輥半徑小4mm，當(dāng)帶鋼行走時(shí)，先經(jīng)過(guò)輔助壓輥，由于輔助壓輥直徑小，所以會(huì)與帶鋼有4mm間隙，當(dāng)帶鋼產(chǎn)生波浪彎曲且波峰＜4mm時(shí)，帶鋼仍將繼續(xù)通過(guò)；而波峰＞4mm時(shí)，機(jī)架兩側(cè)壓緊油缸與機(jī)架自身產(chǎn)生的質(zhì)量可以把波峰壓低直到＜4mm，使鋼板順利通過(guò)，這樣就不會(huì)發(fā)生提前仿形而影響坡口質(zhì)量的問(wèn)題。當(dāng)鋼板波浪彎曲行走到工作壓輥時(shí)，銑邊機(jī)的仿形功能會(huì)隨鋼板波浪一起浮動(dòng)仿形，這樣鋼板就不會(huì)銑削出鋸齒狀坡口。

圖6 銑邊機(jī)浮動(dòng)仿形輥設(shè)計(jì)示意圖

3.3 鐵屑擋板的設(shè)計(jì)

圖7 為鐵屑擋板示意圖，鐵屑擋板與升降滑板固定實(shí)現(xiàn)柔性連接，鐵屑擋板既可以與升降滑板同步升降，也可以與鋼板波浪一同升降，這樣就可以把鐵屑灰塵擋在一側(cè)，更有效地防止壓輥與滑槽卡死。該滑板式銑邊機(jī)壓輥裝置適用于鐵屑、灰塵、油污較多且鋼板變形量大的工作環(huán)境。

圖7 鐵屑擋板設(shè)計(jì)示意圖

4 銑邊機(jī)改造結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述對(duì)林辛格高頻焊銑邊機(jī)進(jìn)行的一系列設(shè)計(jì)和改造，銑出的埋弧焊X形坡口和高頻焊鈍邊坡口如圖8和圖9所示。

圖8 改造后的銑邊機(jī)銑出的直縫埋弧焊X形坡口

圖9 改造后的銑邊機(jī)銑出的高頻焊鈍邊坡口

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)高頻焊林辛格銑邊機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，針對(duì)不足，自行設(shè)計(jì)了刀盤垂直移動(dòng)結(jié)構(gòu)、仿形輥及鐵屑擋板，現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行效果較好，解決了原銑邊機(jī)使用過(guò)程中出現(xiàn)的換刀繁瑣問(wèn)題，改造后的銑邊機(jī)不僅能銑出需要的高頻鈍邊坡口，也能銑出直縫埋弧焊X形坡口，可為國(guó)內(nèi)焊管主機(jī)生產(chǎn)線的改造提供幫助。

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Modification Discussion of High Frequency Welding(HFW)Linsinger Edge Milling Machine

CHEN Liang,HU Yixin,LIU Yan
(SINOPEC Oil Engineering Machinery Co.,Ltd.Shashi Steel Pipe,Jingzhou 434001,Hubei,China)

In order to obtain X groove required in SAWL pipe production by using HFW Linsinger edge milling machine,and solve the complicated problems of changing carbide tips,the HFW Linsinger edge milling machine was modified.It designed the cutter disc height automatically adjustable type system,the cutting disc vertical movement structure,profiling roll and scrap iron plate.The practice indicated that the modified edge milling machine can solve such complicated problems of changing carbide tips,it not only can mill out high frequency root face groove,but also mill out SAWL pipe X groove with high quality.

Linsinger;milling machine;high frequency welding(HFW);groove

TG506.7

B

1001-3938(2015)02-0051-04

陳亮(1986—)，男，電氣助理工程師，主要從事焊管行業(yè)電氣控制方面的設(shè)計(jì)工作。

2014-09-21

黃蔚莉

中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼管分會(huì)六屆三次會(huì)員大會(huì)勝利召開(kāi)

中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼管分會(huì)六屆三次會(huì)員大會(huì)于2015年1月30日—2月2日在哈爾濱召開(kāi)。來(lái)自鋼管分會(huì)會(huì)員單位代表和新申請(qǐng)入會(huì)單位代表共計(jì)100余人參加了會(huì)議。中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)遲京東、中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)原秘書(shū)長(zhǎng)劉萬(wàn)忠蒞臨會(huì)議。中國(guó)冶金報(bào)、世界金屬導(dǎo)報(bào)、 《焊管》期刊社、中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)信息中心等相關(guān)媒體單位代表列席會(huì)議。

中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼管分會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)莊鋼主持大會(huì)。首先黑龍江建龍鋼鐵有限公司總經(jīng)理魏國(guó)棟致歡迎辭，中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)原秘書(shū)長(zhǎng)劉萬(wàn)忠發(fā)表祝賀講話。大會(huì)聽(tīng)取了鋼管分會(huì)理事長(zhǎng)李強(qiáng)作的《適應(yīng)“新常態(tài)”，開(kāi)創(chuàng)新局面，努力提高我國(guó)鋼管工業(yè)的發(fā)展質(zhì)量和效益》工作報(bào)告；邀請(qǐng)了中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)遲京東作《鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與環(huán)境保護(hù)潛在風(fēng)險(xiǎn)分析》形勢(shì)報(bào)告；黑龍江建龍鋼鐵有限公司副總經(jīng)理姚本金就該企業(yè)機(jī)組先進(jìn)技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)行了介紹；中信微合金技術(shù)中心和燕山大學(xué)就鈮微合金化技術(shù)在無(wú)縫鋼管領(lǐng)域研究和應(yīng)用的新進(jìn)展進(jìn)行了交流；“我的鋼鐵網(wǎng)”資訊總編汪建華作《產(chǎn)經(jīng)形勢(shì)分析與展望》市場(chǎng)形勢(shì)分析。最后，與會(huì)代表就會(huì)議報(bào)告及相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了熱烈的討論，并提出了很好的建議。

與會(huì)代表一致認(rèn)為，目前我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新的歷史發(fā)展階段，會(huì)員企業(yè)一定要適應(yīng)新常態(tài)的要求，改變過(guò)去要產(chǎn)量和追求規(guī)模的發(fā)展理念，應(yīng)從管理上下功夫，走綠色發(fā)展之路，向管理要效益；企業(yè)對(duì)困境要理性分析，對(duì)未來(lái)要充滿希望；呼吁鋼管分會(huì)利用協(xié)會(huì)的平臺(tái)及號(hào)召力，對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行理性的分析，并對(duì)與下游用戶進(jìn)行交流，形成正能量的舉措；建議鋼管分會(huì)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，利用對(duì)本行業(yè)的了解和對(duì)下游行業(yè)的了解，給會(huì)員企業(yè)多提供在新品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方面的意見(jiàn)和建議，避免企業(yè)盲目投資發(fā)展；會(huì)員企業(yè)在產(chǎn)品出口過(guò)程中，一方面要了解出口地區(qū)的經(jīng)濟(jì)及政治形勢(shì)，規(guī)避出口風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也要以質(zhì)取勝，靠產(chǎn)品質(zhì)量和信譽(yù)占領(lǐng)市場(chǎng)，不能謀一己之利影響中國(guó)鋼管企業(yè)的對(duì)外形象；希望鋼管分會(huì)多組織與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的交流與學(xué)習(xí)，汲取成功經(jīng)驗(yàn)。

會(huì)議初步確定鋼管分會(huì)六屆四次理事(擴(kuò)大)會(huì)議于2015年9月在天津召開(kāi)。

(李超 報(bào)道)