楊 永，王憲棟，吳培龍

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

螺旋縫焊管生產(chǎn)線上，鋼卷的開卷和帶鋼“舌頭”的準(zhǔn)備工作會占據(jù)對頭的大部分時(shí)間，目前國內(nèi)生產(chǎn)機(jī)組大都采用剪板機(jī)切掉板頭和板尾，然后進(jìn)行對頭焊接以保證螺旋縫焊管的連續(xù)生產(chǎn)［1-3］。但在生產(chǎn)過程中，往往會出現(xiàn)對接焊縫偏差及“月牙彎”等難以消除的問題。為了適應(yīng)螺旋縫焊管行業(yè)的快速發(fā)展，山東勝利鋼管有限公司從德國全套引入預(yù)開卷設(shè)備，專門用來開卷并進(jìn)行鋼卷的準(zhǔn)備工作，以期縮短對頭時(shí)間和提高對頭焊質(zhì)量。

1 預(yù)開卷設(shè)備工作原理

預(yù)開卷設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)器、鋼卷夾持裝置、鏟刀、帶鋼角度測量裝置和等離子切割裝置等部分組成。

鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)器靠液壓系統(tǒng)帶動(dòng)兩個(gè)液壓電動(dòng)機(jī)做正向和反向旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到鋼卷正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。

鋼卷夾持裝置安裝在鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)器上方，由兩個(gè)液壓油缸帶動(dòng)，上下有兩個(gè)限位，可以壓下與抬起，壓下時(shí)可以保證鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，吊運(yùn)鋼卷時(shí)抬起，確保鋼卷順利吊走。

鏟刀、帶鋼角度測量裝置、夾緊機(jī)構(gòu)以及切割架均固定在可移動(dòng)夾持架上?？梢苿?dòng)夾持架靠油缸作用力可以順設(shè)備方向前后及上下移動(dòng)；鏟刀下部焊接8個(gè)輥?zhàn)?，開口部分呈楔形，可以保證鋼卷在角度很小的情況下依然能夠開卷；帶鋼角度測量裝置由4個(gè)固定氣缸帶動(dòng)4個(gè)測量輥組成，每個(gè)測量輥帶有編碼器，可以測出橫向伸出長度，夾緊帶鋼時(shí)，就可以根據(jù)實(shí)際位置的不同得出測量的偏移量Y，也就是帶鋼的斜度；夾緊裝置在液壓油缸的作用下可以夾緊調(diào)整好的“舌頭”，防止位置變化；等離子切割裝置固定在切割架上，2個(gè)伺服電機(jī)分別控制切割嘴的高低及水平方向的移動(dòng)，切割架的一端固定，另一端的伸出量靠1個(gè)電缸控制。

帶鋼角度測量原理如圖2所示，因?yàn)闇y量輥之間的距離X以及切割器行走距離X1都是固定的數(shù)值，所以編碼器測量出帶鋼的偏移量Y，即可得出切割架需要偏離的角度 α［4］，tan α=Y/X=Y1/X1，由此確定切割器的行走路線Y1，使得切割后的板頭與帶鋼兩側(cè)邊成垂直關(guān)系。

圖1 預(yù)開卷設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意

圖2 帶鋼角度測量原理示意

2 工作過程

在生產(chǎn)中，首先將鋼卷吊至鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)器上，去掉包裝帶。鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)器可以帶動(dòng)鋼卷前后轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來控制“舌頭”伸出的長度。鏟刀靠油缸帶動(dòng)，可以上下前后擺動(dòng)來控制“舌頭”的高度，使其順利進(jìn)入可移動(dòng)夾持架?？梢苿?dòng)夾持裝置可以在前后方向上橫移，并且夾緊部分可以將調(diào)整好的帶鋼“舌頭”夾緊，防止帶鋼在切割過程中的位置改變。通過測量裝置測出帶鋼“舌頭”水平方向的偏移量，然后調(diào)整等離子切割裝置的行走路線，使切割后的端面與帶鋼兩邊垂直。切割后的鋼卷靠鋼卷轉(zhuǎn)動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整合適的“舌頭”長度，然后將鋼卷吊運(yùn)至主機(jī)區(qū)附近的帶料區(qū)備用。

3 主要問題分析及解決措施

3.1 帶鋼角度測量

由于鋼卷的放置方式、帶鋼本身自帶“月牙彎”及“喇叭口”等因素的影響，有時(shí)測量出的帶鋼“舌頭”位置如圖3所示，此時(shí)測量出的Y1值控制切割架反向移動(dòng)。

圖3 切割架反向移動(dòng)時(shí)帶鋼角度測量原理示意

為了用一個(gè)數(shù)值更好地表述這兩種不同的帶鋼狀況，在程序中將切割架擺動(dòng)的兩個(gè)極限之間的量程數(shù)值化，如圖4所示，這樣計(jì)算的切割器最終行程值 M 為：M=100±Y1［5］。

圖4 數(shù)值化的量程

當(dāng)帶鋼恰好與切割器的行程方向垂直時(shí)，偏移量Y=0；當(dāng)出現(xiàn)如圖2所示的情況時(shí)，切割架向“0”值的方向移動(dòng)，移動(dòng)值為負(fù)值；而當(dāng)出現(xiàn)如圖3所示的情況時(shí)，切割架需要向“200”值的方向移動(dòng)，移動(dòng)值為正值［6］。

3.2 散 卷

預(yù)開卷后的鋼卷在解除外包裝后，可能會因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力而散開［7］，尤其是在帶鋼較厚、材質(zhì)較高的情況下，必須采取固定措施，防止散卷甚至傷人事故的發(fā)生。為此，專門定做了專用C型吊具。與普通吊具相比，C型吊具增加了2個(gè)用鏈條固定的“鉗子”和一套棘爪壓下系統(tǒng)［8］?！般Q子”用來固定板頭伸出的“舌頭”，棘爪壓下系統(tǒng)用來壓住鋼卷。用這種特制的吊具將打開的鋼卷放在存放鋼卷的專用支架上備用。

3.3 等離子切割

在使用等離子切割時(shí)存在的主要問題及解決措施是：①保護(hù)氣體以及切割氣體的氣壓，根據(jù)等離子切割使用說明中的比例要求，將3種氣體出口氣壓調(diào)節(jié)好。②等離子冷卻水的使用，在使用過程中要經(jīng)常觀察等離子冷卻水的液位。③使用中切割嘴與帶鋼的高度以及切割速度與電流電壓之間的關(guān)系，不同的電流電壓要求的切割速度和切割嘴與帶鋼的高度也不同［9-10］?？梢愿鶕?jù)設(shè)備廠家給出的數(shù)據(jù)，在操作面板上將數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。

4 預(yù)開卷的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用自動(dòng)測量技術(shù)，科學(xué)精確地計(jì)算出帶鋼偏移并自動(dòng)找正，切出垂直于帶鋼邊緣的板頭。

（2）采用等離子切割機(jī)代替了剪板機(jī)，切割精度更高，切割質(zhì)量更好，切割面更光潔，斜角極小，切口下緣不粘渣。

（3）自動(dòng)化程度較高，能更好地適應(yīng)國內(nèi)螺旋縫焊管發(fā)展的需求。

（4）節(jié)省了對頭時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率［11-12］。

5 結(jié) 論

預(yù)開卷技術(shù)應(yīng)用在螺旋縫焊管的鋼卷準(zhǔn)備階段，可大大縮短對頭時(shí)間，同時(shí)提高螺旋縫焊管用帶鋼的對頭焊質(zhì)量，特別適用于大壁厚、大直徑、高鋼級螺旋縫焊管的大批量生產(chǎn)。

［1］王蘭英，劉錫會，孫志剛，等.螺旋焊管生產(chǎn)線新型開卷機(jī)的研制［J］.焊管，2011，32（8）：33-35.

［2］ 蘇青.開卷機(jī)的設(shè)計(jì)與參數(shù)［J］.設(shè)計(jì)與研究，2001（1）：12-15.

［3］李鶴林.中國焊管50年［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［5］寧汝新.CAD/CAM技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［6］陳舉慶，張景勝，李洪仁.開卷機(jī)自動(dòng)對中液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析［J］.一重技術(shù)，2001（3）：48-49.

［7］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2011.

［8］陸寧，樊江玲.機(jī)械原理［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［9］王慧慧.淺析數(shù)控等離子切割技術(shù)的應(yīng)用［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2012（1）：109-110.

［10］陳潔，鄭鵬.數(shù)控等離子切割技術(shù)及應(yīng)用［J］.新工藝新技術(shù)，2009（2）：80-83.

［11］Zhang Guangrui，Yang Yihua，Wen Jianxin.Uncoiler indirect tensile control system research based on the active disturbances rejection controlle［C］//Proceedings 2011 International Conference on Mechatronic Science，Electric Engineering and Computer，2011.

［12］毛周團(tuán)，尹志遠(yuǎn)，王少華，等.螺旋埋弧焊管預(yù)精焊生產(chǎn)工藝［J］.焊管，2010，33（3）：52-55.