新型自動管道切割機的研發

曹化榮 張井仁 曹連池 毛靜麗 劉智 任澤啟

新型自動管道切割機的研發

曹化榮 張井仁 曹連池 毛靜麗 劉智 任澤啟

介紹了一種新型管道自動切割機的研發，通過在機體材料、驅動方式、鎖緊裝置和軌道結構等幾個方面的改進，形成一種軌道鏈條復合式自動管道切割機，不僅降低了勞動強度，提高操作效率，提升切割質量和精度，還可實現管材切割自動化。

1. 概述

在管道建設過程中，管段切割和開坡口是管道焊前的第一道工序。目前施工中有軌道式手搖式、磁力式、鏈條式和定位塊式管道切割機，而在長輸管道野外施工過程中，以軌道式和鏈條式鋼管切割機應用最為普遍。這兩類管道切割機與其他幾類切割機相比，具有操作方便，制造成本低，價格便宜等優勢。但由于自身結構和驅動方式的原因，故在操作過程中也暴露出了手搖速度不均勻，很多位置不好操作（如頂面、底面），鏈條限定行走軌跡會造成定位不準，以及切割精度不夠等缺陷。

針對上述問題，我們綜合軌道式切割機和鏈條式切割機的優勢，在滿足現有切割能力的基礎上，從方便操作、適應野外工作環境、提高效率等方面入手，對原有切割機進行了設計改進，研發成功一種軌道鏈條復合式自動管道切割機（見圖1）。該切割機具有較高的生產效率和穩定的切割質量，此外，還具有體積小、重量輕、成本低及操作方便等優勢。

圖1 新型管道切割機主體

2. 技術改進

（1）采用鋁制機身 目前常用的切割機主體材料一般為碳鋼，一臺切割機整體重量約17kg，而新型自動管道切割機主體材料采用硬質航空鋁材料，在滿足結構強度要求的情況下，使整機重量只有原來的1/3左右，因此在野外施工過程中使用起來更加輕巧，便于裝拆，方便操作。

（2）優化機體結構 原來的手搖式或鏈條軌道式切割機在安裝前，要調整主機的松緊手輪，使機體降到最低位置，然后將鏈條繞過鋼管掛在驅動鏈輪以后，再調整主機的松緊手輪，使機體和從動鏈輪提升到合適的距離，以便拉緊鏈條將機體通過鏈條固定在管材上，以保證主機在切割過程中環繞管道時不掉機、不滑動。

在安裝過程中，旋緊螺母行程長，裝夾速度慢。同時豎起的夾緊支撐裝置也使切割機的高度增加，這對于回轉式切割機來說，意味著管子周圍需要更大更高的操作空間。這在野外管道施工，或特殊施工環境下，會有很

大的局限性。

新型自動管道切割機將原來的旋進夾緊方式，改為偏心鎖緊結構，通過扳動手柄 ，利用曲柄和彈簧的旋轉，一次性完成鎖緊過程，簡單高效（見圖2）。通過旋轉調節螺母，來調整鏈條的松緊度。同時由于取消了上部的旋緊手輪和絲杠部分，使機體的高度尺寸降低了1/3左右，使切割機圍繞管子旋轉通過管材底部空間時更加方便。

（3）改變驅動方式 原來的管道切割機大多采用直流電動機驅動或手搖式，一般直流電動機采用電流自反饋控制，這種控制方式只是在電動機的驅動電流變化達到一定值時，控制系統才能給出調整信號去調節電動機的轉速。而新型自動管道切割機采用步進電動機（又稱脈沖式電動機）驅動，在非超載的情況下，電動機的轉速和停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，使切割機運行更加穩定。

同時通過控制脈沖頻率來控制電動機轉動的速度和加速度，不僅能達到調速的目的，而且可以遠程控制，更加安全方便。

（4）改變行進方式 舊式切割機的車輪直接與鋼管表面直接接觸，特殊情況下（如在螺紋鋼管或焊接管表面運動時），車輪經過焊道時會使小車產生跳動或使小車運動軌跡發生改變，影響割口端面的平整度和切割面的質量，造成需要修磨或返工。

新型切割機采用軌道與鏈條復合行走機構。軌道采用進口高彈性材料，配合模具沖壓而成，抗變形能力強。主機車輪采用了凹輪結構，直接沿著軌道上的導向槽運行，滾輪不與管材直接接觸，避免了焊道對小車運行穩定性、運行軌跡的影響，保證切割軌跡起點與終點重合。克服了傳統切割機單純以鏈條限定行走軌跡會造成定位不準，切割精度不夠，割口質量差等問題。新型管道切割機車輪與導軌配合如圖3所示。新型自動管道切割機工作現場如圖4所示。

圖2 新型管道切割機鎖緊結構示意

圖3 新型管道切割機車輪與導軌配合示意

圖4 工作現場

3. 設備特點

我們設計改進的新型自動管道切割機結構簡單，性能安全可靠，操作方便省力，加工速度快，用途多樣。不僅可以切割直口，實現簡單的切割，還可以通過割槍角度的調整，實現V形坡口的一次成形，很好實現了其預定功能。通過試驗該切割機運行良好，不僅滿足了生產需求，而且操作人員由2人減少至1人，既提高了工作效率，又降低了生產成本。

同時該切割機除了使用火焰切割以外，也可安裝等離子切割設備，用于異種鋼的切割。

4. 結語

在我公司的海洋管道全自動培訓等高度模擬施工現場的焊接培訓過程中，采用新型自動管道切割機完成管道切割，切割速度快，割口平順質量好，利于后續坡口的進一步加工，應用效果良好。

曹化榮等，中國石油管道局第六工程公司。