高頻直縫焊管內(nèi)毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)的分析與改進

吳鵬飛

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞721008）

0 前 言

內(nèi)毛刺清除裝置是保證焊管質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備,其良好運行關(guān)系到整個生產(chǎn)線能否正常工作。內(nèi)毛刺清除質(zhì)量穩(wěn)定不僅可以提高焊管的質(zhì)量，還可以減少生產(chǎn)線的停車次數(shù)，提升焊管的產(chǎn)量和成材率。2010年寶雞石油鋼管有限責任公司引進了1條年產(chǎn)30萬t的高頻焊管生產(chǎn)線，可生產(chǎn)φ114.3～219.1 mm， 壁厚 4.8～13.8 mm 的高端油套管管坯。該機組采用奧地利Linsinger公司銑邊機、美國Abbey公司成型系統(tǒng)和飛鋸以及美國Thermatool公司高頻焊機等設(shè)備。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，該機組的內(nèi)毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)存在壓力波動、溫升過快等問題,影響生產(chǎn)的順利進行。技術(shù)人員通過對現(xiàn)場的調(diào)研與數(shù)據(jù)分析,對原液壓系統(tǒng)進行了改進。改進后的液壓系統(tǒng)工作正常，性能穩(wěn)定可靠。

1 內(nèi)毛刺清除裝置工作原理及存在問題

該高頻焊管機組采用在線刀切削法清除內(nèi)毛刺裝置。把端部帶有刀具的芯棒安裝于精成型機架后的支座上，芯棒伸進高頻直縫焊管的內(nèi)側(cè)，將刀頭調(diào)整到與內(nèi)焊縫相對應(yīng)的位置及靠近高頻直縫焊管內(nèi)壁的高度進行工作。內(nèi)毛刺清除裝置是通過PLC控制液壓系統(tǒng),由2個液壓缸的伸縮實現(xiàn)其動作。一個液壓缸安裝于內(nèi)毛刺清除裝置支座上，通過液壓缸的伸縮可實現(xiàn)芯棒的升降；另一液壓缸安裝于芯棒的另一端，通過液壓缸的伸縮可實現(xiàn)內(nèi)毛刺的在線定尺切斷。內(nèi)毛刺清除裝置結(jié)構(gòu)如圖l所示，主要由切斷刀、芯棒、阻抗器、冷卻管及切斷油缸等組成。

圖1 內(nèi)毛刺清除裝置結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 內(nèi)毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)工作原理

原液壓系統(tǒng)采用1臺定量齒輪泵提供動力源,主要由壓油過濾器、回油過濾器、溢流閥和液壓缸等組成，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、液壓元件少、制造成本低等特點。該系統(tǒng)壓力21 MPa,工作流量18 L/min,油箱容量40 L,工作介質(zhì)為46#抗磨液壓油。其工作原理如圖2所示。

圖2 原內(nèi)毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)原理圖

該液壓系統(tǒng)中壓力過濾器用來濾除可能侵入閥類元件的污染物，保護除泵以外的閥類元件。壓力過濾器上設(shè)有壓差發(fā)訊器，當濾芯被污染堵塞到進出口壓差為0.5 MPa時，即發(fā)出開關(guān)信號，此時應(yīng)清洗或更換濾芯，以達到保證系統(tǒng)安全的目的。單向閥防止系統(tǒng)中的流體沖擊而影響泵的工作。溢流閥用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。回油過濾器用來濾除油液流入油箱以前的污染物，為泵提供清潔的油液，并設(shè)置旁通閥、濾芯污染堵塞發(fā)訊器等裝置，保護過濾器和液壓系統(tǒng)的正常工作。

毛刺切斷裝置由液壓缸驅(qū)動，固定剪刃安裝于芯棒底部，動剪刃通過連桿安裝于毛刺切斷油缸上，通過PLC定時器控制其換向閥電磁鐵每隔50 ms通斷電一次，實現(xiàn)內(nèi)毛刺的在線定尺切斷。液壓泵啟動后，毛刺切斷缸縮回。當芯棒升降換向閥電磁鐵左位通電時，芯棒落下；右位通電時，芯棒升起；開車時，內(nèi)毛刺芯棒升起，毛刺切斷裝置動剪刃往復運動，實現(xiàn)內(nèi)毛刺的在線剪切。

1.2 存在問題

液壓系統(tǒng)的正常工作是保證內(nèi)毛刺清除質(zhì)量的關(guān)鍵，但在生產(chǎn)初期，生產(chǎn)線運行一段時間后，常出現(xiàn)機組異常停車、內(nèi)毛刺刮削質(zhì)量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，通過現(xiàn)場調(diào)研與分析,發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾點問題。

（1）系統(tǒng)發(fā)熱導致機組停車。溢流閥與泵并聯(lián)，油泵輸出的壓力油只有一部分進入執(zhí)行元件，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。因原系統(tǒng)未設(shè)計冷卻器，溢流閥的壓力和流量損失轉(zhuǎn)化為熱量，造成系統(tǒng)油溫持續(xù)升高。液壓油正常工作溫度應(yīng)控制在15～55℃，若油溫過高，會造成油液粘度下降、泄露增加、執(zhí)行元件爬行、油液氧化變質(zhì)等現(xiàn)象，將嚴重影響系統(tǒng)的正常工作。系統(tǒng)運行1 h后，油箱溫度超過60℃，系統(tǒng)發(fā)熱嚴重，是導致機組強制停車的主要原因。

（2）方向閥的頻繁換向引起的系統(tǒng)壓力波動是造成內(nèi)毛刺刮削質(zhì)量不穩(wěn)定的主要原因。內(nèi)毛刺切斷電磁換向閥每隔50 ms通斷電一次，換向頻繁，引起系統(tǒng)液壓沖擊，不僅會損壞密封裝置和液壓元件，還會產(chǎn)生噪聲，有時沖擊會使某些液壓元件如壓力繼電器、順序閥等產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作。

2 改進方案

針對上述問題，通過查詢相關(guān)資料，確定了兩種改進方案，具體方案如下。

（1）方案一。在原液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進行如下改進：①安裝回油冷卻器，除了對已經(jīng)發(fā)熱的主系統(tǒng)回油進行冷卻外，還將溢流閥與回油路并聯(lián)，從而冷卻溢流閥溢出的油液，這樣就解決了因系統(tǒng)油溫過高問題導致的機組異常停車問題；②在液壓系統(tǒng)中增加單向閥和蓄能器，保持系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定，吸收和減少壓力沖擊，這樣就解決了因系統(tǒng)壓力波動，造成內(nèi)毛刺刮削質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。其液壓原理如圖3所示（圖中虛線框中為增加項）。

（2）方案二。在原液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進行如下改進：①安裝回油冷卻器，除了對已經(jīng)發(fā)熱的主系統(tǒng)回油進行冷卻外，還將溢流閥與回油路并聯(lián)，冷卻溢流閥溢出的油液，這樣就解決了因為系統(tǒng)油溫過高問題導致的機組異常停車問題；②將原來的齒輪泵更換成雙聯(lián)泵，采用雙聯(lián)泵供油的互不干擾回路，使兩個執(zhí)行元件在完成各自的動作時彼此互不影響，這就避免了因毛刺切斷換向閥頻繁換向引起系統(tǒng)壓力波動，造成內(nèi)毛刺刮削質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。同時，在各支路中增加1組電磁溢流閥，當電磁閥在常態(tài)位時，系統(tǒng)卸荷，降低了泵的功率損耗。增加雙單向節(jié)流閥是為了調(diào)節(jié)油缸運行速度。其液壓原理如圖4所示。

圖3 按方案一改進后的液壓系統(tǒng)原理圖

圖4 按方案二改進后的液壓系統(tǒng)原理圖

3 改進措施和效果

通過對上述兩種方案的分析與比較，兩種方案均在原液壓系統(tǒng)上進行改進，都需增加冷卻器，但方案一只需增加一組蓄能器和單向閥，結(jié)構(gòu)簡單，施工量小，改造成本低。方案二雖采用互不干擾回路，優(yōu)于方案一，但增加了雙聯(lián)泵、電磁溢流閥、雙單向節(jié)流閥等液壓元件的采購成本，施工量相對較大。綜上所述，決定按照方案一進行改進，改進后系統(tǒng)運行穩(wěn)定，滿足了工況使用要求。

4 結(jié) 語

（1）在線刀切削法是一種較為理想的內(nèi)毛刺清除方法。但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)內(nèi)毛刺清除余高不穩(wěn)定、刮偏等現(xiàn)象，刀具調(diào)整頻繁。

（2）采用以上措施對內(nèi)毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)進行全面改進后，系統(tǒng)運行正常,有效地解決了因液壓系統(tǒng)問題而出現(xiàn)停機、毛刺清除余高不穩(wěn)定等現(xiàn)象。尤其方案二對內(nèi)毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計與改進有一定的參考價值。

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