鋼管外圓砂輪（砂帶）磨削裝置的原理及應用

陳松濤

（中原起重機械總廠有限公司，河南 新鄉 453400）

外圓砂帶(砂輪)磨削裝置，共有5組，前3組磨頭安裝砂輪；后2組為砂帶磨頭，采用砂輪和砂帶，對工件外圓進行磨削和拋光加工，工件自轉并連續送進。具有加工精度穩定、表面品質好、工效高、加工成本低、勞動強度低的特點。

磨削過程采用干磨方式，更能穩定控制磨削品質和改善生產環境，適合于管材和棒材零件外圓表面加工的批量生產。

1 設備的主要參數

（1）砂帶規格（周長×寬）4 000 mm×150 mm；

砂帶粒度24＃~36＃；

（2）砂輪規格Φ 610 mm×Φ 203mm×75 mm；

砂輪使用最小直徑Φ 350 mm；

砂輪粒度16＃~24＃；

材質鋯鋼玉；

（3）工件直徑范圍 Φ（400～820）mm；

（4）工件長度范圍4～12.5 m；

（5）工件材料 20 鋼，15CrMo，12 CrMoV，1Cr5Mo等合金鋼管；

（6）工件允許彎曲度3/1 000 mm；

（7）磨削壓力5～8 kN；

（8）表面粗糙度 Ra≤25 μm；

（9）單個工件凈質量≤12 000 kg；

（10）砂帶接觸輪規格（直徑×寬度）

Φ 400 mm×150 mm；

（11）托輪直徑（直徑×寬度）Φ400 mm×170mm；

（12）托輪轉速（變頻可調）10～40 r/min；

（13）工件支承小車軸向進給速度0.1～4.5m/min；

（14）砂帶線速度30 m/s；

（15）砂輪線速度80 m/s；

（16）砂輪磨頭電機功率(3臺)75 kW；

（17）砂帶磨頭電機功率(2臺)30 kW；

（18）托輪驅動電機功率(2臺，變頻調節)7.5 kW；

（19）磨頭抬刀調整電機功率(5臺)0.75 kW；

（20）電源交流三相380 V/50 Hz；

（21）輸入功率300 kW；

（22）氣源 0.4～0.6 MPa，18 m3/h。

2 設備的結構

該設備主要由砂帶（砂輪）磨頭裝置、托輪小車裝置、電氣及控制系統等部分組成。

2.1 磨頭機構

總共有5組均布排列組成，每套磨頭主要由磨頭主體、磨頭抬刀機構組成。

（1）磨頭主體。主要由砂帶氣動張緊機構、砂帶調偏機構、驅動電機、皮帶傳動機構、砂帶（砂輪）、磨頭主軸、接觸輪、鉸鏈機構和砂輪法蘭盤等組成。磨頭主體為設備的核心部件。通過磨頭電機帶動皮帶機構，驅動磨頭主軸和接觸輪（砂輪）作高速旋轉，配合磨頭浮動機構壓力可調（通過觸摸屏調節浮動氣缸的壓力值，來調節磨削壓力，觸摸屏能直接顯示磨頭壓力，5個磨頭壓力能以壓力值增減的方式實現單獨調節）沿鉸鏈機構上下浮動，用砂帶或砂輪壓住工件外圓表面進行磨削。

砂帶采用氣缸張緊，通過控制氣缸進氣/排氣，完成砂帶的張緊/換帶。

砂帶調偏機構用于調整砂帶位置確保砂帶位于接觸輪中間。

（2）磨頭抬刀機構。主要完成磨頭的進給和退讓功能。主要由減速機、抬刀浮動氣缸組成。該機構通過絲桿升降機構調整磨頭與工件的初始位置，再由氣缸控制磨頭的進刀和抬刀，其目的是保證磨頭有一個恒定的抬刀量，以控制磨頭接觸工件外圓時的平穩性，防止磨頭沖擊工件。

（3）位置傳感器安裝支架。用于安裝傳感器檢測工件位置實現磨頭的自動進、退刀。安裝支架可手動任意調節位置，來滿足對不同直徑大小工件的檢測。

2.2 托輪小車裝置

該機構主要由前后小車、被動托輪、主動托輪、托輪驅動機構、托輪同步移動調整機構、小車傳動裝置組成，在前后兩個小車之間，放置一根加工的鋼管。在減速電機的驅動下，主動托輪帶動工件作旋轉運動；小車傳動裝置在鋼繩拉動下，實現軸向移動。

2.3 電氣控制系統

（1）系統功能。其一，完成設備主機、輔機以及各系統部件的電氣控制和電動功能；其二，完成設備的半自動/手動加工控制；其三，對整個加工過程中的各個要素如氣壓不足、磨頭過載、托輪驅動過載、托輪滑車過載等進行實時監控和報警顯示（聲光報警提示）。

（2）系統配置。自動化控制設備及元件為：常用低壓電器元件選用施耐德產品；設備動作位置傳感器選用天津圖爾克接近開關；托輪調速驅動變頻器選用西門子產品，并留有合理的過載裕量；電氣控制主控單元PLC可編程控制器選用西門子S7-200型系列。

對變頻傳動裝置的主要配置要求，是進線配置開關（施耐德）；出線濾波器（磁環濾波）。對軟件的要求，是采用軟件為授權軟件，提供PLC應用程序的源程序，數據庫不加密。

對PLC配置要求，是輸入/輸出點15%裝機備用。

變頻調速控制的電機，系選用變頻電機。

（3）PLC信號。開關量信號為DC24V；信號內容為：待料信號、正在加工信號、故障報警信息（氣壓不足、磨頭過載、斷帶）等；提供砂輪、砂帶電機電流檢測縮小信號（轉換為0～20 mA），用于氣動電力比例閥控制信號。

（4）系統圖。在設計審查時確定。

（5）主要元件的型號。具體型號詳見附件2第三項電氣元件外購清單，在設計審查時確定。

（6）提供的電源條件。低壓為AC380 V±10%，三相；生產線低壓配電方式為三相四線；頻率為49～50.5 Hz或（50±2）Hz；電氣系統總裝機容量為300kW。

（7）供貨設備內部的控制電壓要求。交流控制電壓為AC 220 V/50 Hz；直流控制電壓為DC 24 V；電磁閥電壓為DC 24 V。

（8）對電氣柜、操作臺、接線箱的要求。電氣柜靠墻單面安裝、安裝在車間內機旁現場；操作臺（尺寸為高1.0 m，寬0.8 m，厚0.45 m）布置在設備的正前方2 m處或操作室內；外接電氣元件必須經接線箱接入電氣柜，其防護等級不低于IP54；置于車間內機旁現場電氣柜、操作箱、I/O箱、接線箱，防護等級不低于IP54；動力線與控制線必須分開布線，以防干擾。

2.4 氣動系統

（1）系統功能。滿足砂帶的張緊與更換；滿足磨頭離開和接觸工件；滿足在磨削過程中磨頭接觸工件壓力的可調性。

（2）系統配置。由三聯件、壓力表及壓力表開關、電磁閥、調壓閥、執行氣缸及管線組成。

（3）主要參數為0.3～0.5 MPa。

3 結束語

外圓砂帶（砂輪）磨削裝置的開發，使自動化控制技術、氣動技術、定位技術、砂帶（砂輪）磨削技術等，在鋼管加工行業中得到充分利用，對科技進步起到了巨大的推動作用。大大提高了Φ 820 mm及其以下系列熱軋鋼管的磨削品質及效率，滿足了各行業對大口徑無縫鋼管的需求。

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