螺旋焊管自動割管系統的應用

趙藝

（新疆八鋼金屬制品有限公司烏魯木齊金圓螺旋焊管分廠，新疆 烏魯木齊 830022）

0 引言

螺旋焊管行業割管工序是指在成型機組上由鋼板卷制成鋼管，到12 m定尺時用等離子切割，然后將鋼管運送到下一個工序，一般采用手動割管，手動割管存在兩個問題：一是工序復雜，用工量大，每次割管要完成調整、更換等離子槍嘴、電極、在鋼管上書寫管號、測量管徑、割管、鋼管分離、撥管撥、落、接管接、落、倒渣接、落、倒渣升、降、倒渣后撥出、落、輸送輥道接管、落管等17個動作。二是手動割管切割口不齊，錯口量5～20mm，錯口量大會影響：（1）后道水壓工序無法上壓，水壓工序采用平端軸向密封方式，兩端用聚氨酯P型端封貼住鋼管兩端，注水后試壓，鋼管兩端不齊有錯口，會影響到P行端密封效果，導致無法試壓；（2）后續平頭工序使用的易損件平頭刀片消耗量大，為15t/片。使用自動割管后，操作工動作可以減少到3個，且切口錯口可以調整，錯口尺寸在5mm以內，水壓100%正常進行，平頭刀片消耗量為22t/片，兩種方式前者設備粗放，全靠人工調整，后者設備設計精準，靠程序控制。

1 自動割管結構改進

1.1 手動割管結構

手動割管和自動割管一樣均使用空氣等離子弧切割法，手動割管時，鋼管到12 m長度接近開關處發訊，割管小車上的氣缸抬起，帶動連桿和跟蹤輪抬起，跟蹤輪帶動割管小車跟隨鋼管行走，同時人工操作等離子槍起弧割管，割管結束后人工將割管小車推回原位（圖1）。割管的錯口尺寸需要控制，手動割管通過調整跟蹤輪來調節錯口，因設備精度差，時常有錯口出現且錯口較大，水壓P型端封封不住錯口，試壓壓力不達標，需要先平頭再試水壓，P型端封消耗大，工藝流程不合理。

圖1 手動割管小車結構示意圖

1.2 自動割管結構

自動割管采用同步編碼器，它可以將鋼管旋轉時的位移轉換成一串數字脈沖信號，這些脈沖能用來控制角位移，編碼器與切管小車伺服電機控制的齒輪條結合在一起，用于準確測量直線位移，編碼器產生電信號后由數控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統等來處理，這些系統配合即可完成自動割管動作。

光電式旋轉測量裝置安裝在割管和扶正器之間的活動架上，見圖2，調型時按照鋼管成型中角調整編碼器上測距輪的角度，安裝拉伸彈簧，使聚氨酯材料的測距輪一直與運轉中的鋼管軟接觸，通過測量運動的速度、角度、位移等物理量，將其轉化為上位機可識別可計算的電信號，從而實現自動化控制功能。正常生產時，鋼管運行到12 m，后橋的光電開關給出信號，PLC收到信號給伺服控制器，伺服控制器控制割管小車開始行走，割管小車行走距離由旋轉編碼器產生的電信號由數控制置CNC、PLC、控制系統等來處理實現直線位移，底部行走機構安裝有齒條和齒輪，行走精確。小車行走同時PLC給出氣缸抬起的信號，氣缸抬起后鋼絲繩拉動割槍接觸到鋼管上，5 s后給出等離子槍點火動作信號開始割管，割管結束后自動熄弧抬槍，小車自動歸位。割管前，在觸摸屏上輸入板寬、管徑、厚度信息，通過調整水平偏差值可以調整割管錯口值，如錯口為10 mm，調整水平偏差數+10 mm，自動匹配速度，管口錯口問題即可解決，圓周方向偏差值一般輸入20 mm，即鋼管割管后圓周方向再走20 mm，以確保完全割除鋼管（圖2）。

圖2 自動割管結構示意圖

2 自動割管機械裝置設計

要實現自動割管，等離子槍自動抬起和落下是關鍵，鋼絲繩牽動的方法為幾種方法中最有效的，割管前割槍遠離鋼管，氣缸在初始位置，鋼絲繩用鋼絲卡固定，鋼絲繩一頭穿過連桿，一頭固定在卷揚機上，中間穿過氣缸，生產1 020 mm鋼管時，卷揚機到氣缸的鋼絲繩長度為1 615 mm，圖3為割槍抬起時的示意圖。長度限位發出訊號后，氣缸活塞桿起升，卷揚機與氣缸之間的鋼絲繩拉長為1 634 mm，轉軸與氣缸間的鋼絲繩縮短，帶動割槍落下，延時5 s后，自動打火割管。

圖3 自動割管割槍抬起時示意圖

割槍固定座中間軸（圖4）的一端連接一個連桿，軸的另一端安裝割槍架，割槍安裝在槍架上，方向與連桿平行。割管時要求割槍與鋼管垂直，管徑變化后需要調整割槍傾斜角和長度，調整螺栓起調整作用，操作方便。

圖4 割槍固定座機構示意圖

3 自動割管后續動作設計

自動割管動作完成后，需要啟動快速分離器，后橋撥管器升起、落下，臺架接管器升起、落下，倒渣車接管器升起、落下，倒渣車升起，倒渣車輥道旋轉、落下，倒渣撥管器升起、落下和輸送輥道接管器升起、落下，通過PLC設定程序，控制每個動作，每個動作之間用延時控制，一個動作完成后繼續下一個動作，后續動作完全實現了自動控制。

4 總結

使用自動割管裝置后，有兩個優點：（1）管端切割錯口質量得到很大提高，錯口長度能控制在5 mm以內，大大保證了后道水壓工序試壓的一次成功率，平頭刀片消耗數量減少了68%。（2）自動割管后，手工執行的動作只有調整、更換等離子槍嘴、電極，在鋼管上書寫管號、測量管徑3個動作，其余14個動作均自動完成，操作人員工作量減少了75%，基本實現看護性操作，后續還可以安裝自動在線噴碼設備，實現在線噴管號，能結合其他崗位優化人員配置。