螺旋焊管自动割管系统的应用

赵艺

（新疆八钢金属制品有限公司乌鲁木齐金圆螺旋焊管分厂，新疆 乌鲁木齐 830022）

0 引言

螺旋焊管行业割管工序是指在成型机组上由钢板卷制成钢管，到12 m定尺时用等离子切割，然后将钢管运送到下一个工序，一般采用手动割管，手动割管存在两个问题：一是工序复杂，用工量大，每次割管要完成调整、更换等离子枪嘴、电极、在钢管上书写管号、测量管径、割管、钢管分离、拨管拨、落、接管接、落、倒渣接、落、倒渣升、降、倒渣后拨出、落、输送辊道接管、落管等17个动作。二是手动割管切割口不齐，错口量5～20mm，错口量大会影响：（1）后道水压工序无法上压，水压工序采用平端轴向密封方式，两端用聚氨酯P型端封贴住钢管两端，注水后试压，钢管两端不齐有错口，会影响到P行端密封效果，导致无法试压；（2）后续平头工序使用的易损件平头刀片消耗量大，为15t/片。使用自动割管后，操作工动作可以减少到3个，且切口错口可以调整，错口尺寸在5mm以内，水压100%正常进行，平头刀片消耗量为22t/片，两种方式前者设备粗放，全靠人工调整，后者设备设计精准，靠程序控制。

1 自动割管结构改进

1.1 手动割管结构

手动割管和自动割管一样均使用空气等离子弧切割法，手动割管时，钢管到12 m长度接近开关处发讯，割管小车上的气缸抬起，带动连杆和跟踪轮抬起，跟踪轮带动割管小车跟随钢管行走，同时人工操作等离子枪起弧割管，割管结束后人工将割管小车推回原位（图1）。割管的错口尺寸需要控制，手动割管通过调整跟踪轮来调节错口，因设备精度差，时常有错口出现且错口较大，水压P型端封封不住错口，试压压力不达标，需要先平头再试水压，P型端封消耗大，工艺流程不合理。

图1 手动割管小车结构示意图

1.2 自动割管结构

自动割管采用同步编码器，它可以将钢管旋转时的位移转换成一串数字脉冲信号，这些脉冲能用来控制角位移，编码器与切管小车伺服电机控制的齿轮条结合在一起，用于准确测量直线位移，编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理，这些系统配合即可完成自动割管动作。

光电式旋转测量装置安装在割管和扶正器之间的活动架上，见图2，调型时按照钢管成型中角调整编码器上测距轮的角度，安装拉伸弹簧，使聚氨酯材料的测距轮一直与运转中的钢管软接触，通过测量运动的速度、角度、位移等物理量，将其转化为上位机可识别可计算的电信号，从而实现自动化控制功能。正常生产时，钢管运行到12 m，后桥的光电开关给出信号，PLC收到信号给伺服控制器，伺服控制器控制割管小车开始行走，割管小车行走距离由旋转编码器产生的电信号由数控制置CNC、PLC、控制系统等来处理实现直线位移，底部行走机构安装有齿条和齿轮，行走精确。小车行走同时PLC给出气缸抬起的信号，气缸抬起后钢丝绳拉动割枪接触到钢管上，5 s后给出等离子枪点火动作信号开始割管，割管结束后自动熄弧抬枪，小车自动归位。割管前，在触摸屏上输入板宽、管径、厚度信息，通过调整水平偏差值可以调整割管错口值，如错口为10 mm，调整水平偏差数+10 mm，自动匹配速度，管口错口问题即可解决，圆周方向偏差值一般输入20 mm，即钢管割管后圆周方向再走20 mm，以确保完全割除钢管（图2）。

图2 自动割管结构示意图

2 自动割管机械装置设计

要实现自动割管，等离子枪自动抬起和落下是关键，钢丝绳牵动的方法为几种方法中最有效的，割管前割枪远离钢管，气缸在初始位置，钢丝绳用钢丝卡固定，钢丝绳一头穿过连杆，一头固定在卷扬机上，中间穿过气缸，生产1 020 mm钢管时，卷扬机到气缸的钢丝绳长度为1 615 mm，图3为割枪抬起时的示意图。长度限位发出讯号后，气缸活塞杆起升，卷扬机与气缸之间的钢丝绳拉长为1 634 mm，转轴与气缸间的钢丝绳缩短，带动割枪落下，延时5 s后，自动打火割管。

图3 自动割管割枪抬起时示意图

割枪固定座中间轴（图4）的一端连接一个连杆，轴的另一端安装割枪架，割枪安装在枪架上，方向与连杆平行。割管时要求割枪与钢管垂直，管径变化后需要调整割枪倾斜角和长度，调整螺栓起调整作用，操作方便。

图4 割枪固定座机构示意图

3 自动割管后续动作设计

自动割管动作完成后，需要启动快速分离器，后桥拨管器升起、落下，台架接管器升起、落下，倒渣车接管器升起、落下，倒渣车升起，倒渣车辊道旋转、落下，倒渣拨管器升起、落下和输送辊道接管器升起、落下，通过PLC设定程序，控制每个动作，每个动作之间用延时控制，一个动作完成后继续下一个动作，后续动作完全实现了自动控制。

4 总结

使用自动割管装置后，有两个优点：（1）管端切割错口质量得到很大提高，错口长度能控制在5 mm以内，大大保证了后道水压工序试压的一次成功率，平头刀片消耗数量减少了68%。（2）自动割管后，手工执行的动作只有调整、更换等离子枪嘴、电极，在钢管上书写管号、测量管径3个动作，其余14个动作均自动完成，操作人员工作量减少了75%，基本实现看护性操作，后续还可以安装自动在线喷码设备，实现在线喷管号，能结合其他岗位优化人员配置。