鋼管防腐生產(chǎn)線管端自動貼紙裝置設(shè)計及應(yīng)用

0 前 言

隨著社會對石油天然氣等能源需求的急劇增加， 管道輸送作為長距離油氣輸送的最佳方式， 近年來得到了飛速發(fā)展

。 為了防止埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕破壞， 確保長輸管道的使用壽命和安全運行， 采用外防護涂層是目前主要的技術(shù)手段

。 鋼管外表面防腐生產(chǎn)工藝， 主要由表面預(yù)處理、 鋼管加熱、 環(huán)氧粉末噴涂、 聚乙烯纏繞、 成品管冷卻、 成品管檢驗等工序組成

。管端貼紙工藝在鋼管表面預(yù)處理工藝之后、 鋼管加熱工藝之前， 是鋼管防腐生產(chǎn)線普遍采用的一道 工 序。 根 據(jù)GB/T 23257—2017 第6.8 條 款“管端預(yù)留長度宜為100～150 mm” 的要求

， 該工序在鋼管外涂覆前， 在其兩端100～150 mm 處貼上適當(dāng)寬度的牛皮紙帶， 將這一部位的涂層與鋼管外表面隔開， 以便后續(xù)去除防腐涂層。

目前， 國內(nèi)大部分防腐生產(chǎn)線普遍采用人工貼紙， 不僅存在管端貼紙的質(zhì)量差異， 且在鋼管輸送過程中容易發(fā)生紙張脫落， 對后續(xù)鋼管外表面涂覆質(zhì)量及管端修磨工序產(chǎn)生一定程度的影響。 因此， 針對上述問題研制了一種鋼管管端自動貼紙裝置， 改變傳統(tǒng)人工貼紙作業(yè)方式， 以降低工人勞動強度， 提高管端貼紙質(zhì)量， 實現(xiàn)崗位自動化。

在研發(fā)階段，可以通過網(wǎng)絡(luò)化操作降低人工成本，網(wǎng)絡(luò)化的操作不僅讓我們在進(jìn)行成本管理的時候提高效率，而且還最大可能地減少了人工費用的花費；增強研發(fā)人員成本意識，嚴(yán)格控制企業(yè)的成本是研發(fā)人員在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)從事工作的必備要求，作為研發(fā)人員必須深刻地認(rèn)識到研發(fā)費用監(jiān)督的迫切性；整合信息資源縮減研發(fā)支出，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息整合之后，就完全不用擔(dān)憂不一樣的系統(tǒng)、不一樣的數(shù)據(jù)庫之間的集成效果，進(jìn)而實現(xiàn)信息資源配置最優(yōu)化、拓寬信息資源應(yīng)用領(lǐng)域和最大化挖掘信息價值的管理過程。

1 整體設(shè)計思路

本設(shè)計目的在于針對現(xiàn)有管端貼紙崗位存在的不足和缺陷， 提出了一種鋼管防腐管端自動貼紙裝置。 通過伺服控制系統(tǒng)， 執(zhí)行鋼管管端自動貼紙作業(yè)， 大幅降低人工貼紙的勞動強度， 提升貼紙的工作效率和工藝精度， 實現(xiàn)由傳統(tǒng)人工貼紙方式向自動化的轉(zhuǎn)變。

自動貼紙設(shè)備通過設(shè)計線性移動平臺實現(xiàn)管徑219～2 540 mm、 長度8～13.5 m 范圍內(nèi)鋼管的自動貼紙。 自動貼紙裝置分布于鋼管兩端， 配合鋼管在升降旋轉(zhuǎn)輥上沿軸向旋轉(zhuǎn)完成貼紙作業(yè)， 整個過程需保證將帶背膠紙帶傳送至指定位置， 并與鋼管防腐管端外表面貼合， 還要考慮到整體結(jié)構(gòu)必須同步運行， 防止鋼管尺寸不一致導(dǎo)致無法與紙張貼合。 本設(shè)計使用控制程序， 包括微電腦控制器配置參數(shù)屬性， 通過三坐標(biāo)線性滑移平臺完成自動貼紙工序， 整個過程無需人工操作干預(yù)， 便可實現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)。 鋼管防腐管端自動貼紙裝置整體結(jié)構(gòu)由貼紙機頭、 三坐標(biāo)線性滑動平臺、 旋轉(zhuǎn)輥、 控制系統(tǒng)組成， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 貼紙機頭

子美最倜儻，自表其能，上之天子，謂“沉郁頓挫，隨時敏捷，揚雄枚皋，尚可跂及。 有臣如此，陛下其舍諸？”自東方朔以來，斯趣僅見載。 觀其《遣懷》、《壯游》諸作，又謂許身稷契，致君堯舜，脫略時輩，結(jié)交老蒼。 放蕩齊趙間，春歌冬獵，酣視八極。 與高、李登單父臺，感慨俊骨龍媒，賦詩流涕，上嘉呂尚傳說之事，來碣石萬里風(fēng)。 ……固是筆端有膽，亦由眼底無人。 古之“狂也肆”，子美有焉。

控制系統(tǒng)是整個鋼管防腐管端自動貼紙的核心， 貼紙機頭、 滑動平臺的移動和進(jìn)紙動作指令均由控制系統(tǒng)完成， 控制系統(tǒng)主要包括微電腦控制器、 人機界面 （HMI）、 紙張計數(shù)器和伺服控制系統(tǒng)。 本設(shè)計采用的微電腦控制器為定制開發(fā)的模塊產(chǎn)品， 具有個性化、 智能化等特點， 通過鋼管規(guī)格參數(shù)匹配， 微電腦控制器將預(yù)先輸入不同規(guī)格鋼管對應(yīng)的管端貼紙工藝參數(shù)， 通過數(shù)據(jù)調(diào)取完成自動控制指令的實施等一系列動作， 快速實現(xiàn)貼紙機頭與不同規(guī)格鋼管的位置切換， 保證定位準(zhǔn)確無誤。

貼紙機頭是整個裝置的關(guān)鍵， 此機構(gòu)需要完成進(jìn)紙→裁紙→推送至鋼管管端系列動作，確保紙張的準(zhǔn)確定位及貼紙質(zhì)量。 貼紙機頭結(jié)構(gòu)如圖2 所示， 由放紙機構(gòu)、 紙帶測量機構(gòu)、紙帶壓緊機構(gòu)、 貼紙壓平機構(gòu)和裁紙機構(gòu)組成。放紙機構(gòu)是容納紙帶的裝置， 根據(jù)牛皮紙紙筒的形狀， 放紙機構(gòu)采用半圓弧的緊湊設(shè)計， 且紙盒外殼設(shè)計有鉸鏈?zhǔn)椒缐m蓋， 用于防止紙帶被灰塵污染， 為其在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下提供了保護， 彈簧式鎖緊扣方便現(xiàn)場人員更換紙帶等開合操作。 紙張測量機構(gòu)是對紙張使用長度和剩余長度進(jìn)行檢測的裝置， 采用計數(shù)器和摩擦輪組合完成紙張長度的精準(zhǔn)測量， 不僅保證了紙張的合理利用， 而且提升了貼紙的質(zhì)量。 紙帶壓緊機構(gòu)通過氣缸推動夾頭將紙張夾緊、 固定，方便下一步的裁紙作業(yè)。 裁紙機構(gòu)包括裁紙氣缸和壓紙輪， 裁紙刀通過裁紙架固定在裁紙氣缸處； 貼紙壓平機構(gòu)由升降氣缸、 平移氣缸、貼緊輪組成， 貼緊輪安裝在升降氣缸推頭處，升降氣缸安裝在平移氣缸滑塊處， 貼紙壓平過程保證了將裁好的紙張尾部緊貼于鋼管防腐管端的外表面。

Vc含量作為衡量檸檬果醋品質(zhì)的又一重要指標(biāo)，表明檸檬果醋的保健價值，本文通過紫外分光光度法測量檸檬果醋的Vc含量。由表5可知，檸檬果醋的Vc含量隨發(fā)酵時間的推移而逐漸降低，但基本保持不變。推斷可能是由于外界因素導(dǎo)致Vc含量的降低，如光照、溫度等。

2.2 三坐標(biāo)線性滑動平臺

本設(shè)計使用的三坐標(biāo)線性滑動平臺由雙導(dǎo)軌x 軸線性模組、 單導(dǎo)軌水平線y 軸線性模組以及豎直z 軸線性模組三部分組成。 滑動平臺與機頭的組合結(jié)構(gòu)如圖3 所示， 三坐標(biāo)線性滑動平臺模組采用鋁合金型材作為底板結(jié)構(gòu)件，導(dǎo)軌模組為全封閉設(shè)計， 可有效防止異物進(jìn)入傳動機構(gòu)， 延長裝置的使用壽命。 伺服電機搭配減速機用于提供裝備的動力和控制精度， 裝置進(jìn)給量由伺服電機控制， 伺服電機具有高精度、 高可靠性、 高速的精密傳感裝置與技術(shù)，以獲取高精度的位置信息

， 控制精度高， 運行平穩(wěn)性好， 過載能力強， 同時可根據(jù)鋼管管徑自動調(diào)節(jié)機頭距管端的距離， 確保貼紙位置的精準(zhǔn)定位。

三坐標(biāo)線性滑移平臺是一種高精度三坐標(biāo)精密移動裝置， 可保證移動位置定位的精度和重復(fù)定位精度， 可實現(xiàn)無間隙運動， 提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 三坐標(biāo)線性滑移平臺能夠在x、 y、 z三個方向?qū)崿F(xiàn)精確移動， 即以x 方向的底板固定在基座上（x 軸線性模組）， y 方向的底板固定在x 方向的移動線性模組上， z 方向的底板與y 方向的線性模組固定， 從而能夠到達(dá)指定的空間位置， 保證貼紙位置的準(zhǔn)確無誤

。

2.3 控制系統(tǒng)

在給排水控制系統(tǒng)運行中，通過對PLC的引入與使用，也能為其數(shù)據(jù)采集方式的優(yōu)化及效率的提高提供保障，具體表現(xiàn)為：

伺服控制系統(tǒng)可對鋼管在旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的竄動量的大小、 運動的位置、 速度及加速度的變化量進(jìn)行有效控制， 不僅可以完成動態(tài)補償， 確保紙張搭接處誤差達(dá)到工藝要求， 同時還可以根據(jù)預(yù)先輸入的管端預(yù)留長度， 完成貼紙位置的精準(zhǔn)定位， 最終達(dá)到鋼管管端貼紙寬度的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。 紙張計數(shù)器能準(zhǔn)確測量貼紙的長度， 有效對出紙量進(jìn)行控制， 防止過量使用而造成的紙張浪費， 同時具有斷料檢測功能， 有效提醒操作人員及時更換備用紙張。

3 運行過程

鋼管防腐管端自動貼紙裝置運行過程分為兩個階段。 第一階段， 當(dāng)鋼管進(jìn)入貼紙工位時， 崗位操作人員將鋼管規(guī)格、 管端預(yù)留寬度等參數(shù)通過HMI 錄入控制系統(tǒng)， 貼紙機頭會根據(jù)反饋指令自動完成位置的調(diào)整， 伺服控制系統(tǒng)根據(jù)管端預(yù)留寬度完成貼紙位置的定位， 貼紙輥輪將背膠牛皮紙端部貼于管端外表面， 此時貼紙工序準(zhǔn)備就位； 第二階段， 由變頻器控制旋轉(zhuǎn)輥帶動鋼管開始軸向旋轉(zhuǎn)， 此過程將背膠牛皮紙纏繞于鋼管管端外表面上， 其內(nèi)置的紙張計數(shù)器對出紙量進(jìn)行測量， 當(dāng)測量值與鋼管周長相同時， 設(shè)備自動完成裁紙， 同時旋轉(zhuǎn)輥停止旋轉(zhuǎn)， 紙張壓平機構(gòu)將紙張尾部壓緊貼平， 保證壓接處平整。 裝置運行的整個過程無需人工干預(yù)， 鋼管貼紙質(zhì)量均勻一致， 整齊美觀。

4 應(yīng)用效果

管端自動貼紙裝置已在鋼管防腐生產(chǎn)線實際應(yīng)用， 效果良好。 長期以來， 在鋼管防腐生產(chǎn)過程中采用傳統(tǒng)人工貼紙方式， 鋼管兩端至少需要兩人共同作業(yè)， 單班次生產(chǎn)需完成150 根鋼管貼紙作業(yè)， 勞動強度大， 人工成本高， 管端齊整度及預(yù)留紙張寬度不精準(zhǔn)， 原材料浪費較為嚴(yán)重。 該設(shè)備投入應(yīng)用后， 大幅度提高了作業(yè)效率， 降低了勞動強度， 同時減少了一名崗位員工的工作任務(wù)， 人工成本明顯下降； 紙張搭接處嚴(yán)格控制在±3 mm， 貼紙寬度統(tǒng)一， 滿足標(biāo)準(zhǔn)要求， 且鋼管貼紙外表面整齊美觀。 鋼管防腐管端自動貼紙裝置投入使用后， 不僅鋼管防腐質(zhì)量得到有效提升， 而且降本增效成果顯著。

5 結(jié)束語

鋼管防腐管端自動貼紙裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，通過微電腦程序控制徹底解決了鋼管外防腐生產(chǎn)過程中鋼管管端人工貼紙帶來的工作效率低下、質(zhì)量控制不穩(wěn)定等問題， 實現(xiàn)了自動化貼紙。 實際使用效果良好， 既省去了人工貼紙工序， 又節(jié)約了成本， 提高了鋼管防腐生產(chǎn)效率和鋼管外防腐質(zhì)量。

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