螺旋鋼管自動倒渣系統研發

本文主要介紹了螺旋鋼管自(zi)動(dong)倒渣系統，從工(gong)作原(yuan)理、系統設(she)計、自(zi)動(dong)化改(gai)造、數控裝置(zhi)（PLC）總控等方面對螺旋鋼管自(zi)動(dong)倒渣系統做了(le)詳(xiang)細的闡述(shu)。該系統自(zi)動(dong)化程(cheng)度較高(gao)、結構合理、安(an)全可(ke)靠、可(ke)操作性較強，能提(ti)高(gao)工(gong)作效(xiao)率，保(bao)證(zheng)安(an)全、連續生產，降低了(le)生產成(cheng)本和勞(lao)動(dong)強度。通(tong)過一段時間(jian)的運轉，具(ju)有(you)良好的效(xiao)果(guo)。可(ke)推廣應(ying)用。

【關(guan)鍵詞】倒渣(zha)系(xi)統 自(zi)動(dong)化(hua)控制 降耗增(zeng)效

1螺(luo)旋鋼管倒(dao)渣系統(tong)概(gai)述

螺旋鋼管自動(dong)化(hua)生產線，采(cai)用的生產工藝(yi)是(shi)以帶鋼卷板為原材料，經常溫(wen)擠壓成(cheng)型(xing)，以自動(dong)雙絲雙面埋弧(hu)焊(han)工藝(yi)焊(han)接而成(cheng)的螺旋鋼管。

其具體工藝流程如(ru)下：

上料開卷夾送矯平剪切對焊銑邊遞送預彎(wan)成型內焊外焊定尺切斷撥出倒(dao)渣補焊在線超(chao)聲波(bo)探傷平頭倒(dao)棱水壓(ya)試(shi)驗X光檢測收集(ji)入庫

該(gai)生(sheng)(sheng)(sheng)產線自(zi)動(dong)化(hua)程度較高，可連續生(sheng)(sheng)(sheng)產。焊(han)接完成后，為(wei)保(bao)證產品質量和連續生(sheng)(sheng)(sheng)產，要求必(bi)須在規定時間內將(jiang)螺(luo)旋管內焊(han)過程中產生(sheng)(sheng)(sheng)的焊(han)渣(zha)清(qing)除(chu)，清(qing)除(chu)的焊(han)渣(zha)通過回(hui)收利用(yong)系統，篩(shai)選重復使用(yong)。

我廠2006年(nian)投資(zi)建(jian)成(cheng)(cheng)的(de)(de)第(di)一(yi)條螺旋(xuan)鋼管(guan)生產線，因(yin)場地、資(zi)金等(deng)原因(yin)沒有(you)配備專用的(de)(de)倒渣(zha)系統(tong)(tong)。第(di)二條螺線管(guan)生產線2008年(nian)投資(zi)建(jian)成(cheng)(cheng)，配置了專用的(de)(de)倒渣(zha)系統(tong)(tong)，通(tong)(tong)過(guo)實際運轉，我們(men)發現存(cun)在(zai)(zai)一(yi)定(ding)的(de)(de)缺陷，突出(chu)的(de)(de)問題在(zai)(zai)于(yu)效率不高，存(cun)在(zai)(zai)一(yi)定(ding)的(de)(de)安全隱患。為此(ci)我們(men)以第(di)一(yi)條螺線管(guan)生產線為試點，研發了一(yi)套適合(he)自己的(de)(de)倒渣(zha)系統(tong)(tong)，通(tong)(tong)過(guo)實際使用，效果(guo)良(liang)好，有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)推廣(guang)應用價值。

2自動倒渣系統工作原理和系統的設計運轉

倒渣(zha)機的工作要求(qiu)：在(zai)保證產(chan)品質量、安全和連續生產(chan)的前提下，在(zai)規定時間將內焊(han)產(chan)生的焊(han)渣(zha)清理干凈。清理的焊(han)渣(zha)經回收(shou)利用(yong)系統篩選重復使用(yong)。

倒渣系(xi)統工作(zuo)原理：采用機械裝置(zhi)配合(he)輸送，液壓裝置(zhi)調整控制，數控裝置(zhi)（PLC）總控完(wan)成一系(xi)列系(xi)統循環操作(zuo)。

下面就以人工倒(dao)渣和(he)自(zi)動倒(dao)渣系(xi)統相對比的方式加以說明。

2.1人(ren)工倒渣作業流程

人工倒渣作業(ye)，是以(yi)大(da)量人工勞(lao)動，輔以(yi)部分機械進行(xing)倒渣作業(ye)。即先通過行(xing)車利用鋼(gang)絲繩吊起(qi)鋼(gang)管一端(duan)，成一定(ding)角度后，利用焊(han)渣的重力作用使焊(han)渣沿著傾斜的鋼(gang)壁滑出。

該過程必(bi)須配(pei)備(bei)2-3人(ren)給負責掛鋼(gang)絲繩，增(zeng)加了安全隱患，同(tong)時(shi)(shi)(shi)由于鋼(gang)管吊(diao)裝(zhuang)位置的(de)限制(zhi)，不能(neng)有效(xiao)轉動，一些貼壁焊渣難以脫落，必(bi)須采用人(ren)工(gong)敲(qiao)擊鋼(gang)管。這種作業方(fang)式(shi)，一次倒渣流程需(xu)(xu)要(yao)10-15分(fen)鐘的(de)時(shi)(shi)(shi)間(jian)（時(shi)(shi)(shi)間(jian)跨度(du)較(jiao)大(da)的(de)主要(yao)原因(yin)是(shi)準備(bei)時(shi)(shi)(shi)間(jian)較(jiao)長，不可控因(yin)素(su)較(jiao)多），鋼(gang)管要(yao)在車間(jian)內最(zui)高(gao)吊(diao)起10米(mi)，需(xu)(xu)要(yao)吊(diao)裝(zhuang)、清渣、輔(fu)助(zhu)配(pei)合人(ren)員共同(tong)作業。該過程效(xiao)率較(jiao)低，不安全因(yin)素(su)較(jiao)多，職工(gong)的(de)勞動強度(du)很(hen)大(da)，并不能(neng)保證生產的(de)連續性(xing)。

2.2自動倒渣系統設(she)備組成和作(zuo)業流程

2.2.1自動倒渣(zha)系(xi)統設備組成

為了(le)解決上述問題，提高產(chan)品質量、工作(zuo)效(xiao)率和安全生產(chan)，系(xi)統研(yan)(yan)發科(ke)研(yan)(yan)小(xiao)(xiao)組查閱了(le)大量的資料，對(dui)國內(nei)外(wai)鋼(gang)管(guan)廠的倒(dao)渣(zha)裝(zhuang)置進行了(le)研(yan)(yan)究(jiu)和分析。針對(dui)車間現場(chang)空間小(xiao)(xiao)，設(she)備體(ti)積不(bu)能過大，而且還(huan)必須操作(zuo)靈活的特點(dian)。經過反復論(lun)證，不(bu)斷(duan)改進，設(she)計了(le)由(you)滾動斜坡(po)、倒(dao)渣(zha)橋體(ti)、頂升油(you)缸、旋轉托輥、授管(guan)器、立擋輥、小(xiao)(xiao)型液(ye)壓泵站等組成(cheng)的機械液(ye)壓裝(zhuang)置；自動化控制(zhi)（PLC）裝(zhuang)置等部分組成(cheng)的自動倒(dao)渣(zha)系(xi)統。倒(dao)渣(zha)系(xi)統適用于(yu)φ219～φ2020鋼(gang)管(guan)制(zhi)造。

2.2.2自(zi)動倒渣系統的作業流(liu)程

自動倒渣系統采(cai)用機(ji)械(xie)裝置(zhi)配合輸送，液壓裝置(zhi)調整控(kong)制，數控(kong)裝置(zhi)（PLC）總控(kong)，完成系統循(xun)環操作。

工作過程如下：

焊(han)(han)接完(wan)成(cheng)的鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)經(jing)切割作業(ye)(ye)完(wan)成(cheng)后(hou)，光(guang)電控制系統反饋給遠程輸(shu)(shu)送(song)(song)系統，遠程輸(shu)(shu)送(song)(song)系統發(fa)出倒(dao)(dao)渣(zha)作業(ye)(ye)指令，倒(dao)(dao)渣(zha)作業(ye)(ye)開始。首(shou)先通過輸(shu)(shu)送(song)(song)軌道觸發(fa)接近開關，由落(luo)管(guan)(guan)(guan)(guan)器把鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)輸(shu)(shu)送(song)(song)到(dao)倒(dao)(dao)渣(zha)裝置上(shang)。當管(guan)(guan)(guan)(guan)端(duan)將到(dao)達倒(dao)(dao)渣(zha)橋(qiao)(qiao)(qiao)體上(shang)的立擋輥(gun)(gun)位置時，通過PLC編程，啟(qi)動(dong)(dong)液壓裝置，油(you)缸(gang)回(hui)落(luo)。當倒(dao)(dao)渣(zha)橋(qiao)(qiao)(qiao)體落(luo)至與水(shui)平面(mian)成(cheng)20°角處(chu)，油(you)缸(gang)靜止。然后(hou)倒(dao)(dao)渣(zha)橋(qiao)(qiao)(qiao)體橋(qiao)(qiao)(qiao)上(shang)托輥(gun)(gun)向某一(yi)方向轉(zhuan)動(dong)(dong)約1分鐘(zhong)，焊(han)(han)渣(zha)從管(guan)(guan)(guan)(guan)內全部淌出，落(luo)進焊(han)(han)渣(zha)槽(cao)中，橋(qiao)(qiao)(qiao)上(shang)托輥(gun)(gun)停止轉(zhuan)動(dong)(dong)，啟(qi)動(dong)(dong)油(you)缸(gang)回(hui)程，帶動(dong)(dong)倒(dao)(dao)渣(zha)橋(qiao)(qiao)(qiao)體升(sheng)起到(dao)初始位置，最(zui)后(hou)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)經(jing)授管(guan)(guan)(guan)(guan)器將其送(song)(song)入補焊(han)(han)軌道，進行下一(yi)道工(gong)序(xu)的作業(ye)(ye)，即完(wan)成(cheng)一(yi)次倒(dao)(dao)渣(zha)流程。

使用該(gai)(gai)倒(dao)(dao)渣系統進(jin)行倒(dao)(dao)渣作(zuo)業(ye)，一次作(zuo)業(ye)流(liu)程3分鐘；人員(yuan)僅需(xu)要(yao)遠程操(cao)(cao)控(kong)(kong)人員(yuan)一人（該(gai)(gai)操(cao)(cao)控(kong)(kong)人員(yuan)在(zai)操(cao)(cao)控(kong)(kong)室內(nei)操(cao)(cao)作(zuo)，可進(jin)行內(nei)外焊、調型、等離(li)子切(qie)割、倒(dao)(dao)渣等多項作(zuo)業(ye)）；鋼管(guan)不需(xu)要(yao)吊裝，始終(zhong)在(zai)操(cao)(cao)作(zuo)輥道上運(yun)轉(zhuan)；可連續生(sheng)產。兩種作(zuo)業(ye)方式(shi)對比見表1。

3設計過程中的難點和解決辦法

3.1自(zi)動倒(dao)渣系統的設(she)計與(yu)制(zhi)作

3.1.1托輥轉速

焊(han)(han)(han)渣(zha)(zha)在鋼管內(nei)的位置(zhi)取決于鋼管的轉(zhuan)速(su)。下圖1為焊(han)(han)(han)渣(zha)(zha)在旋(xuan)轉(zhuan)管體內(nei)的受力分析，鋼管轉(zhuan)速(su)直接(jie)影響(xiang)焊(han)(han)(han)渣(zha)(zha)的擾動速(su)度。焊(han)(han)(han)渣(zha)(zha)離(li)開管底的高度越(yue)高，擾動越(yue)大。設焊(han)(han)(han)渣(zha)(zha)的重力為G，當鋼管旋(xuan)轉(zhuan)角(jiao)速(su)度為W時，焊(han)(han)(han)渣(zha)(zha)從(cong)A點上升(sheng)到(dao)M點，產生背離(li)鋼管中(zhong)心O的離(li)心力Q，與(yu)(yu)Q垂直方向的切(qie)向摩擦(ca)力F，與(yu)(yu)Q方向相反的法(fa)向約(yue)束力N。

從焊渣的(de)受力情(qing)況可以推算(suan)出焊渣從A點升(sheng)至M點的(de)升(sheng)角α，從而(er)確定(ding)托輥的(de)轉速。

3.1.2倒渣系統重心(xin)支點的確定

重心(xin)(xin)支點選擇在整體倒(dao)渣(zha)支架的(de)中心(xin)(xin)，此(ci)設計縮短(duan)了(le)主油缸一(yi)半的(de)倒(dao)渣(zha)行程，減少(shao)了(le)完成一(yi)根鋼管所需的(de)倒(dao)渣(zha)時間，有(you)效的(de)提高了(le)生產效率。

3.1.3滾動斜坡的設計

根據現有倒(dao)(dao)渣(zha)系統的運轉情況，結合生產線的自身(shen)特點，在落管(guan)器的后面(mian)，倒(dao)(dao)渣(zha)機架之前位置(zhi)，增(zeng)加了一(yi)個(ge)滾動斜(xie)坡。利用重力原理使鋼管(guan)切割(ge)作(zuo)業完成后，沿滾動斜(xie)坡自動落到倒(dao)(dao)渣(zha)架上(shang)。該結構可減少(shao)托(tuo)輥(gun)的液壓升降(jiang)機構數量，降(jiang)低操作(zuo)難度(du)。

同時通過控制(zhi)后橋上(shang)鋼管的(de)(de)落(luo)點，配合滾動斜坡的(de)(de)設計(ji)減(jian)少(shao)了倒渣架上(shang)的(de)(de)鋼管縱(zong)向(xiang)移動機構(gou)。減(jian)少(shao)了工藝流(liu)程，降低了制(zhi)造成本，提高(gao)了工作效率。

3.1.4授管(guan)器標高(gao)與托輥標高(gao)的選擇

該生產線鋼(gang)管規格(ge)從φ219～φ2020mm，長度(du)(du)6m到12m，規格(ge)、長度(du)(du)跨度(du)(du)較大。這就要求我們設計制造(zao)的倒渣系統有一定的適應性。這個參(can)數(shu)的設計是為(wei)了(le)適用于不(bu)同管徑的鋼(gang)管進行倒渣作(zuo)業(ye)。為(wei)此(ci)我們做了(le)大量(liang)的實驗(yan)，最終標高參(can)數(shu)為(wei)870mm，配合(he)后續(xu)機(ji)構運轉，解決(jue)了(le)這一難題(ti)。

3.1.5各組(zu)成機構中心距的選擇

（1）授(shou)管器兩支點中心距(ju)。

（2）托輥中心距(ju)。上面兩個參(can)(can)數決定著該(gai)倒(dao)渣裝置是否適用(yong)于不同(tong)管(guan)徑的(de)鋼管(guan)。若參(can)(can)數選擇(ze)不當，會(hui)導致旋轉托輥不能作(zuo)用(yong)，或(huo)者(zhe)授管(guan)器無法接觸到(dao)鋼管(guan)，從而影(ying)響倒(dao)渣作(zuo)業(ye)。

（3）三個授管(guan)器的(de)(de)(de)間(jian)距。通過(guo)該參數(shu)的(de)(de)(de)設(she)計，使得新倒渣(zha)系統既適(shi)用于6米的(de)(de)(de)鋼管(guan)，又適(shi)用于12米的(de)(de)(de)鋼管(guan)。

以上幾個(ge)參數(shu)的(de)合(he)(he)理選擇，充分保證了(le)倒渣(zha)系統的(de)合(he)(he)理運轉(zhuan)，減少了(le)不(bu)必要的(de)裝置，減低(di)了(le)設備維護和運轉(zhuan)的(de)費用，提高了(le)工作效率。

3.2倒渣(zha)機與落管(guan)器的協調作業

倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)機與落(luo)(luo)管器(qi)之(zhi)間的距離選擇。該(gai)參(can)數(shu)選擇我們借(jie)鑒了(le)(le)現有生(sheng)(sheng)產(chan)線的參(can)數(shu)設(she)計(ji)，并有所改進(jin)。通過調整該(gai)參(can)數(shu)，使得新倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)系統與螺(luo)(luo)旋鋼(gang)管第二條生(sheng)(sheng)產(chan)線的倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)系統相比，簡化了(le)(le)倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)工藝流(liu)程。螺(luo)(luo)旋鋼(gang)管第二條生(sheng)(sheng)產(chan)線在進(jin)行(xing)倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)作(zuo)業時(shi)，鋼(gang)管切(qie)割下來后由(you)落(luo)(luo)管器(qi)把(ba)鋼(gang)管輸送到倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)裝置上，橋體升起后，需要將落(luo)(luo)管器(qi)抬(tai)(tai)起才(cai)能進(jin)行(xing)倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)，而(er)新設(she)計(ji)的倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)裝置無需將落(luo)(luo)管器(qi)抬(tai)(tai)起便可(ke)進(jin)行(xing)倒(dao)(dao)(dao)渣(zha)作(zuo)業。提高了(le)(le)工作(zuo)效率(lv)，降低(di)了(le)(le)生(sheng)(sheng)產(chan)成本(ben)。

3.3自動化控制（PLC）

自(zi)動(dong)化控制（PLC）使用是該系(xi)統的另一(yi)亮點，自(zi)動(dong)化控制（PLC）裝置將倒(dao)渣作(zuo)業(ye)(ye)的各個(ge)環節，整合為一(yi)個(ge)可循環的連續作(zuo)業(ye)(ye)過程。有效的調高了(le)生(sheng)產效率，保證了(le)安全(quan)文明生(sheng)產、降低(di)了(le)生(sheng)產成(cheng)本(ben)。

4安全管理

螺旋(xuan)鋼(gang)管自(zi)動(dong)倒(dao)渣系(xi)統(tong)自(zi)動(dong)化程度較(jiao)高(gao)(gao)、結構合理、安全(quan)可靠、可操作(zuo)性(xing)較(jiao)強，可以和遠程自(zi)動(dong)化控制系(xi)統(tong)配(pei)合使用(yong)，提(ti)高(gao)(gao)工(gong)作(zuo)效(xiao)率，保證了安全(quan)生產文明施工(gong)。

5產生的效益

螺旋鋼管自動(dong)倒渣(zha)系(xi)(xi)統系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)應用(yong)，使(shi)倒渣(zha)作業(ye)質量顯著提高。同時(shi)減少了(le)(le)危險，消(xiao)除了(le)(le)安(an)全隱患，降低了(le)(le)勞動(dong)強(qiang)度(du)，提高了(le)(le)生(sheng)產(chan)效率。同時(shi)該(gai)套系(xi)(xi)統有一定的(de)(de)(de)推廣應用(yong)性(xing)。通過該(gai)系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)設計(ji)和制造，我(wo)們掌握了(le)(le)一系(xi)(xi)列(lie)的(de)(de)(de)設計(ji)經驗和設計(ji)理念，為今后企業(ye)的(de)(de)(de)快速(su)可(ke)持續(xu)發(fa)展提供(gong)有力的(de)(de)(de)保障。