螺旋鋼管自動倒渣系統研發

本文主要介紹了螺旋鋼管自動倒渣系統，從工作原理、系統設計、自動化改造、數控裝置（PLC）總控等方面對螺旋鋼管自動倒渣系統做了詳細的闡述。該系統自動化程度較高、結構合理、安全可靠、可操作性較強，能提高工作效率，保證安全、連續生產，降低了生產成本和勞動強度。通過一段時間的運轉，具有良好的效果?？赏茝V應用。

【關鍵詞】倒渣系統 自動化控制 降耗增效

1螺旋鋼管倒渣系統概述

螺旋鋼管自動化生產線，采用的生產工藝是以帶鋼卷板為原材料，經常溫擠壓成型，以自動雙絲雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋鋼管。

其具體工藝流程如下：

上料開卷夾送矯平剪切對焊銑邊遞送預彎成型內焊外焊定尺切斷撥出倒渣補焊在線超聲波探傷平頭倒棱水壓試驗X光檢測收集入庫

該生產線自動化程度較高，可連續生產。焊接完成后，為保證產品質量和連續生產，要求必須在規定時間內將螺旋管內焊過程中產生的焊渣清除，清除的焊渣通過回收利用系統，篩選重復使用。

我廠2006年投資建成的第一條螺旋鋼管生產線，因場地、資金等原因沒有配備專用的倒渣系統。第二條螺線管生產線2008年投資建成，配置了專用的倒渣系統，通過實際運轉，我們發現存在一定的缺陷，突出的問題在于效率不高，存在一定的安全隱患。為此我們以第一條螺線管生產線為試點，研發了一套適合自己的倒渣系統，通過實際使用，效果良好，有一定的推廣應用價值。

2自動倒渣系統工作原理和系統的設計運轉

倒渣機的工作要求：在保證產品質量、安全和連續生產的前提下，在規定時間將內焊產生的焊渣清理干凈。清理的焊渣經回收利用系統篩選重復使用。

倒渣系統工作原理：采用機械裝置配合輸送，液壓裝置調整控制，數控裝置（PLC）總控完成一系列系統循環操作。

下面就以人工倒渣和自動倒渣系統相對比的方式加以說明。

2.1人工倒渣作業流程

人工倒渣作業，是以大量人工勞動，輔以部分機械進行倒渣作業。即先通過行車利用鋼絲繩吊起鋼管一端，成一定角度后，利用焊渣的重力作用使焊渣沿著傾斜的鋼壁滑出。

該過程必須配備2-3人給負責掛鋼絲繩，增加了安全隱患，同時由于鋼管吊裝位置的限制，不能有效轉動，一些貼壁焊渣難以脫落，必須采用人工敲擊鋼管。這種作業方式，一次倒渣流程需要10-15分鐘的時間（時間跨度較大的主要原因是準備時間較長，不可控因素較多），鋼管要在車間內最高吊起10米，需要吊裝、清渣、輔助配合人員共同作業。該過程效率較低，不安全因素較多，職工的勞動強度很大，并不能保證生產的連續性。

2.2自動倒渣系統設備組成和作業流程

2.2.1自動倒渣系統設備組成

為了解決上述問題，提高產品質量、工作效率和安全生產，系統研發科研小組查閱了大量的資料，對國內外鋼管廠的倒渣裝置進行了研究和分析。針對車間現場空間小，設備體積不能過大，而且還必須操作靈活的特點。經過反復論證，不斷改進，設計了由滾動斜坡、倒渣橋體、頂升油缸、旋轉托輥、授管器、立擋輥、小型液壓泵站等組成的機械液壓裝置；自動化控制（PLC）裝置等部分組成的自動倒渣系統。倒渣系統適用于φ219～φ2020鋼管制造。

2.2.2自動倒渣系統的作業流程

自動倒渣系統采用機械裝置配合輸送，液壓裝置調整控制，數控裝置（PLC）總控，完成系統循環操作。

工作過程如下：焊接完成的鋼管經切割作業完成后，光電控制系統反饋給遠程輸送系統，遠程輸送系統發出倒渣作業指令，倒渣作業開始。首先通過輸送軌道觸發接近開關，由落管器把鋼管輸送到倒渣裝置上。當管端將到達倒渣橋體上的立擋輥位置時，通過PLC編程，啟動液壓裝置，油缸回落。當倒渣橋體落至與水平面成20°角處，油缸靜止。然后倒渣橋體橋上托輥向某一方向轉動約1分鐘，焊渣從管內全部淌出，落進焊渣槽中，橋上托輥停止轉動，啟動油缸回程，帶動倒渣橋體升起到初始位置，最后鋼管經授管器將其送入補焊軌道，進行下一道工序的作業，即完成一次倒渣流程。

使用該倒渣系統進行倒渣作業，一次作業流程3分鐘；人員僅需要遠程操控人員一人（該操控人員在操控室內操作，可進行內外焊、調型、等離子切割、倒渣等多項作業）；鋼管不需要吊裝，始終在操作輥道上運轉；可連續生產。兩種作業方式對比。

3設計過程中的難點和解決辦法

3.1自動倒渣系統的設計與制作

3.1.1托輥轉速

焊渣在鋼管內的位置取決于鋼管的轉速。下圖1為焊渣在旋轉管體內的受力分析，鋼管轉速直接影響焊渣的擾動速度。焊渣離開管底的高度越高，擾動越大。設焊渣的重力為G，當鋼管旋轉角速度為W時，焊渣從A點上升到M點，產生背離鋼管中心O的離心力Q，與Q垂直方向的切向摩擦力F，與Q方向相反的法向約束力N。

從焊渣的受力情況可以推算出焊渣從A點升至M點的升角α，從而確定托輥的轉速。

3.1.2倒渣系統重心支點的確定

重心支點選擇在整體倒渣支架的中心，此設計縮短了主油缸一半的倒渣行程，減少了完成一根鋼管所需的倒渣時間，有效的提高了生產效率。

3.1.3滾動斜坡的設計

根據現有倒渣系統的運轉情況，結合生產線的自身特點，在落管器的后面，倒渣機架之前位置，增加了一個滾動斜坡。利用重力原理使鋼管切割作業完成后，沿滾動斜坡自動落到倒渣架上。該結構可減少托輥的液壓升降機構數量，降低操作難度。

同時通過控制后橋上鋼管的落點，配合滾動斜坡的設計減少了倒渣架上的鋼管縱向移動機構。減少了工藝流程，降低了制造成本，提高了工作效率。

3.1.4授管器標高與托輥標高的選擇

該生產線鋼管規格從φ219～φ2020mm，長度6m到12m，規格、長度跨度較大。這就要求我們設計制造的倒渣系統有一定的適應性。這個參數的設計是為了適用于不同管徑的鋼管進行倒渣作業。為此我們做了大量的實驗，最終標高參數為870mm，配合后續機構運轉，解決了這一難題。

3.1.5各組成機構中心距的選擇

1）授管器兩支點中心距。

2）托輥中心距。上面兩個參數決定著該倒渣裝置是否適用于不同管徑的鋼管。若參數選擇不當，會導致旋轉托輥不能作用，或者授管器無法接觸到鋼管，從而影響倒渣作業。

3）三個授管器的間距。通過該參數的設計，使得新倒渣系統既適用于6米的鋼管，又適用于12米的鋼管。

以上幾個參數的合理選擇，充分保證了倒渣系統的合理運轉，減少了不必要的裝置，減低了設備維護和運轉的費用，提高了工作效率。

3.2倒渣機與落管器的協調作業

倒渣機與落管器之間的距離選擇。該參數選擇我們借鑒了現有生產線的參數設計，并有所改進。通過調整該參數，使得新倒渣系統與螺旋鋼管第二條生產線的倒渣系統相比，簡化了倒渣工藝流程。螺旋鋼管第二條生產線在進行倒渣作業時，鋼管切割下來后由落管器把鋼管輸送到倒渣裝置上，橋體升起后，需要將落管器抬起才能進行倒渣，而新設計的倒渣裝置無需將落管器抬起便可進行倒渣作業。提高了工作效率，降低了生產成本。

3.3自動化控制（PLC）

自動化控制（PLC）使用是該系統的另一亮點，自動化控制（PLC）裝置將倒渣作業的各個環節，整合為一個可循環的連續作業過程。有效的調高了生產效率，保證了安全文明生產、降低了生產成本。

4安全管理

螺旋鋼管自動倒渣系統自動化程度較高、結構合理、安全可靠、可操作性較強，可以和遠程自動化控制系統配合使用，提高工作效率，保證了安全生產文明施工。

5產生的效益

螺旋鋼管自動倒渣系統系統的應用，使倒渣作業質量顯著提高。同時減少了危險，消除了安全隱患，降低了勞動強度，提高了生產效率。同時該套系統有一定的推廣應用性。通過該系統的設計和制造，我們掌握了一系列的設計經驗和設計理念，為今后企業的快速可持續發展提供有力的保障。