新型自動(dòng)管道切割機(jī)的研發(fā)

曹化榮 張井仁 曹連池 毛靜麗 劉智 任澤啟

新型自動(dòng)管道切割機(jī)的研發(fā)

曹化榮 張井仁 曹連池 毛靜麗 劉智 任澤啟

介紹了一種新型管道自動(dòng)切割機(jī)的研發(fā)，通過(guò)在機(jī)體材料、驅(qū)動(dòng)方式、鎖緊裝置和軌道結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面的改進(jìn)，形成一種軌道鏈條復(fù)合式自動(dòng)管道切割機(jī)，不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高操作效率，提升切割質(zhì)量和精度，還可實(shí)現(xiàn)管材切割自動(dòng)化。

1. 概述

在管道建設(shè)過(guò)程中，管段切割和開(kāi)坡口是管道焊前的第一道工序。目前施工中有軌道式手搖式、磁力式、鏈條式和定位塊式管道切割機(jī)，而在長(zhǎng)輸管道野外施工過(guò)程中，以軌道式和鏈條式鋼管切割機(jī)應(yīng)用最為普遍。這兩類管道切割機(jī)與其他幾類切割機(jī)相比，具有操作方便，制造成本低，價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)。但由于自身結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式的原因，故在操作過(guò)程中也暴露出了手搖速度不均勻，很多位置不好操作（如頂面、底面），鏈條限定行走軌跡會(huì)造成定位不準(zhǔn)，以及切割精度不夠等缺陷。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們綜合軌道式切割機(jī)和鏈條式切割機(jī)的優(yōu)勢(shì)，在滿足現(xiàn)有切割能力的基礎(chǔ)上，從方便操作、適應(yīng)野外工作環(huán)境、提高效率等方面入手，對(duì)原有切割機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，研發(fā)成功一種軌道鏈條復(fù)合式自動(dòng)管道切割機(jī)（見(jiàn)圖1）。該切割機(jī)具有較高的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定的切割質(zhì)量，此外，還具有體積小、重量輕、成本低及操作方便等優(yōu)勢(shì)。

圖1 新型管道切割機(jī)主體

2. 技術(shù)改進(jìn)

（1）采用鋁制機(jī)身 目前常用的切割機(jī)主體材料一般為碳鋼，一臺(tái)切割機(jī)整體重量約17kg，而新型自動(dòng)管道切割機(jī)主體材料采用硬質(zhì)航空鋁材料，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的情況下，使整機(jī)重量只有原來(lái)的1/3左右，因此在野外施工過(guò)程中使用起來(lái)更加輕巧，便于裝拆，方便操作。

（2）優(yōu)化機(jī)體結(jié)構(gòu) 原來(lái)的手搖式或鏈條軌道式切割機(jī)在安裝前，要調(diào)整主機(jī)的松緊手輪，使機(jī)體降到最低位置，然后將鏈條繞過(guò)鋼管掛在驅(qū)動(dòng)鏈輪以后，再調(diào)整主機(jī)的松緊手輪，使機(jī)體和從動(dòng)鏈輪提升到合適的距離，以便拉緊鏈條將機(jī)體通過(guò)鏈條固定在管材上，以保證主機(jī)在切割過(guò)程中環(huán)繞管道時(shí)不掉機(jī)、不滑動(dòng)。

在安裝過(guò)程中，旋緊螺母行程長(zhǎng)，裝夾速度慢。同時(shí)豎起的夾緊支撐裝置也使切割機(jī)的高度增加，這對(duì)于回轉(zhuǎn)式切割機(jī)來(lái)說(shuō)，意味著管子周圍需要更大更高的操作空間。這在野外管道施工，或特殊施工環(huán)境下，會(huì)有很

大的局限性。

新型自動(dòng)管道切割機(jī)將原來(lái)的旋進(jìn)夾緊方式，改為偏心鎖緊結(jié)構(gòu)，通過(guò)扳動(dòng)手柄 ，利用曲柄和彈簧的旋轉(zhuǎn)，一次性完成鎖緊過(guò)程，簡(jiǎn)單高效（見(jiàn)圖2）。通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，來(lái)調(diào)整鏈條的松緊度。同時(shí)由于取消了上部的旋緊手輪和絲杠部分，使機(jī)體的高度尺寸降低了1/3左右，使切割機(jī)圍繞管子旋轉(zhuǎn)通過(guò)管材底部空間時(shí)更加方便。

（3）改變驅(qū)動(dòng)方式 原來(lái)的管道切割機(jī)大多采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或手搖式，一般直流電動(dòng)機(jī)采用電流自反饋控制，這種控制方式只是在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流變化達(dá)到一定值時(shí)，控制系統(tǒng)才能給出調(diào)整信號(hào)去調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。而新型自動(dòng)管道切割機(jī)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（又稱脈沖式電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)，在非超載的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，使切割機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，不僅能達(dá)到調(diào)速的目的，而且可以遠(yuǎn)程控制，更加安全方便。

（4）改變行進(jìn)方式 舊式切割機(jī)的車輪直接與鋼管表面直接接觸，特殊情況下（如在螺紋鋼管或焊接管表面運(yùn)動(dòng)時(shí)），車輪經(jīng)過(guò)焊道時(shí)會(huì)使小車產(chǎn)生跳動(dòng)或使小車運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改變，影響割口端面的平整度和切割面的質(zhì)量，造成需要修磨或返工。

新型切割機(jī)采用軌道與鏈條復(fù)合行走機(jī)構(gòu)。軌道采用進(jìn)口高彈性材料，配合模具沖壓而成，抗變形能力強(qiáng)。主機(jī)車輪采用了凹輪結(jié)構(gòu)，直接沿著軌道上的導(dǎo)向槽運(yùn)行，滾輪不與管材直接接觸，避免了焊道對(duì)小車運(yùn)行穩(wěn)定性、運(yùn)行軌跡的影響，保證切割軌跡起點(diǎn)與終點(diǎn)重合。克服了傳統(tǒng)切割機(jī)單純以鏈條限定行走軌跡會(huì)造成定位不準(zhǔn)，切割精度不夠，割口質(zhì)量差等問(wèn)題。新型管道切割機(jī)車輪與導(dǎo)軌配合如圖3所示。新型自動(dòng)管道切割機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

圖2 新型管道切割機(jī)鎖緊結(jié)構(gòu)示意

圖3 新型管道切割機(jī)車輪與導(dǎo)軌配合示意

圖4 工作現(xiàn)場(chǎng)

3. 設(shè)備特點(diǎn)

我們?cè)O(shè)計(jì)改進(jìn)的新型自動(dòng)管道切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能安全可靠，操作方便省力，加工速度快，用途多樣。不僅可以切割直口，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的切割，還可以通過(guò)割槍角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)V形坡口的一次成形，很好實(shí)現(xiàn)了其預(yù)定功能。通過(guò)試驗(yàn)該切割機(jī)運(yùn)行良好，不僅滿足了生產(chǎn)需求，而且操作人員由2人減少至1人，既提高了工作效率，又降低了生產(chǎn)成本。

同時(shí)該切割機(jī)除了使用火焰切割以外，也可安裝等離子切割設(shè)備，用于異種鋼的切割。

4. 結(jié)語(yǔ)

在我公司的海洋管道全自動(dòng)培訓(xùn)等高度模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接培訓(xùn)過(guò)程中，采用新型自動(dòng)管道切割機(jī)完成管道切割，切割速度快，割口平順質(zhì)量好，利于后續(xù)坡口的進(jìn)一步加工，應(yīng)用效果良好。

曹化榮等，中國(guó)石油管道局第六工程公司。