螺旋鋼管自動倒渣系統研發

晉登輝

（中國水利水電第十三工程局有限公司，山東德州　253000）

螺旋鋼管自動倒渣系統研發

晉登輝

（中國水利水電第十三工程局有限公司，山東德州253000）

本文主要介紹了螺旋鋼管自動倒渣系統，從工作原理、系統設計、自動化改造、數控裝置（PLC）總控等方面對螺旋鋼管自動倒渣系統做了詳細的闡述。該系統自動化程度較高、結構合理、安全可靠、可操作性較強，能提高工作效率，保證安全、連續生產，降低了生產成本和勞動強度。通過一段時間的運轉，具有良好的效果。可推廣應用。

倒渣系統自動化控制降耗增效

1　螺旋鋼管倒渣系統概述

螺旋鋼管自動化生產線，采用的生產工藝是以帶鋼卷板為原材料，經常溫擠壓成型，以自動雙絲雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋鋼管。

其具體工藝流程如下：

上料→開卷→夾送矯平→剪切對焊→銑邊→遞送→預彎→成型→內焊→外焊→定尺切斷→撥出→倒渣→補焊→在線超聲波探傷→平頭倒棱→水壓試驗→X光檢測→收集入庫

該生產線自動化程度較高，可連續生產。焊接完成后，為保證產品質量和連續生產，要求必須在規定時間內將螺旋管內焊過程中產生的焊渣清除，清除的焊渣通過回收利用系統，篩選重復使用。

我廠2006年投資建成的第一條螺旋鋼管生產線，因場地、資金等原因沒有配備專用的倒渣系統。第二條螺線管生產線2008年投資建成，配置了專用的倒渣系統，通過實際運轉，我們發現存在一定的缺陷，突出的問題在于效率不高，存在一定的安全隱患。為此我們以第一條螺線管生產線為試點，研發了一套適合自己的倒渣系統，通過實際使用，效果良好，有一定的推廣應用價值。

2　自動倒渣系統工作原理和系統的設計運轉

表1　兩種倒渣作業對照表

圖1　焊渣在旋轉鋼管內的受力分析示意圖

倒渣機的工作要求：在保證產品質量、安全和連續生產的前提下，在規定時間將內焊產生的焊渣清理干凈。清理的焊渣經回收利用系統篩選重復使用。

倒渣系統工作原理：采用機械裝置配合輸送，液壓裝置調整控制，數控裝置（PLC）總控完成一系列系統循環操作。

下面就以人工倒渣和自動倒渣系統相對比的方式加以說明。

2.1人工倒渣作業流程

人工倒渣作業，是以大量人工勞動，輔以部分機械進行倒渣作業。即先通過行車利用鋼絲繩吊起鋼管一端，成一定角度后，利用焊渣的重力作用使焊渣沿著傾斜的鋼壁滑出。

該過程必須配備2-3人給負責掛鋼絲繩，增加了安全隱患，同時由于鋼管吊裝位置的限制，不能有效轉動，一些貼壁焊渣難以脫落，必須采用人工敲擊鋼管。這種作業方式，一次倒渣流程需要10-15分鐘的時間（時間跨度較大的主要原因是準備時間較長，不可控因素較多），鋼管要在車間內最高吊起10米，需要吊裝、清渣、輔助配合人員共同作業。該過程效率較低，不安全因素較多，職工的勞動強度很大，并不能保證生產的連續性。

2.2自動倒渣系統設備組成和作業流程

2.2.1自動倒渣系統設備組成

為了解決上述問題，提高產品質量、工作效率和安全生產，系統研發科研小組查閱了大量的資料，對國內外鋼管廠的倒渣裝置進行了研究和分析。針對車間現場空間小，設備體積不能過大，而且還必須操作靈活的特點。經過反復論證，不斷改進，設計了由滾動斜坡、倒渣橋體、頂升油缸、旋轉托輥、授管器、立擋輥、小型液壓泵站等組成的機械液壓裝置；自動化控制（PLC）裝置等部分組成的自動倒渣系統。倒渣系統適用于φ219～φ2020鋼管制造。

2.2.2自動倒渣系統的作業流程

自動倒渣系統采用機械裝置配合輸送，液壓裝置調整控制，數控裝置（PLC）總控，完成系統循環操作。

工作過程如下：

焊接完成的鋼管經切割作業完成后，光電控制系統反饋給遠程輸送系統，遠程輸送系統發出倒渣作業指令，倒渣作業開始。首先通過輸送軌道觸發接近開關，由落管器把鋼管輸送到倒渣裝置上。當管端將到達倒渣橋體上的立擋輥位置時，通過PLC編程，啟動液壓裝置，油缸回落。當倒渣橋體落至與水平面成20°角處，油缸靜止。然后倒渣橋體橋上托輥向某一方向轉動約1分鐘，焊渣從管內全部淌出，落進焊渣槽中，橋上托輥停止轉動，啟動油缸回程，帶動倒渣橋體升起到初始位置，最后鋼管經授管器將其送入補焊軌道，進行下一道工序的作業，即完成一次倒渣流程。

使用該倒渣系統進行倒渣作業，一次作業流程3分鐘；人員僅需要遠程操控人員一人（該操控人員在操控室內操作，可進行內外焊、調型、等離子切割、倒渣等多項作業）；鋼管不需要吊裝，始終在操作輥道上運轉；可連續生產。兩種作業方式對比見表1。

3　設計過程中的難點和解決辦法

3.1自動倒渣系統的設計與制作

3.1.1托輥轉速

焊渣在鋼管內的位置取決于鋼管的轉速。圖1為焊渣在旋轉管體內的受力分析，鋼管轉速直接影響焊渣的擾動速度。焊渣離開管底的高度越高，擾動越大。設焊渣的重力為G，當鋼管旋轉角速度為W時，焊渣從A點上升到M點，產生背離鋼管中心O的離心力Q，與Q垂直方向的切向摩擦力F，與Q方向相反的法向約束力N。

從焊渣的受力情況可以推算出焊渣從A點升至M點的升角α，從而確定托輥的轉速。

3.1.2倒渣系統重心支點的確定

重心支點選擇在整體倒渣支架的中心，此設計縮短了主油缸一半的倒渣行程，減少了完成一根鋼管所需的倒渣時間，有效的提高了生產效率。

3.1.3滾動斜坡的設計

根據現有倒渣系統的運轉情況，結合生產線的自身特點，在落管器的后面，倒渣機架之前位置，增加了一個滾動斜坡。利用重力原理使鋼管切割作業完成后，沿滾動斜坡自動落到倒渣架上。該結構可減少托輥的液壓升降機構數量，降低操作難度。

同時通過控制后橋上鋼管的落點，配合滾動斜坡的設計減少了倒渣架上的鋼管縱向移動機構。減少了工藝流程，降低了制造成本，提高了工作效率。

3.1.4授管器標高與托輥標高的選擇

該生產線鋼管規格從φ219～φ2020mm，長度6m到12m，規格、長度跨度較大。這就要求我們設計制造的倒渣系統有一定的適應性。這個參數的設計是為了適用于不同管徑的鋼管進行倒渣作業。為此我們做了大量的實驗，最終標高參數為870mm，配合后續機構運轉，解決了這一難題。

3.1.5各組成機構中心距的選擇

（1）授管器兩支點中心距。

（2）托輥中心距。上面兩個參數決定著該倒渣裝置是否適用于不同管徑的鋼管。若參數選擇不當，會導致旋轉托輥不能作用，或者授管器無法接觸到鋼管，從而影響倒渣作業。

（3）三個授管器的間距。通過該參數的設計，使得新倒渣系統既適用于6米的鋼管，又適用于12米的鋼管。

以上幾個參數的合理選擇，充分保證了倒渣系統的合理運轉，減少了不必要的裝置，減低了設備維護和運轉的費用，提高了工作效率。

3.2倒渣機與落管器的協調作業

倒渣機與落管器之間的距離選擇。該參數選擇我們借鑒了現有生產線的參數設計，并有所改進。通過調整該參數，使得新倒渣系統與螺旋鋼管第二條生產線的倒渣系統相比，簡化了倒渣工藝流程。螺旋鋼管第二條生產線在進行倒渣作業時，鋼管切割下來后由落管器把鋼管輸送到倒渣裝置上，橋體升起后，需要將落管器抬起才能進行倒渣，而新設計的倒渣裝置無需將落管器抬起便可進行倒渣作業。提高了工作效率，降低了生產成本。

3.3自動化控制（PLC）

自動化控制（PLC）使用是該系統的另一亮點，自動化控制（PLC）裝置將倒渣作業的各個環節，整合為一個可循環的連續作業過程。有效的調高了生產效率，保證了安全文明生產、降低了生產成本。

4　安全管理

螺旋鋼管自動倒渣系統自動化程度較高、結構合理、安全可靠、可操作性較強，可以和遠程自動化控制系統配合使用，提高工作效率，保證了安全生產文明施工。

5　產生的效益

螺旋鋼管自動倒渣系統系統的應用，使倒渣作業質量顯著提高。同時減少了危險，消除了安全隱患，降低了勞動強度，提高了生產效率。同時該套系統有一定的推廣應用性。通過該系統的設計和制造，我們掌握了一系列的設計經驗和設計理念，為今后企業的快速可持續發展提供有力的保障。