異形管件內(nèi)涂層烘爐新型輸送機構(gòu)

黎旭穎，馬宏亮，高斐然

（1 奧藍特（天津）科技發(fā)展有限公司，天津 300350；2.天津福臻工業(yè)裝備有限公司，天津 300350）

在石化行業(yè)內(nèi)，大量內(nèi)部有防腐涂層輸送管件用于各種生產(chǎn)設施中，管件在其內(nèi)部防腐涂層生產(chǎn)的過程中需要在管件內(nèi)部噴涂液體涂料或粉末涂料之前或者之后進入烘爐內(nèi)低溫烘烤，完成內(nèi)部涂層的烘干和固化。隨著對多品種異形內(nèi)涂層管件需求的增加，特別是國際上對彎頭、變徑和三通等內(nèi)涂層管件的訂單成倍增長，促使這類品種規(guī)格較多、形狀多樣的管件內(nèi)涂層加熱烘烤的生產(chǎn)工藝發(fā)生變革。以往應對多規(guī)格、異形內(nèi)涂層件的噴涂過程中的加熱烘烤以完成管件的噴涂前預熱或噴涂后固化的工藝設備都是通過間歇周期式加熱烘烤爐來實現(xiàn)的，這類周期烘烤加熱爐主要有兩種型式：一種是固定爐底室式爐，另一種是活動車底室式爐。這兩種室式烘烤爐均配置管件拾取機械手，機械手或伸入爐內(nèi)裝料和取料，或在開出爐外的臺車上面裝料和取料。雖然這兩種烘烤爐的裝料和取料的位置不一樣，但從熱工工藝角度而言，它們都是間歇式的周期爐，即管件預熱和固化是按批次呈周期性進行的。在管件烘烤的一個周期內(nèi)，烘烤爐的運行是必須有管件出爐拾取前的升溫、 保溫，還要有降溫、管件入爐的工藝過程。因此使用這類周期烘烤爐完成管件的預熱和固化工藝，必然存在生產(chǎn)效率偏低、單位爐底面積產(chǎn)能低、能源消耗高等缺陷，要想徹底解決必須采用連續(xù)式烘烤爐實施管件的預熱和固化。為此目的，這種連續(xù)式烘烤爐的連續(xù)輸送機構(gòu)需要滿足多品種異形管件在尺寸和形狀方面的多樣性，采用新型承托鏈條；為保證管件出爐后保持較高溫度以滿足噴涂工藝要求，常規(guī)管件自動快速出料機構(gòu)[1]無法用于異形管件的出爐操作，而采用輸送鏈板雙向快速往復運行方式則可以有效解決。

為從根本上解決異形管件內(nèi)涂層連續(xù)烘烤爐輸送存在的難題，提高產(chǎn)品產(chǎn)量、降低能耗，借鑒涂裝機械化、工業(yè)爐輸送等領域的設計理念和實施工藝[2-5]，我們開發(fā)研制了專門針對多品種異形內(nèi)涂層管件噴涂生產(chǎn)工藝應用的一種新型連續(xù)式烘爐輸送機構(gòu)。本文論述的是這種新型烘爐輸送機構(gòu)的功能特點、結(jié)構(gòu)組成、工作原理和應用實例。

1 新型內(nèi)涂層烘爐輸送機構(gòu)功能特點及實際應用

1.1 功能特點

如圖1 所示，新型內(nèi)涂層烘爐輸送機構(gòu)主要由輸送鏈板裝置、 鏈條驅(qū)動裝置、 電控裝置等部分組成，其功能是輸送鏈板裝置承載各種規(guī)格的異形管件，在烘爐內(nèi)按照設定的生產(chǎn)節(jié)拍沿出管方向間斷運動完成加熱升溫，在管件出爐時輸送鏈條能夠快速向爐外運行，隨后管件馬上被機械手拾取，此后輸送鏈板能夠快速朝著爐內(nèi)反向運行使得后續(xù)管件回到爐內(nèi)，在達到并保持較高溫度后再出爐。輸送鏈板上面管件的前后運行距離，由爐內(nèi)、爐外光電檢測開關(guān)采集管件位置并傳輸給PLC 進行自動程序控制，實現(xiàn)異形管件加熱及快速出爐的自動控制，運行狀態(tài)可以在觸摸屏上顯示并有指示燈提示。

圖1 新型內(nèi)涂層烘爐輸送機構(gòu)外形圖

1.2 實際應用

多套應用于國外中東沙特、 阿聯(lián)酋等國家管件涂層公司多規(guī)格異形管內(nèi)涂層連續(xù)烘烤預熱爐（小時最大產(chǎn)量100 只，最大產(chǎn)量8 t），產(chǎn)品種類有彎管和三通，產(chǎn)品規(guī)格Φ168～610 mm。輸送機構(gòu)使用效果達到預期，實現(xiàn)異形管快速、穩(wěn)定、安全出爐，提高了設備產(chǎn)能、降低能源消耗、保證產(chǎn)品質(zhì)量。以此新型輸送機構(gòu)為創(chuàng)新點的異形管件內(nèi)涂層烘爐的使用不僅為國外用戶帶來了可觀的經(jīng)濟效益，也為研制單位拓寬了工藝及設備的應用市場。

2 新型內(nèi)涂層烘爐輸送機構(gòu)組成及運行

2.1 輸送鏈板裝置組成及運行

如圖2 所示，承托管件的輸送鏈板通過鏈條齒形咬合與出爐側(cè)主動鏈輪和導向鏈輪、 進爐側(cè)主動鏈輪和導向鏈輪上部安裝在一起，上層輸送鏈條底部與安裝承托縱梁上面的上導軌接觸、 上層輸送鏈條底部與安裝地面上的下導軌接觸。出爐側(cè)支架、進爐側(cè)支架分別用來安裝和固定各自的主動鏈輪、支承的立柱、橫梁、縱梁用來承托管件及輸送鏈板的向下載荷。根據(jù)內(nèi)涂層烘爐的長度需求和出爐側(cè)、進爐側(cè)的管件存放空間工藝要求，確定進出爐兩側(cè)主動鏈輪的中心距和與烘爐的定位要求，最終確定輸送鏈板裝置的長度尺寸及相關(guān)長度及高度結(jié)構(gòu)尺寸。當管件需要向出爐方向運行時，出爐側(cè)主動鏈輪帶動輸送鏈板逆時針轉(zhuǎn)動，進爐側(cè)鏈輪則為從動鏈輪；當管件需要向進爐方向運行時，則由進爐側(cè)主動鏈輪帶動輸送鏈板順時針轉(zhuǎn)動，出爐側(cè)鏈輪則改為從動鏈輪。就這樣通過輸送鏈板帶動異形管件沿著烘爐出爐和進爐方向交替變換，異形管件不斷出爐被機械手拾取，輸送鏈板承托管件實現(xiàn)爐內(nèi)加熱、保溫和出爐的快速運行以及管件返回爐內(nèi)保溫的快速反向運行，最終完成異形管件涂層預熱烘烤和高溫出爐工藝過程。

圖2 新型烘爐輸送機構(gòu)鏈板裝置組成圖

如圖3 所示，新型輸送鏈板由兩側(cè)滾動鏈條、鏈條內(nèi)側(cè)安裝翼板和中間管件承托梁通過標準緊固件安置成為一體的“履帶式”鏈板，管件承托梁采用方形鋼管結(jié)構(gòu)，其長度和間距考慮到異形管件的規(guī)格形狀設計確定。考慮到處理的內(nèi)涂層異形管件規(guī)格較多，尤其是長度方向差異較大，將鏈板分成三排布置安裝、準確計算布置間距，按照異形管件長度方向分為三個系列在鏈板上面合理排布。這樣就可以在盡量多的排布異形管件的前提下，保證管件運動時非?！捌椒€(wěn)”、不會發(fā)生“竄動”，既可以滿足產(chǎn)品規(guī)格較多的需求、提高烘爐輸送機構(gòu)的生產(chǎn)效率，又方便鏈板自身組裝和就位、提高機械運行的可靠性。

2.2 鏈條驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)和運行

圖3 新型輸送鏈板結(jié)構(gòu)及安裝圖

如圖4 所示，新型鏈條驅(qū)動裝置安裝在輸送鏈板裝置的一側(cè)位置上，在進爐側(cè)及出爐側(cè)位置上均安裝減速機、離合器和傳動三個單元。減速機單元包括：電機-減速機、固定支架、定位板、輸出鏈輪以及安裝緊固件等；離合器單元包括：電磁離合器、兩級鏈輪、鏈輪軸、固定軸承、固定支架、定位板、輸出鏈輪以及安裝緊固件等；傳動單元包括：輸送鏈輪、鏈輪軸、固定軸承、定位板以及安裝緊固件等。出爐側(cè)和進爐側(cè)均通過兩套鏈條將動力傳輸給各自的輸送鏈輪主動軸上，驅(qū)動輸送鏈板裝置沿著兩個正反方向運行，需要注意的是兩套動力傳輸不能同時輸入到各自一側(cè)輸送鏈輪主動軸上，必須由電磁離合器控制，只能傳輸給一側(cè)鏈輪的動力。

圖4 新型鏈條驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)組成圖

新型鏈條驅(qū)動裝置的驅(qū)動原理如圖5 所示，減速機輸出動力使其輸出軸上安裝的減速機鏈輪高速轉(zhuǎn)動，然后通過高速鏈條帶動離合器傳動軸上安裝的離合器鏈輪旋轉(zhuǎn)，再通過低速鏈條帶動輸送鏈輪低速轉(zhuǎn)動，將驅(qū)動力傳給鏈輪主動軸帶動出爐側(cè)主動鏈輪或者進爐側(cè)主動鏈輪轉(zhuǎn)動。如前所述驅(qū)動力只能傳輸?shù)絾我坏尿?qū)動鏈輪上面，或者是出爐側(cè)鏈輪、或者是進爐側(cè)鏈輪，電磁離合器完成驅(qū)動力的傳輸需要兩個膜片的“吸合”來實現(xiàn)。如圖6 所示，進爐側(cè)和出爐側(cè)的離合器單元中的每套電磁離合器兩側(cè)通過傳動軸各自連接一個鏈輪，以完成減速機驅(qū)動力的傳輸控制，當離合器通電后膜片“吸合”，兩側(cè)的鏈輪軸成為一體、兩個鏈輪可以同步轉(zhuǎn)動；當離合器斷電后膜片“斷開”，兩側(cè)是鏈輪軸分開、兩個鏈輪不能同步轉(zhuǎn)動，驅(qū)動傳輸就切斷了。當鏈條驅(qū)動裝置由出爐側(cè)減速機提供動力時，出爐離合器接通，管件沿出爐方向運行；當鏈條驅(qū)動裝置由進爐側(cè)減速機提供動力時，進爐離合器接通，管件沿進爐方向運行；出爐側(cè)和進爐側(cè)電磁離合器必須和各自連接的驅(qū)動減速機處于相同的啟動或關(guān)閉狀態(tài)，這樣才可以保證新型鏈條驅(qū)動裝置始終處于可靠、安全的運行狀態(tài)。

圖5 鏈條驅(qū)動原理圖

圖6 驅(qū)動離合切換圖

2.3 鏈條驅(qū)動裝置自動控制原理

鏈條驅(qū)動裝置需要根據(jù)管件的進出爐工藝來實施自動控制，首先管件要在進爐側(cè)朝著出爐側(cè)方向運行，然后依據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍快速移動一段距離后停下，間隔一段時間后再快速向出爐側(cè)移動一段距離后又停下，多次間歇運動直到管件到達出爐側(cè)爐內(nèi)檢測工位，接下來進行管件出爐運行。當出爐側(cè)外拾取工位檢測“空位”時，管件快速沿出爐側(cè)方向運行出爐并到達爐外拾取工位停下，該工位檢測“占位”。上述過程驅(qū)動裝置一直是由出爐側(cè)減速機帶動出爐側(cè)鏈輪轉(zhuǎn)動，管件朝著出爐側(cè)運行的，出爐側(cè)減速機及電磁離合器或啟動或關(guān)閉。當爐外拾取工位的管件被機械手取走后，該工位檢測又成為“空位”，此時管件就要朝著進爐方向反向運行，即進爐側(cè)減速機帶動進爐側(cè)鏈輪轉(zhuǎn)動；當出爐側(cè)爐內(nèi)檢測工位檢測“占位”時，進爐側(cè)減速機停止轉(zhuǎn)動，管件停止運行。由于每次管件的出爐和進爐來回運動中，出爐側(cè)運行距離總是多于進爐側(cè)運行距離，所以最終結(jié)果是輸送鏈板帶著管件沿出爐方向完成加熱及快速出爐工藝的。

在此過程中管件的位置檢測非常關(guān)鍵，爐外拾取工位和爐內(nèi)到位檢測是實現(xiàn)驅(qū)動裝置切換運行的前提，另外為保證管件出爐、進爐運行的安全，還在出爐側(cè)鏈條端部和進爐側(cè)鏈條端部也設置位置“超限”檢測光電開關(guān)。檢測開關(guān)均選用進口紅外線光電檢測開關(guān)，以保證位置檢測以及驅(qū)動運行的可靠性。管件快速運行沖擊力較大、 啟動和制動需要在較短時間完成，為此對減速機采用變頻控制，選用進口電機和變頻控制器，實現(xiàn)減速機啟動、 制動的程序控制。電磁離合器“吸合”與“斷開”的切換與對應的減速機同步進行，由PLC 可編程序控制器輸出控制。同時PLC 還可以根據(jù)不同規(guī)格管件的排列方式，結(jié)合檢測信號的差異點編制不同的自動控制程序，實現(xiàn)多種規(guī)格異形管件的內(nèi)涂層噴涂預熱生產(chǎn)工藝。

3 結(jié)語

針對異形內(nèi)涂層管件生產(chǎn)連續(xù)烘爐研制的新型烘爐輸送機構(gòu)，采用多條履帶式輸送鏈板承托多種規(guī)格的異形管件，輸送鏈板的轉(zhuǎn)動由安裝在烘爐出爐側(cè)和進爐側(cè)的驅(qū)動裝置帶動對應的輸送鏈輪轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，輸送鏈板的運動方向由兩套驅(qū)動裝置的減速機電機和電磁離合器來控制。異形管件的運行狀態(tài)通過烘爐內(nèi)、 外設置的光電開關(guān)檢測并輸入到PLC 可編程序控制器中判定，然后輸出控制驅(qū)動減速機電機和電磁離合器的“開啟”和“關(guān)閉”，管件進、出烘爐的整個過程可以實現(xiàn)全自動程序控制，運行狀態(tài)可以在觸摸屏上顯示并有指示燈提示運行步驟。由實際應用效果證明：這種新型烘爐輸送機構(gòu)在實際生產(chǎn)中運行穩(wěn)定、快速、可靠，不僅提高了多規(guī)格異形管件涂層的生產(chǎn)效率，而且還降低了能源消耗及生產(chǎn)成本，其結(jié)構(gòu)和原理可以在本行業(yè)和其他相關(guān)行業(yè)推廣和應用。