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JCOE生产线钢管倒棱机的设计及应用贾云刚1,尚才众1,吴建国1,陈伟1,杨森民1,郭学华2(1.河北海乾威钢管有限公司,河北沧州061300;2.沧州华隆机械有限公司,河北沧州061308)摘要:介绍了目前国内JCOE生产线钢管倒棱机的3种布置方式及其优缺点。重点介绍了第1种布置方式(即采用同一轴线上的2个床头箱移动对钢管两端同时进行倒棱,钢管用横移小车接送的布置方式)倒棱机的传动系统、自动化控制、安全连锁保护等方面的设计特点,以及其生产效率等。实际应用表明:所设计的钢管倒棱机布置较科学,结构合理,控制准确、精度高,生产效率高,能满足生产要求。关键词:焊接钢管;倒棱机;设计;布置方式;传动系统;自动化控制;连锁保护;生产效率中图分类号:TG502;TG445文献标志码:B文章编号:1001-2311(2015)02-0041-04DesignandApplicationofChamferingMachineofJCOEPipeProductionLineJIAYungang1,SHANGCaizhong1,WUJianguo1,CHENWei1,YANGSenmin1,GUOXuehua2(1.HebeiHaiqianweiSteelPipeCo.,Ltd.,Cangzhou061300,China;2.CangzhouHualongMachineryCo.,Ltd.,Cangzhou061308,China)Abstract:DescribedinthearticlearethethreearrangementtypesofthechamferingmachinecurrentlyusedbydomesticJCOEpipeproductionlines,andadvantagesanddisadvantagesofeachtype.Focusedonisthefirstarrangementtypeofthemachinewhichinvolvesthatchamferingofbothendsofonepipearebeingconductedsimultaneouslyandseparatelybythetwoheadstocksasmovinglongthesameaxis,andthatthepipeischargedanddischargedbythetransfercar.Andalsoelaboratedaredetailsofthedesigncharacteristicsofthemainaspectsofthechamferingmachinearrangedasabovementioned,includingthedrivesystem,theautomaticcontrolandthesafety-interlinkingprotectionmechanism,etc.Theproductionefficiencyofthemachineismentioned,too.Theactualoperationresultdemonstratesthatthechamferingmachineisinpossessionofsuchadvantagesasscientificandreasonablearrangement,properstructure,precisecontrol,highaccuracyandhighproductionefficiency,beingcapableofmeetingtheproductionrequirements.Keywords:weldedpipe;chamferingmachine;design;arrangementtype;drivesystem;automaticcontrol;interlinkingprotection;productionefficiency2014年国内经济形势逐步回暖,石油天然气用管的需求保持着增长态势,国内推动城镇化建设仍是拉动钢管市场的最大“亮点”。2014年,国内启动实施的管线工程有西气东输三线中段(中卫—吉安段)、陕—京四线等。我国每年对油气输送管线管的市场需求在700万t左右,促进了钢管制造业的发展咱1-4暂。钢管倒棱机是制管生产线中的主要生产设备之一,它完成钢管的平头和倒棱工作,为管线的施工焊接提供合适的坡口尺寸咱5-7暂。本文主要从倒棱机的布置方式、传动系统、自动化控制、生产效率等方面介绍JCOE生产线钢管倒棱机的设计及应用情况。1钢管倒棱机的整体布置方案目前国内钢管倒棱机的布置方式主要有3种:淤处于同一轴线上的2个床头箱移动对钢管两端同时进行倒棱,钢管接送采用横移小车咱8暂;于处于同贾云刚(1975-),男,硕士,教授级高级工程师,主要从事JCOE直缝埋弧焊管生产线设备的研发工作。杂栽耘耘蕴孕陨孕耘Apr援圆园15,灾燥造援44,晕燥援2钢管圆园15年4月第44卷第2期41一轴线上的2个床头箱移动对钢管两端同时进行倒棱,钢管的接送由拨管器完成,即床头箱移动,钢管滚动式;盂2个床头箱固定且错位排列,钢管两端先后倒棱,钢管的接送采用拨管器,由V型辊道输送咱5-6暂。上述3种布置方式中,第3种布置方式主要用于小直径、薄壁、对加工精度要求不高的钢管,但在加工长度为8.0耀12.5m的钢管时,由于只有1个夹紧装置夹持钢管,偏心严重,很难保证钢管的稳定性和倒棱质量;当切削力较大时钢管振动较大,既影响倒棱质量又容易打刀咱9-12暂;此种设备生产效率低,造价也低,主要用于一些小型钢管厂。第2种布置方式在2002年以前在国内外大型钢管厂使用;但是近几年来,随着大壁厚钢管的生产,拨管器授料方式危险程度增大,拨管器在拨料过程中对钢管表面容易造成碰伤、划伤、摔坑,钢管滚动过程中噪音较大,设备自动化控制较难实现。第1种布置方式自2002年以后,在国内外普遍使用,此种设备的最大优点是生产效率高,移动精度高,切削精度高咱5-7暂,钢管质量有保证,设备自动化控制容易实现;缺点是设备结构较复杂,精密床身及导轨维护要求高。为了满足大直径油气管线管的高质量要求,在倒棱机的整体布局设计中,河北海乾威钢管有限公司采用了第1种布置方式,其整体布置及实物全貌分别如图1和图2所示。1—设备底座2—大托板运行位移编码器3—大托板4—大托板运行动力装置5—小托板运行位移编码器6—小托板运行动力装置7—主电机8—床头箱(主传动箱)9—大盘10—铣削刀具11—钢管夹紧装置12—钢管13—承重传感器14—升降托架15—钢管横移小车图1采用第1种方式的倒棱机整体布置示意图2采用第1种布置方式的倒棱机全貌2倒棱机的传动系统设计采用第1种布置方式的倒棱机主传动系统结构设计如图3所示,各传动轴空间布置设计如图4所示。该传动系统由变频电机(型号YTSP315L-8,功率110kW,电流220A,扭矩140N·m,转速750r/min)驱动,主传动的输出端带动大盘转动,大盘上安装有可纵向移动的刀具装置,以完成对各规格钢管端面的坡口加工。该传动系统有6级变速机构,以保证电机在恒扭矩范围内对各种规格钢管的加工。主电机通过联轴器与玉轴联接,玉轴通过定比齿轮Z24/Z48传至域轴,域轴通过三联滑移齿轮Z24/Z66或Z33/Z57或Z28/Z62传至芋轴,芋轴通过二联滑移齿轮Z45/Z45或Z30/Z60传至郁轴,郁轴通过斜齿定比齿轮Z30/Z60传至遇轴,遇轴通过Z30/Z66传至吁轴(主轴)咱13-14暂。根据图3~4所示结构与数据,可计算出该传动系统变速机构的6种输出速度ni及6种输出扭矩Ti分别为:n1=15.50(r/min),T1=67760(N·m);n2=31.00(r/min),T2=33880(N·m);n3=19.24(r/min),T3=37888(N·m);n4=38.48(r/min),T4=22733(N·m);n5=24.67(r/min),T5=35466(N·m);n6=49.34(r/min),T6=17733(N·m)咱13-14暂。从以上计算结果看出:在电机的额定转速750r/min下,大盘的输出转速在15.50耀49.34r/min有级变动,加之驱动装置为变频电机驱动,可以无极调速;因此,大盘的转速在理论上是可以在0耀49.34r/min内无极调速。但无论怎样调节,根据电机的杂栽耘耘蕴孕陨孕耘Apr援圆园15,灾燥造援44,晕燥援242玉耀遇—各传动轴1—变频电机2—滑移齿轮3—大盘4—钢管5—刀具图3采用第1种方式的倒棱机主传动系统结构示意玉耀遇—各传动轴图4采用第1种方式的倒棱机主传动系统各传动轴空间布置示意使用特点,当频率低于50Hz时,电机的扭矩是保持恒定的;因此,大盘的输出扭矩在17733耀67760N·m有级变动。采用第1种布置方式的倒棱机独特的传动设计,不仅满足了低转速、大扭矩、能车削各种钢管的要求,而且保证了倒棱机的正常使用。3倒棱机的自动化控制及安全连锁保护设计倒棱机采用的是全自动控制系统。光幕检测钢管位置,编码器检测运动行程,以实现托板及主轴箱行程的准确控制咱9暂。整套倒棱机控制系统具有连锁控制、故障停机、急停、自动报警等功能。操作台设有人机界面,完成动态画面显示、加工工艺参数设定和打印报表。为了保证设备以及人身安全,控制系统设计有以下连锁装置:渊1冤钢管夹紧装置与主轴旋转之间的连锁咱10暂。钢管夹紧装置必须夹紧后主轴才能旋转,即钢管夹紧装置升降油缸下限位有感应。渊2冤钢管夹紧装置与托板之间的连锁。当钢管夹紧装置夹紧时,大托板不能有任何移动,即禁止大托板的前进与后退;只有钢管夹紧装置松开到位,大托板才可以移动。渊3冤钢管夹紧装置与升降托架之间的连锁咱11暂。钢管夹紧装置夹紧时,升降托架不得上升,但可以下降;钢管夹紧装置松开时,升降托架才可以上升;升降托架在“下降到位”的位置,钢管夹紧装置才可以夹紧。渊4冤钢管夹紧装置与床头箱之间的连锁咱4暂。钢管夹紧装置夹紧时,主轴箱(小托板)才可以运动,如快进及工进等。渊5冤操作门的连锁。在操作门的下方设置接近开关,当操作门关上并到位,主轴电机方可启动;如果在主轴旋转中拉开操作门,主电机立即停车并制动抱闸咱12暂。4其他设计倒棱机还设计配置有自动测长及称重装置,配合设备的控制系统,自动加工至钢管所需的长度(定尺管)并自动测出成品钢管的质量,每班以报表的形式予以打印上报。5应用效果现以加工1根X80钢级椎1219mm伊33.3mm伊12000mm大直径直缝埋弧焊管为例,其倒棱加工流程及每个工步用时如图5所示。从图5可以看出:倒棱加工1根钢管用时为5.47min,也就是说倒棱机的生产效率达到了10根/h。倒棱切削时间主要受切削余量、板厚、材质及钢管椭圆度影响。6结语目前,国内外对大直径大壁厚钢管管端坡口质量要求不断提高,钢管倒棱机必须不断改进和创新,才能使我国钢管与国外钢管在国际舞台上进行竞争。采用同一轴线上2个床头箱移动对钢管两端同时进行倒棱,钢管用横移小车接送的布置方式设贾云刚等:JCOE生产线钢管倒棱机的设计及应用钢管圆园15年4月第44卷第2期43t—加工时间(单位:min)图5X80钢级椎1219mm伊33.3mm伊12000mm大直径直缝埋弧焊管倒棱加工流程及工步用时计的倒棱机,具有结构紧凑、稳定性强、加工范围广、生产效率高等特点,是一种新型的钢管自动倒棱机,所加工的钢管能满足国内外相关标准的要求,适合各大中型钢管厂采用,能够有效地促进我国钢管产业的发展,有较好的推广价值。7参考文献咱1暂王晓香.2012年以来我国焊管产业的发展形势及建议咱J暂.钢管,2014,43渊1冤:1-4.咱2暂彭在美,沈发楚,嵇绍伟.我国UOE/JCOE直缝埋弧焊管机组的现状及发展趋势咱J暂.钢管,2013,42渊2冤:1-5.咱3暂陈宝林.我国建设直缝埋弧焊管机组的前景咱J暂.钢管,2000,29渊2冤:5-9.咱4暂贾云刚,尚才众,郑丽华,等.JCOE直缝埋弧焊管的发展优势咱C暂/
本文标题:JCOE生产线钢管倒棱机的设计研究
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