預開卷設備在螺旋縫焊管生產中的應用

楊 永，王憲棟，吳培龍

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

螺旋縫焊管生產線上，鋼卷的開卷和帶鋼“舌頭”的準備工作會占據對頭的大部分時間，目前國內生產機組大都采用剪板機切掉板頭和板尾，然后進行對頭焊接以保證螺旋縫焊管的連續生產［1-3］。但在生產過程中，往往會出現對接焊縫偏差及“月牙彎”等難以消除的問題。為了適應螺旋縫焊管行業的快速發展，山東勝利鋼管有限公司從德國全套引入預開卷設備，專門用來開卷并進行鋼卷的準備工作，以期縮短對頭時間和提高對頭焊質量。

1 預開卷設備工作原理

預開卷設備的結構如圖1所示，主要由鋼卷轉動器、鋼卷夾持裝置、鏟刀、帶鋼角度測量裝置和等離子切割裝置等部分組成。

鋼卷轉動器靠液壓系統帶動兩個液壓電動機做正向和反向旋轉，從而達到鋼卷正、反向轉動的目的。

鋼卷夾持裝置安裝在鋼卷轉動器上方，由兩個液壓油缸帶動，上下有兩個限位，可以壓下與抬起，壓下時可以保證鋼卷轉動平穩，吊運鋼卷時抬起，確保鋼卷順利吊走。

鏟刀、帶鋼角度測量裝置、夾緊機構以及切割架均固定在可移動夾持架上。可移動夾持架靠油缸作用力可以順設備方向前后及上下移動；鏟刀下部焊接8個輥子，開口部分呈楔形，可以保證鋼卷在角度很小的情況下依然能夠開卷；帶鋼角度測量裝置由4個固定氣缸帶動4個測量輥組成，每個測量輥帶有編碼器，可以測出橫向伸出長度，夾緊帶鋼時，就可以根據實際位置的不同得出測量的偏移量Y，也就是帶鋼的斜度；夾緊裝置在液壓油缸的作用下可以夾緊調整好的“舌頭”，防止位置變化；等離子切割裝置固定在切割架上，2個伺服電機分別控制切割嘴的高低及水平方向的移動，切割架的一端固定，另一端的伸出量靠1個電缸控制。

帶鋼角度測量原理如圖2所示，因為測量輥之間的距離X以及切割器行走距離X1都是固定的數值，所以編碼器測量出帶鋼的偏移量Y，即可得出切割架需要偏離的角度 α［4］，tan α=Y/X=Y1/X1，由此確定切割器的行走路線Y1，使得切割后的板頭與帶鋼兩側邊成垂直關系。

圖1 預開卷設備的結構示意

圖2 帶鋼角度測量原理示意

2 工作過程

在生產中，首先將鋼卷吊至鋼卷轉動器上，去掉包裝帶。鋼卷轉動器可以帶動鋼卷前后轉動，以此來控制“舌頭”伸出的長度。鏟刀靠油缸帶動，可以上下前后擺動來控制“舌頭”的高度，使其順利進入可移動夾持架。可移動夾持裝置可以在前后方向上橫移，并且夾緊部分可以將調整好的帶鋼“舌頭”夾緊，防止帶鋼在切割過程中的位置改變。通過測量裝置測出帶鋼“舌頭”水平方向的偏移量，然后調整等離子切割裝置的行走路線，使切割后的端面與帶鋼兩邊垂直。切割后的鋼卷靠鋼卷轉動器的轉動調整合適的“舌頭”長度，然后將鋼卷吊運至主機區附近的帶料區備用。

3 主要問題分析及解決措施

3.1 帶鋼角度測量

由于鋼卷的放置方式、帶鋼本身自帶“月牙彎”及“喇叭口”等因素的影響，有時測量出的帶鋼“舌頭”位置如圖3所示，此時測量出的Y1值控制切割架反向移動。

圖3 切割架反向移動時帶鋼角度測量原理示意

為了用一個數值更好地表述這兩種不同的帶鋼狀況，在程序中將切割架擺動的兩個極限之間的量程數值化，如圖4所示，這樣計算的切割器最終行程值 M 為：M=100±Y1［5］。

圖4 數值化的量程

當帶鋼恰好與切割器的行程方向垂直時，偏移量Y=0；當出現如圖2所示的情況時，切割架向“0”值的方向移動，移動值為負值；而當出現如圖3所示的情況時，切割架需要向“200”值的方向移動，移動值為正值［6］。

3.2 散 卷

預開卷后的鋼卷在解除外包裝后，可能會因為內應力而散開［7］，尤其是在帶鋼較厚、材質較高的情況下，必須采取固定措施，防止散卷甚至傷人事故的發生。為此，專門定做了專用C型吊具。與普通吊具相比，C型吊具增加了2個用鏈條固定的“鉗子”和一套棘爪壓下系統［8］。“鉗子”用來固定板頭伸出的“舌頭”，棘爪壓下系統用來壓住鋼卷。用這種特制的吊具將打開的鋼卷放在存放鋼卷的專用支架上備用。

3.3 等離子切割

在使用等離子切割時存在的主要問題及解決措施是：①保護氣體以及切割氣體的氣壓，根據等離子切割使用說明中的比例要求，將3種氣體出口氣壓調節好。②等離子冷卻水的使用，在使用過程中要經常觀察等離子冷卻水的液位。③使用中切割嘴與帶鋼的高度以及切割速度與電流電壓之間的關系，不同的電流電壓要求的切割速度和切割嘴與帶鋼的高度也不同［9-10］。可以根據設備廠家給出的數據，在操作面板上將數據進行修改。

4 預開卷的優點

（1）采用自動測量技術，科學精確地計算出帶鋼偏移并自動找正，切出垂直于帶鋼邊緣的板頭。

（2）采用等離子切割機代替了剪板機，切割精度更高，切割質量更好，切割面更光潔，斜角極小，切口下緣不粘渣。

（3）自動化程度較高，能更好地適應國內螺旋縫焊管發展的需求。

（4）節省了對頭時間，提高了生產效率［11-12］。

5 結 論

預開卷技術應用在螺旋縫焊管的鋼卷準備階段，可大大縮短對頭時間，同時提高螺旋縫焊管用帶鋼的對頭焊質量，特別適用于大壁厚、大直徑、高鋼級螺旋縫焊管的大批量生產。

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