螺旋钢管自动倒渣系统研发

本文主要介绍了螺旋钢管自动倒渣系统，从工作原理、系统设计、自动化改造、数控装置（PLC）总控等方面对螺旋钢管自动倒渣系统做了详细的阐述。该系统自动化程度较高、结构合理、安全可靠、可操作性较强，能提高工作效率，保证安全、连续生产，降低了生产成本和劳动强度。通过一段时间的运转，具有良好的效果。可推广应用。

【关键词】倒渣系统 自动化控制 降耗增效

1螺旋钢管倒渣系统概述

螺旋钢管自动化生产线，采用的生产工艺是以带钢卷板为原材料，经常温挤压成型，以自动双丝双面埋弧焊工艺焊接而成的螺旋钢管。

其具体工艺流程如下：

上料开卷夹送矫平剪切对焊铣边递送预弯成型内焊外焊定尺切断拨出倒渣补焊在线超声波探伤平头倒棱水压试验X光检测收集入库

该生产线自动化程度较高，可连续生产。焊接完成后，为保证产品质量和连续生产，要求必须在规定时间内将螺旋管内焊过程中产生的焊渣清除，清除的焊渣通过回收利用系统，筛选重复使用。

我厂2006年投资建成的第一条螺旋钢管生产线，因场地、资金等原因没有配备专用的倒渣系统。第二条螺线管生产线2008年投资建成，配置了专用的倒渣系统，通过实际运转，我们发现存在一定的缺陷，突出的问题在于效率不高，存在一定的安全隐患。为此我们以第一条螺线管生产线为试点，研发了一套适合自己的倒渣系统，通过实际使用，效果良好，有一定的推广应用价值。

2自动倒渣系统工作原理和系统的设计运转

倒渣机的工作要求：在保证产品质量、安全和连续生产的前提下，在规定时间将内焊产生的焊渣清理干净。清理的焊渣经回收利用系统筛选重复使用。

倒渣系统工作原理：采用机械装置配合输送，液压装置调整控制，数控装置（PLC）总控完成一系列系统循环操作。

下面就以人工倒渣和自动倒渣系统相对比的方式加以说明。

2.1人工倒渣作业流程

人工倒渣作业，是以大量人工劳动，辅以部分机械进行倒渣作业。即先通过行车利用钢丝绳吊起钢管一端，成一定角度后，利用焊渣的重力作用使焊渣沿着倾斜的钢壁滑出。

该过程必须配备2-3人给负责挂钢丝绳，增加了安全隐患，同时由于钢管吊装位置的限制，不能有效转动，一些贴壁焊渣难以脱落，必须采用人工敲击钢管。这种作业方式，一次倒渣流程需要10-15分钟的时间（时间跨度较大的主要原因是准备时间较长，不可控因素较多），钢管要在车间内最高吊起10米，需要吊装、清渣、辅助配合人员共同作业。该过程效率较低，不安全因素较多，职工的劳动强度很大，并不能保证生产的连续性。

2.2自动倒渣系统设备组成和作业流程

2.2.1自动倒渣系统设备组成

为了解决上述问题，提高产品质量、工作效率和安全生产，系统研发科研小组查阅了大量的资料，对国内外钢管厂的倒渣装置进行了研究和分析。针对车间现场空间小，设备体积不能过大，而且还必须操作灵活的特点。经过反复论证，不断改进，设计了由滚动斜坡、倒渣桥体、顶升油缸、旋转托辊、授管器、立挡辊、小型液压泵站等组成的机械液压装置；自动化控制（PLC）装置等部分组成的自动倒渣系统。倒渣系统适用于φ219～φ2020钢管制造。

2.2.2自动倒渣系统的作业流程

自动倒渣系统采用机械装置配合输送，液压装置调整控制，数控装置（PLC）总控，完成系统循环操作。

工作过程如下：焊接完成的钢管经切割作业完成后，光电控制系统反馈给远程输送系统，远程输送系统发出倒渣作业指令，倒渣作业开始。首先通过输送轨道触发接近开关，由落管器把钢管输送到倒渣装置上。当管端将到达倒渣桥体上的立挡辊位置时，通过PLC编程，启动液压装置，油缸回落。当倒渣桥体落至与水平面成20°角处，油缸静止。然后倒渣桥体桥上托辊向某一方向转动约1分钟，焊渣从管内全部淌出，落进焊渣槽中，桥上托辊停止转动，启动油缸回程，带动倒渣桥体升起到初始位置，最后钢管经授管器将其送入补焊轨道，进行下一道工序的作业，即完成一次倒渣流程。

使用该倒渣系统进行倒渣作业，一次作业流程3分钟；人员仅需要远程操控人员一人（该操控人员在操控室内操作，可进行内外焊、调型、等离子切割、倒渣等多项作业）；钢管不需要吊装，始终在操作辊道上运转；可连续生产。两种作业方式对比。

3设计过程中的难点和解决办法

3.1自动倒渣系统的设计与制作

3.1.1托辊转速

焊渣在钢管内的位置取决于钢管的转速。下图1为焊渣在旋转管体内的受力分析，钢管转速直接影响焊渣的扰动速度。焊渣离开管底的高度越高，扰动越大。设焊渣的重力为G，当钢管旋转角速度为W时，焊渣从A点上升到M点，产生背离钢管中心O的离心力Q，与Q垂直方向的切向摩擦力F，与Q方向相反的法向约束力N。

从焊渣的受力情况可以推算出焊渣从A点升至M点的升角α，从而确定托辊的转速。

3.1.2倒渣系统重心支点的确定

重心支点选择在整体倒渣支架的中心，此设计缩短了主油缸一半的倒渣行程，减少了完成一根钢管所需的倒渣时间，有效的提高了生产效率。

3.1.3滚动斜坡的设计

根据现有倒渣系统的运转情况，结合生产线的自身特点，在落管器的后面，倒渣机架之前位置，增加了一个滚动斜坡。利用重力原理使钢管切割作业完成后，沿滚动斜坡自动落到倒渣架上。该结构可减少托辊的液压升降机构数量，降低操作难度。

同时通过控制后桥上钢管的落点，配合滚动斜坡的设计减少了倒渣架上的钢管纵向移动机构。减少了工艺流程，降低了制造成本，提高了工作效率。

3.1.4授管器标高与托辊标高的选择

该生产线钢管规格从φ219～φ2020mm，长度6m到12m，规格、长度跨度较大。这就要求我们设计制造的倒渣系统有一定的适应性。这个参数的设计是为了适用于不同管径的钢管进行倒渣作业。为此我们做了大量的实验，最终标高参数为870mm，配合后续机构运转，解决了这一难题。

3.1.5各组成机构中心距的选择

1）授管器两支点中心距。

2）托辊中心距。上面两个参数决定着该倒渣装置是否适用于不同管径的钢管。若参数选择不当，会导致旋转托辊不能作用，或者授管器无法接触到钢管，从而影响倒渣作业。

3）三个授管器的间距。通过该参数的设计，使得新倒渣系统既适用于6米的钢管，又适用于12米的钢管。

以上几个参数的合理选择，充分保证了倒渣系统的合理运转，减少了不必要的装置，减低了设备维护和运转的费用，提高了工作效率。

3.2倒渣机与落管器的协调作业

倒渣机与落管器之间的距离选择。该参数选择我们借鉴了现有生产线的参数设计，并有所改进。通过调整该参数，使得新倒渣系统与螺旋钢管第二条生产线的倒渣系统相比，简化了倒渣工艺流程。螺旋钢管第二条生产线在进行倒渣作业时，钢管切割下来后由落管器把钢管输送到倒渣装置上，桥体升起后，需要将落管器抬起才能进行倒渣，而新设计的倒渣装置无需将落管器抬起便可进行倒渣作业。提高了工作效率，降低了生产成本。

3.3自动化控制（PLC）

自动化控制（PLC）使用是该系统的另一亮点，自动化控制（PLC）装置将倒渣作业的各个环节，整合为一个可循环的连续作业过程。有效的调高了生产效率，保证了安全文明生产、降低了生产成本。

4安全管理

螺旋钢管自动倒渣系统自动化程度较高、结构合理、安全可靠、可操作性较强，可以和远程自动化控制系统配合使用，提高工作效率，保证了安全生产文明施工。

5产生的效益

螺旋钢管自动倒渣系统系统的应用，使倒渣作业质量显著提高。同时减少了危险，消除了安全隐患，降低了劳动强度，提高了生产效率。同时该套系统有一定的推广应用性。通过该系统的设计和制造，我们掌握了一系列的设计经验和设计理念，为今后企业的快速可持续发展提供有力的保障。