鋼管內圓通長修磨技術研究

劉 迎

(上海西重所重型機械成套有限公司 上海201900)

1 引言

隨著社會的發展，鋼管使用者對鋼管內壁的要求越來越高，各鋼管企業對鋼管內壁修磨設備和工藝越來越關注。研究一種鋼管內圓通長修磨生產線技術，主要功能是利用成對布置的旋轉輥道使鋼管旋轉，在旋轉的同時內圓修磨機通過長的修磨桿帶動高速旋轉的磨頭伸進鋼管內部，對鋼管內表面進行修磨，通過磨削迅速去除鋼管內表面上的氧化皮、銹跡、結疤、折痕、螺紋線、發裂、麻坑、焊管的焊縫等缺陷［1］，獲得光滑潔凈的內表面，從而達到企業提高鋼管使用品質的目的，提高企業的經濟效益。詳細論述了主要部件的構成，鋼管內修磨工藝，機械動作的流程框圖。因其具有修磨效率高，節能，使用成本低，廠房和設備要求簡單該技術被廣泛關注。作者經過研究借鑒國內外鋼管內壁修磨設備，特寫下此文，以期向大家推薦一種鋼管內壁通長修磨技術的新工藝和改進設備。

2 基本工藝條件及設備技術指標

2.1 產品規格

1)修磨鋼管的規格

鋼管外徑:φ139mm ～φ340mm

鋼管內徑:φ120mm ～φ325 mm

鋼管長度:4000mm ～12000mm

單支重量:Min.250kg Max.2000kg

鋼管彎曲度:≤2mm/m

鋼種:石油套管管體、石油套管接箍料、管線管、液壓支架管、高壓鍋爐管、低中壓鍋爐管、高壓氣瓶管管體、流體輸送管、結構管。

材質:20、Q345B、27MnV、30Mn2、37Mn5、36Mn2V、15GrMo、1Gr5Mo

2)產品執行標準

機械加工結構用管:EN10297－1、GB/T8162－2008

軋管工具用管:用戶協議標準

高壓鍋爐管:GB5310－2008、ASME SA335/SA335M

油氣用管—管線管:API 5L

套管及接箍:API 5CT

2.2 修磨能力及質量要求

1)磨削效果:多次磨削后去除鋼管內壁的氧化鐵皮［2］及缺陷。

2)修磨后鋼管表面粗糙度:一次磨削后約Ra≤25μm。

3)二次磨削后Ra≤12.5μm。

4)磨削速度控制方式:①主傳動可變頻調速;②電動調整旋轉輥角度。

5)同一截面及軸向壁厚磨削量均勻一致。

3 鋼管通長內修磨的設備布置及生產線工藝

3.1 設備布置圖

鋼管內圓修磨生產線平面布置圖，請見圖1。

圖1 鋼管內圓修磨生產線平面布置圖

3.2 設備的工藝流程圖(見圖2)

圖2 設備工藝流程圖

3.3 內修磨工藝描述

1)行車上料

操作人員通過行車吊裝鋼管上料。

2)上料臺架布管

當操作人員取下鋼絲繩后，鋼管從上料臺架上自動滾到分料機構的位置，完成布管工作。

3)分料機構分料

分料機構為多位置擋板，根據不同的鋼管外徑規格(φ139mm ～φ340mm)，手動調整不同的分料塊，確保上料機構單根上料，其能受抗φ340mm鋼管的沖擊。

4)內圓修磨翻板裝置上料

上料臺架出口檢測開關檢測有料，內修磨旋轉輥裝置1 上無料，翻板裝置在液壓缸的驅動下，翻板由臺架下方抬起，將鋼管抬過擋料器，鋼管自動滾到鉤中的沉管點處，液壓缸縮回，將鋼管輕放在內修磨通道的旋轉輥道裝置1 上。當鋼管落穩以后，鋼管停止滾動。此時，液壓缸桿伸出，翻板復位，恢復待料工況。

5)旋轉輥裝置1 調角對齊

上料臺架出口檢測開關檢測出有料，鋼管落到旋轉輥裝置1 上以后，使旋轉輥錯開一個角度，啟動旋轉電機，驅動鋼管移向修磨機的一側，進行鋼管的對齊。

6)鋼管旋轉

對齊后，旋轉輥角度恢復平行狀態，旋轉輥繼續旋轉。等待磨頭修磨。

7)鋼管內表面修磨

當鋼管到達修磨工位1 后，人工調整磨頭輔助支撐裝置，內圓修磨移動小車將磨頭送到鋼管內部指定位置(其設定為手工設置)，內圓修磨電機啟動，使砂輪壓在鋼管內表面，開始修磨。

移動小車將內圓修磨頭向原始位移送，待觸發原始位接近開關后，可完成此次修磨。U 型支承輥舉升，使砂輪離開鋼管內表面。內修磨機復位至初始狀態。

8)平托裝置移料

鋼管在修磨工位1 完成內圓修磨后，檢測修磨工位2 無料，平托裝置運行將鋼管從修磨工位1 移送到修磨工位2，在修磨工位2 重復7)中描述的過程。翻板再次對修磨工位1 上料。

平托裝置再次運行時將修磨工位2 處的鋼管移送到出料臺架上。

9)內表面修磨出料臺架

鋼管由平托裝置移送到出料臺架上，然后操作人員捆鋼絲繩由行車將鋼管轉移到別處。

至此，內修磨結束。

4 鋼管內修磨機主要技術參數

1)鋼管內修磨主機技術參數

磨頭數量:1 套

修磨電機:1 ×15kW

砂輪磨削線速度［4］:10m/s ～55m/s

單側磨削鋼管長度:8m

升降輥道架升降高度:260mm

軸向磨削速度:0.5m/min ～3.5m/min

最大磨削量:0.3mm/次

砂輪轉速:2900m/min

磨削小車行走電機:3kW(變頻調速)

砂輪直徑:φ90 ～250mm

2)輔助輥道技術參數

旋轉輥道電機功率:2.2kW

托輥圓周線速度:3m/min ～18m/min

3)油氣潤滑

設備功率:0.55kW

5 鋼管內圓通長修磨生產線(見圖3)主要功能部件結構特點

鋼管通長內修磨機由機械設備、氣動系統、液壓系統、油氣潤滑、電氣控制五大部分組成。本文重點研究機械設備。

圖3 鋼管內圓修磨生產線A 向視圖

5.1 上料臺架

上料固定臺架由7 片組成，制作材料為型鋼，臺架斜度為1.5°，臺架間隔7 ×1.7m =11.9m，便于4m 長的管子順利進行工作。采用焊接臺架，表面覆有耐磨板，承載10t，可放直徑340mm 的鋼管5 支。

臺架的出口安裝手動分料，在修磨不同規格鋼管(φ139mm ～340mm)時手動調整。

5.2 翻板

翻板由6 片翻板，1 個液壓缸，6 個固定鉸點，以及輔助連接組成。

固定鉸接安裝在支座上，液壓缸安裝在修磨機側。當液壓缸回縮時，翻板的頭部處于臺架下方，鉤中的沉管點處于輥道的下方;當液壓缸伸出時，翻板的頭部將鋼管抬出臺架擋料器的上方，鉤中的沉管點處于輥道的上方。如此可實現輕取輕放。

液壓缸的位置由接近開關檢測，以實現PLC自動控制［3］。

5.3 可調角度旋轉輥

可調角度旋轉輥1 即旋轉輥裝置1，由7 組旋轉輥組成修磨工位1，改裝置的旋轉輥的角度可以通過油缸驅動拉桿調整角度，當旋轉輥調整到一定角度時，旋轉輥帶動鋼管旋轉前進輸送至磨削位置即緊靠固定擋板，實現對齊修磨。當托輪斜置復位時，托輪帶動鋼管只作旋轉運動，實現鋼管修磨。每組旋轉輥包含1 臺變頻減速電機。7組旋轉輥角度調整由油缸驅動。包含一個有料傳感器。修磨工位2 處的輥道設置，與修磨工位1處的輥道設置相同。

液壓缸的位置由接近開關檢測，以實現PLC自動控制［3］。

5.4 平托裝置

平托裝置由6 片齒輪箱體組成，齒輪箱體伸出軸，軸帶動曲柄旋轉，曲柄連接運行橫梁，橫梁上設置V 型運管聚氨酯塊，平托裝置由齒輪減速電機驅動，各箱體之間通過聯軸器傳動。在平托裝置的旋轉軸上設置有編碼器。

5.5 內修磨主機

內修磨機是修磨鋼管內表面的設備，見圖4。

圖4 鋼管內圓通長修磨機主視圖

當鋼管處于內修磨斜臺架的內修磨工位時，升降托輥將鋼管托起，人工調整磨頭輔助支撐裝置，用電機減速機驅動鋼管旋轉，磨削移動小車將磨頭送到鋼管內部，磨頭旋轉、磨削鋼管內表面(磨削不同規格鋼管時更換或調整不同規格磨頭支架)。內表面磨削合格后，磨削移動小車將磨頭退出鋼管，準備磨削下根鋼管。磨削量的調整(可通過托輥升降調整進刀量，升降量在觸摸屏上顯示)。

內修磨主機1 布置在修磨工位1 處，加工長度手工設定。

內修磨機是由磨削頭裝置、中間聯軸、磨削移動小車(含磨削動力裝置)、中間移動支承輥組成。

磨削頭裝置是固定砂輪并使其穩定旋轉工作的，用軸承固定裝有砂輪的主軸與其中間聯軸可靠連接。中間聯軸是將旋轉動力穩定傳遞給磨削頭裝置的，它是由中間主軸、外套、中間聯軸支承組成的。磨削頭通過電機帶動皮帶來實現砂輪旋轉，其壓下和抬起由氣缸控制。

主磨削小車是由電機、小車與固定支座組成的。

行走主傳動裝置是由電機、減速機、主傳動軸、鏈輪、鏈條組成。電機是交流，調速是變頻，傳動是可逆的。

中間移動支承輥輔助支撐磨削主軸。

5.6 出料臺架

出料固定臺架由7 片組成，制作材料為型鋼，臺架斜度為1.5°，臺架間隔7 ×1.7m =11.9m，便于4m 長的管子順利進行工作。采用焊接臺架，表面覆有耐磨板，承載10t，可放直徑340mm 的鋼管5 支。

6 應用前景

鋼管內圓修磨生產線技術，簡化了生產線設備，本文研究的工藝和設備實用，使用方便，不僅可應用鋼管內壁通長全圓周修磨，也可以用于鋼管內部通長焊縫修磨和定點修磨。特別是近年來，一方面人們的質量意識、環保意識越來越強，另一方面國內大力發展優質鋼管產品，需要采用鋼管內圓修磨生產線技術的應用領域越來越多，鋼管廠在鋼管加工出來以后，通過磨削迅速去除鋼管內表面上的氧化皮、銹跡、結疤、折痕、螺紋線、發裂、麻坑、焊管的焊縫等缺陷，獲得內壁光滑的潔凈表面，達到企業提高鋼管使用品質的目的，從而方便對其進行精加工或銷售，提高企業的經濟效益。鋼管內圓修磨生產線技術與設備投入費用少，建造周期短，生產流程和工藝成熟，加工質量可靠穩定，因此，鋼管內圓修磨生產線技術與設備具有廣闊的應用前景。

［1］王耀，顧振平. 新型鋼管內外圓修磨機的技術特點［J］. 重型機械，2006 (4).

［2］成大先. 機械設計手冊(第5 版)［M］. 北京:化學工業出版社，2007.

［3］華中工學院機械制造教研室. 機床自動化與自動線.北京:機械工業出版社，1981.

［4］胡宗武，徐履冰，石來德. 非標準機械設備設計手冊(第1 版)［M］.北京:機械工業出版社，2009.