中頻加熱彎管在氣力輸送換向器中的改進(jìn)應(yīng)用

姜志華

（丹東東方測控技術(shù)股份有限公司，遼寧 丹東 118300）

0 引言

管道物料輸送技術(shù)是典型的物流系統(tǒng)之一，是物流技術(shù)中一個重要組成分支，其中氣力輸送是通過有壓氣體作為動力，將松散物料或者容器等物品通過管道輸送到目的地的方法[1]。類似于火車軌道的換向機(jī)構(gòu)，換向器作為氣力輸送關(guān)鍵設(shè)備之一，能夠?qū)崿F(xiàn)氣力輸送管道的換向切換功能，并能夠保證換向后管道的密封和配合精度，換向器內(nèi)需要S形彎管實現(xiàn)換向功能，且為實現(xiàn)管道內(nèi)物料或容器的平穩(wěn)順利通過，需要保證S形彎管內(nèi)部無凸起變形等缺陷。中頻加熱S形彎管（以下簡稱彎管）是由中頻彎管機(jī)加工而成的一種自動化生產(chǎn)的彎管，其具有內(nèi)外無焊渣焊縫等凸起、曲率固定過渡平滑等優(yōu)點，但是這種S形彎管中心距誤差為±5 mm，不滿足換向器對彎管精度±0.2 mm的要求，因此需要對彎管在換向器內(nèi)的安裝進(jìn)行改進(jìn)，以滿足安裝精度的要求。

1 管道物料輸送技術(shù)在水泥方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國普遍應(yīng)用的水泥工藝大部分是新型干法水泥生產(chǎn)工藝，水泥生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品質(zhì)量（如生料熟料等）直接影響生產(chǎn)過程控制的主要參數(shù)和最終水泥產(chǎn)品的合格率?，F(xiàn)今水泥質(zhì)量控制的主要方式是由崗位操作工人在生料、熟料、水泥磨等取樣點進(jìn)行定點定時取樣，由崗位工人送到實驗室，實驗室人員進(jìn)行人工研磨壓片，然后進(jìn)行熒光、衍射、粒度等參數(shù)的測定和化驗，反映取樣點位置樣品的元素指標(biāo)，據(jù)此計算出水泥生產(chǎn)流程中的各項指標(biāo)，為配料站人員進(jìn)行配料調(diào)整提供依據(jù)，從而控制整個生產(chǎn)過程的生產(chǎn)質(zhì)量。

李高偉等[2]介紹了自動取樣器在新型干法水泥企業(yè)中的工作原理，并介紹了設(shè)備配置、安裝調(diào)試等內(nèi)容，并指出傳統(tǒng)取樣方式和取樣器結(jié)構(gòu)原理的優(yōu)點是比較簡單、操作較為方便，缺點是需要人工全程操作。自動取樣器要求比較高，雖一次性投入略大，安裝調(diào)試難度比較高，但自動化程度比較高，可以節(jié)省人力、物力資源，降低工人的勞動強(qiáng)度。同時，自動取樣器由系統(tǒng)自動控制，受人為影響因素小，取樣頻率準(zhǔn)確，樣品的代表性高。

針對水泥質(zhì)量控制過程中存在的人工取樣、送樣、化驗過程中存在的樣品滯后和勞動強(qiáng)度大等問題，某些廠商（主要是國外廠商）研發(fā)出水泥自動質(zhì)量控制系統(tǒng)，其主要功能是現(xiàn)場由取樣器自動取樣，樣品由管道物料輸送系統(tǒng)發(fā)送到實驗室，在實驗室進(jìn)行自動研磨壓片后，通過自動分析儀、衍射儀、粒度儀檢測，檢測數(shù)據(jù)自動上傳至控制系統(tǒng)，參與配料控制，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

為了將現(xiàn)場樣品快速準(zhǔn)確地送到實驗室，需要一整套管道物料輸送系統(tǒng)，氣動管道物流傳輸系統(tǒng)以壓縮空氣為動力，在密閉的管道中驅(qū)動傳輸載體傳送物品。換向器是氣動管道物流傳輸系統(tǒng)的主要部件之一，是將多條傳輸管道互相導(dǎo)通的裝置，通過管路的切換實現(xiàn)管道內(nèi)載體傳輸方向的改變，任意選擇傳輸?shù)穆窂胶湍康牡?。氣動管道物料傳輸系統(tǒng)包括了取樣器、發(fā)送站、接收站、管道、風(fēng)機(jī)、樣品罐、管道換向器和其他附屬部件，其中管道換向器能夠?qū)崿F(xiàn)管路由2路或2路以上向1路合并的功能，為實現(xiàn)這一目的，需要設(shè)計一段合理的彎管段，一端為固定端，另一端為多向端，彎管能以固定端為中心經(jīng)電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，多向端連接有不同方向的管路，實現(xiàn)管路的多對一。為了保證管道系統(tǒng)的密封和樣品罐的傳輸無卡頓現(xiàn)象，彎管優(yōu)選沒有焊口的一體成型中頻加熱S形彎管。

2 中頻加熱S形彎管產(chǎn)品的問題

中頻加熱液壓推進(jìn)彎管機(jī)主要由搖臂回轉(zhuǎn)裝置、搖臂驅(qū)動裝置、導(dǎo)向裝置、小車推進(jìn)裝置、預(yù)壓緊裝置、夾緊頭裝置、感應(yīng)加熱圈移動裝置、中頻加熱電源與冷卻器、小車推進(jìn)液壓系統(tǒng)、馬達(dá)驅(qū)動液壓系統(tǒng)、搖臂夾緊頭夾緊扣和拖板滑臺夾緊液壓系統(tǒng)[3]等組成。

中頻彎管時，中頻彎管機(jī)采用中頻電感應(yīng)加熱，在局部加熱的條件下對鋼管進(jìn)行彎制。中頻彎管的過程是在鋼管待彎部分套上感應(yīng)線圈，用機(jī)械轉(zhuǎn)臂卡住管頭，在感應(yīng)圈中通入中頻加熱電流以加熱鋼管，當(dāng)鋼管溫度升高到塑性狀態(tài)時，在鋼管后端用機(jī)械力推力推進(jìn)，進(jìn)行彎制，彎制出的鋼管部分迅速用冷卻劑進(jìn)行冷卻，邊加熱，邊推進(jìn)，邊彎制，邊冷卻，不斷將鋼管彎制出來。彎管機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：彎曲半徑為650～4500 mm，彎曲速度為0.2～8.0 mm/s,彎曲角度為0°～180°。

該生產(chǎn)工藝的特點是：保證生產(chǎn)過程中彎管壁厚基本不變化，彎曲半徑一致，在生產(chǎn)各類單向彎頭時，可以通過控制裝夾位置等工藝參數(shù)，使彎管各項參數(shù)保持大致穩(wěn)定。

在生產(chǎn)S形彎管的過程中，由于彎管機(jī)只能朝某固定方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臂，需要在彎制一段彎管后將設(shè)備暫停，通過將鋼管旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行二次裝夾，再彎制第二段彎管，二次裝夾使鋼管位置、加熱位置、轉(zhuǎn)臂位置都更換了位置，導(dǎo)致中頻加熱S形彎管產(chǎn)品尺寸出現(xiàn)了誤差。S形彎管加工中的主要誤差如圖1所示。

圖1 彎管加工誤差圖

如圖1所示，彎管加工后主要參數(shù)誤差為彎管長度L、彎管中心距d、彎管端部平行度偏差α。彎管長度L一般偏大，主要是因為生產(chǎn)彎管所需原料直管下料精度不夠，每次下料都需要為后續(xù)加工留有余量，長度一般比實際尺寸偏大5～10 mm。彎管中心距d常常存在加工偏差P，其產(chǎn)生原因為：由于中頻彎管機(jī)在加工彎管時需要二次裝夾，導(dǎo)致彎管中段距離由于裝夾位置不同而產(chǎn)生誤差。該誤差由于不同加工人員操作習(xí)慣不同，誤差大小也有不同，總體誤差水平在±5 mm以內(nèi)，呈正態(tài)分布。實際使用中發(fā)現(xiàn)，中心距誤差P整體偏大。彎管端部平行度偏差α產(chǎn)生原因有兩種：1）由于機(jī)械臂二次裝夾位置不同，彎管彎曲角度不足或過量，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生；2）由于彎管在加熱、冷卻、長時間存放過程中的時效變形，該偏差同時也會對中心距誤差產(chǎn)生影響。

以上總結(jié)了中頻加熱彎管機(jī)容易產(chǎn)生的誤差原因和現(xiàn)象，其中某些誤差可以通過二次精加工進(jìn)行部分修正，為后續(xù)的產(chǎn)品成型和使用提供前提條件。

針對彎管長度L誤差，可以在彎管經(jīng)過時效處理且長度穩(wěn)定后，通過把彎管頭部線切割到指定長度的方法處理。針對彎管端部平行度偏差α，同樣可以在彎管時效處理后對切割后的彎管頭部進(jìn)行修平處理。在彎管時效處理后，彎管中心距誤差P一般偏大，首先需要根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行篩選，將誤差P超過5 mm的彎管產(chǎn)品進(jìn)行二次彎管矯正，將符合誤差范圍的彎管進(jìn)行端部修平處理。

3 換向器內(nèi)彎管的安裝

換向器是氣力輸送系統(tǒng)中重要的一環(huán)，具有將管道由多路變?yōu)橐宦返墓δ?，它對管道和S形彎管提出了極高的要求，要求二者準(zhǔn)確對齊，并且要保證運行管道的密封狀態(tài)，防止由于氣壓損失導(dǎo)致的樣品傳輸速度下降或樣品罐卡頓等問題。

為了實現(xiàn)換向器的換向功能，保證樣品罐在經(jīng)過換向器的時候不卡頓，要求S形彎管和換向器各管路有足夠的配合精度。經(jīng)過精密加工后，消除了彎管長度誤差和端部平行度偏差，但中心距仍有5 mm以內(nèi)的中心距偏差P，而換向器所需安裝精度需要誤差小于0.2 mm，以保證管道內(nèi)容器的順利通過，所以仍需對換向器進(jìn)行設(shè)計改造，以適應(yīng)彎管中心距偏差P。換向器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 換向器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

換向器主要由箱體、彎管、多向端接頭、單向端接頭、旋轉(zhuǎn)板及彎管驅(qū)動電動機(jī)等組成。S形彎管通過軸承安裝在箱體上，一端為固定端，通過O形圈和單向端接頭密封；另一端為活動端，和旋轉(zhuǎn)板相連。在電動機(jī)的驅(qū)動下，通過齒輪傳動，S形彎管能夠以固定端為軸心進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的具體角度由電動機(jī)和編碼器進(jìn)行控制，保證旋轉(zhuǎn)角度的穩(wěn)定，S形彎管的活動端帶動旋轉(zhuǎn)板同樣沿軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，多向端接頭上安裝有密封壓板，多向端接頭和密封壓板通過O形圈進(jìn)行密封，同時密封壓板和箱體之間安裝有壓簧，保證密封壓板能夠貼合旋轉(zhuǎn)板，通過機(jī)械密封的方式保證管道密封。換向器運行到多向端不同接頭處時，需要保證密封壓板貼合旋轉(zhuǎn)板，同時要保證多向端接頭和彎管活動端同軸，以保證樣品罐能夠順利通過管道而不產(chǎn)生磕碰或大幅度降速。整個換向過程由PLC自動控制，并且與上位機(jī)系統(tǒng)實時通信，保證了換向的實時性和準(zhǔn)確性，并且實現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)度控制和實時準(zhǔn)確，換向器內(nèi)部安裝有手動調(diào)試模塊，可以在檢修時由檢修人員切換成手動模式進(jìn)行手動換向控制。

在彎管安裝到換向器內(nèi)部后，由于長度和端部平行度偏差已經(jīng)被修正，影響彎管安裝精度的主要問題是中心距偏差導(dǎo)致的彎管和多向端接頭無法準(zhǔn)確對齊，而該偏差只會影響與彎管方向平面上下方向的距離。因此可以對安裝方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將多向端接頭固定方式由4個固定螺栓改為4個型孔固定，并在箱體適當(dāng)位置留有調(diào)整間隙，使其能夠沿中心距偏差方向調(diào)整安裝距離，該安裝距離調(diào)整可以適當(dāng)補(bǔ)償并調(diào)整彎管中心距誤差，安裝時通過粗略校準(zhǔn)的方式將多向管與彎管一端對齊，并且在鎖緊螺母前用與管內(nèi)直徑幾乎相同的通規(guī)檢測彎管和多向端接頭，保證二者的同心度，并且在鎖緊安裝螺母后再抽出通規(guī)，就能夠使彎管和接頭同心，在保證管道密封的同時使管道內(nèi)樣品罐順利通過。

在換路器多向端管路安裝方式改進(jìn)以前，由于中心距誤差導(dǎo)致的S形彎管的合格率一直在50%左右，對產(chǎn)品的整體生產(chǎn)和交貨期產(chǎn)生了不利影響，通過對換向器彎管安裝方式的調(diào)整，使得換向器對不同彎管的安裝適應(yīng)性顯著提高，將彎管的一次生產(chǎn)合格率從50%左右提高到80%以上，大幅度降低了生產(chǎn)換向器的生產(chǎn)成本和返修率。

4 結(jié)語

通過對中頻加熱S形彎管誤差原因及工藝的研究，列舉了幾種影響安裝和使用精度的問題，并通過彎管在換向器內(nèi)安裝方式的改進(jìn)，提出了彎管應(yīng)用于精度較高的設(shè)備中的安裝方式，為今后對中頻加熱S形彎管在其他設(shè)備中的應(yīng)用提供了參考經(jīng)驗。