钢管水压试验机新型步进式取料装置

武晓斌，尤 翔，刘邯涛，吕 江，陆明红

(1.中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710018；2.浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313000)

0 前言

随着工业的发展和人民生活水平的提高，管材在生产和生活中的应用越来越多，用户对高品质管材的需要也日益增加。在钢管生产工艺中，水压试验是一项重要的质检工艺，API标准规定钢管必须做水压试验。

水压试验机的上料形式一般分为上进料式和下进料式，下进料式水压试验机由于进出料位置在试压中心下方即进出料区域位于拉力梁下方，导致拉力梁在钢管行走区域内不能有机械支撑，为防止拉力梁发生下垂变形，通常在拉力梁上方设计桁架式加强筋，这样必然导致拉力梁结构复杂且成本增加。相对而言，上进料式水压试验机进出料位置在试压中心上方即进出料区域位于拉力梁上方，因此拉力梁下方就可以设计若干支撑座，这种结构相对简单，拉力梁不易发生变形且成本较低。鉴于上进料式水压机的优势，中国重型机械研究院股份公司针对上进料式水压机研发出一种新型步进式取料装置，该装置具有运行平稳，定位精确，自动化程度和生产效率高的特点。

1 步进式取料装置的结构组成及控制系统

1.1 步进式取料装置的结构组成

中国重型机械研究院股份公司设计的Φ45 mm～Φ133 mm双线水压试验机步进式取料装置的结构如图1所示。取料装置由取料臂总成，平移导向装置，平移驱动装置，升降导向装置，升降装置，限位检测元件等组成。根据水压试验机的工艺要求，若为双线水压试验机，则取料臂上设有四工位；若为单线水压试验机，则取料臂上设有二工位。取料装置的平移驱动装置采用齿轮齿条机构，变频电机驱动，保证运动平稳。每个运动方向上设两个检测开关即减速点和停止点，当即将运动到位时，减速检测开关发出信号，控制系统会发出指令降低平移速度直至到达目标点，停止检测开关发出信号，电机抱闸启动，取料臂停止，保证取料臂定位准确，将钢管准确放置在目标工位。

图1 取料装置结构示意

如图2所示，取料装置由10组取料臂组成，利用液压缸来驱动一套连杆结构实现10组取料臂的同步升降，每组取料臂的平移都由一个变频减速电机单独驱动，可实现单个或多个取料臂同时动作。根据测长装置反馈的管长信息，由计算机判定取料时需要启动几个取料臂，由于主机活动机架的影响，如此可避免取料臂空动与活动机架发生干涉。

图2 取料装置总体示意

1.2 取料装置的工作流程及主要参数

上料取料装置的工作流程如图3所示，上料时上料取料装置的液压缸活塞杆拉回，取料臂升起将测长对齐工位、1#待料工位、2#待料工位、3#待料工位的四根钢管同时举起，然后取料臂在电机驱动下同步平移，测长对齐工位和1#待料工位的钢管分别运至2#待料工位和3#待料工位，同时原来2#待料工位和3#待料工位的钢管被运至1#试压工位和2#试压工位，取料臂下降放下钢管，取料臂缩回。取料装置的一次动作流程完成升起(取料)、步进送料、落下(放料)、返回四个动作。每个工位均设有有料检测开关，整个过程自动化运行。取料装置的主要参数见表1，出料取料装置与上料取料装置类似。

图3 取料装置工艺流程示意

表1 取料装置的主要参数

1.3 取料装置的控制系统

步进取料装置电气控制系统网络结构如图4所示，电机由西门子G120变频器驱动，变频器通过profinet跟CPU连接，一个变频器同时驱动10个步进取料装置，变频器输出回路由10个接触器和热保护继电器组成，分别对应每一个步进取料装置电机，变频器输出回路如图5所示。测长装置测出的长度值由PLC计算出需要启动的步进取料臂数量并接通对应的接触器。在步进取料装置工位前面是夹紧测长装置，当钢管到达测长工位后测长装置推出完成对齐并夹紧钢管开始测长。测长完成后步进取料装置会将钢管运送到试压工位进行压力测试，由于试压工位钢管两端的密封头移动距离是根据测长值来定位的，所以对测长值的精度和钢管运送过程中产生的偏差量要求很高，本水压机测长精度误差1 mm，而步进取料装置的结构和工作方式完美地解决了钢管运送过程中产生的偏差，使得钢管密封定位的准确性得以保证。

图4 取料装置电气控制系统网络结构

图5 变频器输出回路

2 步进式取料装置的特点

(1)步进式取料装置取料过程中钢管从一个工位到下一工位在管长方向不会发生位移，取料放料时钢管轻拿轻放，而传统的翻板拨料装置在拨料过程中，钢管在管长方向会发生位移，改变管端的对齐位置，而且拨料过程中钢管会发生碰撞，不适用于大管径的钢管。

(2)步进式取料装置采用齿轮齿条变频电机驱动，取料速度可调，运动平稳，定位精确，并且每个取料臂单独驱动，工控机可以根据测长工位的钢管测长值来判定驱动几个取料臂进行取料放料，现场可满足3.5～2 0 m钢管的上下料。

(3)由于水压试验机特殊的工作环境，主机部分与水接触的概率极高，对设备的防锈能力要求高，步进式取料装置的取料臂采用悬臂式取料送料，取料装置的主体结构和传动部分位于主机外侧，相对于传统的放置于主机内的链式步进机构结构简单，且更容易防锈。

(4)相对于惠斯顿机构平移装置，该步进式取料装置结构简单，故障率低，不需要回转空间，占用空间小，且更容易实现不同管长的取放料功能。

3 结束语

该步进式取料装置应用于国内某厂Φ45 mm～Φ133 mm双线水压试验机和Φ70 mm～Φ245 mm单线水压试验机中，经调试后运行平稳，可实现全自动上料、出料，生产效率高。

该步进式取料装置具有结构紧凑，运动平稳，自动化程度高的特点，适应多种长度规格和管径规格的钢管水压试验。有效解决了钢管水压试验上下料过程中钢管磕碰擦伤问题，同时缩短了水压试验的辅助时间，提高了生产效率。