高頻焊林辛格銑邊機改造探索

陳 亮，胡宜新，劉 巖

(中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001)

高頻焊林辛格銑邊機改造探索

陳 亮，胡宜新，劉 巖

(中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001)

為了使原高頻焊管生產線林辛格銑邊機銑出直縫鋼管生產要求的X形坡口，同時解決高頻焊管生產過程中刀片更換繁瑣的問題，對高頻焊林辛格銑邊機進行了改造。自行設計了刀盤高度自動調型系統以及刀盤垂直移動結構、仿形輥和鐵屑擋板。生產實踐表明，改造后的銑邊機不僅解決了使用過程中換刀繁瑣問題，而且能在生產高頻焊管時銑出需要的高頻鈍邊坡口，還能銑出直縫埋弧焊管生產要求的X形坡口，且坡口質量高。

林辛格；銑邊機；高頻焊：坡口

0 前 言

進口林辛格高頻焊銑邊機使用過程中，為了節約刀片成本，可以把刀片分為上半段和下半段來使用。但生產過程中，經常會出現刀片上半段與下半段換向使用時，原刀盤不能升降，進而產生如下問題：①需要打開左右兩刀盤蓋，用吊機吊下兩個刀盤，拆下刀片，對換刀片至對面刀盤上，然后重新吊回安裝，誤工誤時；②將左刀盤刀片上半段對調到對面刀盤時，需要生產線停機，這會產生廢品鋼管，造成浪費。

另外，為了使高頻焊生產線主機部分能夠生產直縫鋼管，要求對其銑邊機進行改造，銑出中直縫鋼管要求的X形坡口。為此進行了技術研究和現場改造，采用高度可調的刀盤機架結構和刀盤位移高精度測量定位控制系統，解決了高頻焊時刀片更換繁瑣的問題，成功銑出了X形坡口。

1 銑邊控制系統設計

1.1 控制方案

銑X形坡口時，對刀盤的垂直定位要求精確，誤差需要控制在0.5mm以內。為保證精度，采取如下控制方案：

(1)以S7-300 PLC作為控制中心，全系統采用DP通訊協議，負責給定電機正反轉控制信號、電機轉速信號、電機啟停信號以及自動升降至目標點的控制、極限位置停轉和報警輸出的控制。

(2)用巴魯夫位移傳感器(型號BTL5-P1-M0100-P-S32)進行機構上升及下降的位移量檢測，檢測理論精度0.001mm，檢測的刀盤位移量與上、下移動機構零位偏移量相減取絕對值，大于30mm時報警并終止電機轉動。

(3)操作臺設上位機觸摸屏，能設定升降距離，達到精確控制，觸摸屏實時顯示刀盤垂直移動機構偏離零位的位移量。

(4)使用SEW 公司的R37DRS71M4型變頻電機，通過變頻器調整升降速度，防止調整過程過快，導致刀片損壞。

(5)電機使用抱閘裝置，防止停機瞬間，電機慣性緩轉導致刀盤小范圍升降，影響X形坡口質量。

1.2 自動調型控制原理

1.2.1 高頻焊管自動調型

高頻焊管生產時自動調型的基本原理是：設定首次調型刀盤高度基準點，對應傳感器數據設為X，首次調型板厚為C，之后每次自動調型刀盤鈍邊中心對應的傳感器數據設為B，換板型后的板厚為D。系統控制程序調試時約定：刀盤升，傳感器數據增大；刀盤降，傳感器數據減小。由于林辛格銑邊機刀片長度為25mm，一半為12.5mm，根據經驗，一般板厚小于11.5mm時，才使上半段和下半段刀片分開用，板厚大于11.5mm時，直接板厚中心對刀片中心。鋼板與刀片相對位置如圖1所示。

圖1 鋼板與刀片相對位置示意圖

當板厚＞11.5mm時，板厚中心對刀片中心，則滿足B=X+(D-C)×1 000/2(X為首次調型傳感器數據)；當板厚<11.5mm且使用上半段刀片時，鋼板下邊緣距離刀片中心1.5mm，則新板厚對應的傳感器數據 B=X+(D-C)×1 000/2-D/2×1 000-1.5×1 000；當板厚<11.5mm且用下半段刀片時， 鋼板上邊緣距離刀片中心下面1.5mm，則新板厚對應的傳感器數據B=X+(D-C)×1 000/2+D/2×1 000+1.5×1 000。

生產高頻焊管時，由于不同批次的鋼管板厚不同，需要調型，自動調型的目的是通過設計的自控系統自動控制升降電機，使刀盤高度傳感器數據變化到(B-30，B+30)范圍內。

1.2.2 直縫埋弧焊管自動調型

銑X形坡口自動調型的基本原理是：設定首次調型刀盤高度基準點對應傳感器數據設為A，首次調型板厚為C，之后每次自動調型刀盤鈍邊中心對應的傳感器數據設為B，換板型后的板厚為D。

當要求X形坡口上斜邊等于下斜邊時，B=A+(D-C)×1 000/2；當要求X形坡口上斜邊大于下斜邊時，且上斜邊對應的垂直高度為E時，B=A+(D-C)×1 000/2-E×1 000；當要求 X 形坡口上斜邊小于下斜邊時，且上斜邊對應的垂直高度為E 時，B=A+(D-C)×1 000/2+E×1 000。

生產直縫埋弧焊管時，由于不同批次鋼管板厚不同，需要調型，自動調型的目的是通過設計的自控系統自動控制升降電機，使刀盤高度傳感器數據變化到(B-30，B+30)范圍內。

1.3 控制系統現場組態和控制程序流程

銑邊機控制系統現場DP組態圖如圖2所示，控制程序總體設計流程如圖3所示。

圖2 控制系統現場組態圖

圖3 控制程序總體設計流程圖

2 控制系統誤差分析

為了保證刀盤銑出的坡口精度，必須對系統可能產生的刀盤高度定位誤差進行分析，確保此誤差小于0.5mm。經分析，該誤差主要有兩方面：一是控制系統發出電機停轉命令時，電機抱閘從接收命令到完全抱住電機轉軸中間有個延時，這個延時所產生的誤差；二是系統在位移移動控制程序中，由設定的“允許行走到位范圍”產生的誤差。

2.1 電機控制抱閘延時產生的的誤差

圖4為銑邊機控制系統減速示意圖。控制系統選用電機轉速為1 380r/min，一級減速比為28.73，二級減速比為24。B處轉動24圈，渦桿C處升降10mm，即B處轉動1圈，C處升降0.42mm。

圖4 控制系統減速示意圖

查詢SEW電機抱閘參數表格，可得PLC發出抱閘動作指令到抱閘完全釋放時間為55ms，下面計算這55ms內電機轉動在C處產生的位移量。

2.1.1 額定轉速

電機1s轉動23轉，到B處為0.80轉，到C處的位移量是0.34mm；電機55ms內轉動1.6轉，到B處為0.05轉，到C處的位移量是0.017mm。

2.1.2 變頻至50％額定轉速

電機1s轉動11.5轉，到B處為0.40轉，到C處的位移量是0.17mm；電機55ms內轉動0.8轉，到B處為0.025轉，到C處的位移量是0.008 5mm。

2.2 程序控制產生的誤差

由于1mm對應傳感器的數字量是1 000，定位時若直接設置為預想距離對應的傳感器數字量X，則停止位置對應的傳感器數字量會稍大于X，同時系統又會自動回退，這樣有可能會導致傳感器對應的數字量稍小于X，從而使控制系統來回擺動。為避免這一現象，借鑒德國設計方法，對于定位問題，設置一個數字量范圍，在這個范圍內就會認為走到位。經過反復試驗，認為數字量X在±30范圍內波動，效果較好，也就是誤差±0.03mm。

綜合以上兩方面的誤差，刀盤垂直升降誤差一般小于0.05mm，滿足工藝要求的誤差范圍。

3 機械設計

3.1 林辛格銑邊機刀盤升降裝置設計

圖5為刀盤升降裝置示意圖。升降機架與電機、蝸輪蝸桿升降機固定在一起，當控制電機旋轉時經過減速機后,在連桿的作用下，兩個蝸輪蝸桿機構同時運轉，以確保動作的一致性。 蝸輪蝸桿的輸出端為絲桿傳動，絲母安裝在固定滑板上，在左右兩端導向滑槽的作用下，整個升降機架兩端同步沿著固定滑板兩端同時垂直升降，實現了機架的自由升降與定位，并且減少了故障率，提高了維修效率。

圖5 刀盤升降裝置設計示意圖

3.2 銑邊機浮動仿形輥設計

圖6 為銑邊機浮動仿形輥示意圖。仿形輥設有輔助輥，輔助壓輥半徑比中間壓輥半徑小4mm，當帶鋼行走時，先經過輔助壓輥，由于輔助壓輥直徑小，所以會與帶鋼有4mm間隙，當帶鋼產生波浪彎曲且波峰＜4mm時，帶鋼仍將繼續通過；而波峰＞4mm時，機架兩側壓緊油缸與機架自身產生的質量可以把波峰壓低直到＜4mm，使鋼板順利通過，這樣就不會發生提前仿形而影響坡口質量的問題。當鋼板波浪彎曲行走到工作壓輥時，銑邊機的仿形功能會隨鋼板波浪一起浮動仿形，這樣鋼板就不會銑削出鋸齒狀坡口。

圖6 銑邊機浮動仿形輥設計示意圖

3.3 鐵屑擋板的設計

圖7 為鐵屑擋板示意圖，鐵屑擋板與升降滑板固定實現柔性連接，鐵屑擋板既可以與升降滑板同步升降，也可以與鋼板波浪一同升降，這樣就可以把鐵屑灰塵擋在一側，更有效地防止壓輥與滑槽卡死。該滑板式銑邊機壓輥裝置適用于鐵屑、灰塵、油污較多且鋼板變形量大的工作環境。

圖7 鐵屑擋板設計示意圖

4 銑邊機改造結果

經過上述對林辛格高頻焊銑邊機進行的一系列設計和改造，銑出的埋弧焊X形坡口和高頻焊鈍邊坡口如圖8和圖9所示。

圖8 改造后的銑邊機銑出的直縫埋弧焊X形坡口

圖9 改造后的銑邊機銑出的高頻焊鈍邊坡口

5 結 語

對高頻焊林辛格銑邊機的控制系統進行了詳細分析，針對不足，自行設計了刀盤垂直移動結構、仿形輥及鐵屑擋板，現場試運行效果較好，解決了原銑邊機使用過程中出現的換刀繁瑣問題，改造后的銑邊機不僅能銑出需要的高頻鈍邊坡口，也能銑出直縫埋弧焊X形坡口，可為國內焊管主機生產線的改造提供幫助。

[1]羅紅福，胡斌，鐘存福.PROFIBUS-DP現場總線工程應用實例解析[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]羅紅福.PROFIBUS-DP在銑邊機控制系統中的應用[J].焊管，2005,28(03)：40-42.

[3]劉華波，王雪，何文雪.組態軟件WINCC及其應用[M].北京:機械工業出版社，2010.

[4]王曉穎，周淑軍，聞康，等.PLC埋弧焊管渣清理收集裝置控制系統中的應用[J].鋼管，2006，35(06)：36-38.

[5]徐馳，馬占昌，樊萍.鋼管加工中心自動找正電氣系統的研制與應用[J].鋼管,2009,38(06)：64-68.

[6]陶海燕.PLC在鋼管冷拔機電氣控制系統中的應用[J].鋼管，2010，39(06)：57-59.

[7]宗波，李淑彬，王國順.基于PROFIBUS現場總線的水壓試驗機控制系統[J].鋼管,2011，40(03)：55-58.

[8]陳昶.S7-300型PLC在立式錐形輥穿孔機頂桿小車上的應用[J].鋼管，2012，41(02)：67-72.

[9]張衛國.S7-300在冷彎設備中的應用[J].電氣技術，2007(03)：92-96.

[10]朱明清,鄧廣龍,李喜東.西門子S7-300 PLC在氣體分段計量中的應用[J].自動化技術與應用，2011,30(01)：73-75，80.

Modification Discussion of High Frequency Welding(HFW)Linsinger Edge Milling Machine

CHEN Liang,HU Yixin,LIU Yan
(SINOPEC Oil Engineering Machinery Co.,Ltd.Shashi Steel Pipe,Jingzhou 434001,Hubei,China)

In order to obtain X groove required in SAWL pipe production by using HFW Linsinger edge milling machine,and solve the complicated problems of changing carbide tips,the HFW Linsinger edge milling machine was modified.It designed the cutter disc height automatically adjustable type system,the cutting disc vertical movement structure,profiling roll and scrap iron plate.The practice indicated that the modified edge milling machine can solve such complicated problems of changing carbide tips,it not only can mill out high frequency root face groove,but also mill out SAWL pipe X groove with high quality.

Linsinger;milling machine;high frequency welding(HFW);groove

TG506.7

B

1001-3938(2015)02-0051-04

陳亮(1986—)，男，電氣助理工程師，主要從事焊管行業電氣控制方面的設計工作。

2014-09-21

黃蔚莉

中國鋼結構協會鋼管分會六屆三次會員大會勝利召開

中國鋼結構協會鋼管分會六屆三次會員大會于2015年1月30日—2月2日在哈爾濱召開。來自鋼管分會會員單位代表和新申請入會單位代表共計100余人參加了會議。中國鋼鐵工業協會副會長遲京東、中國鋼結構協會原秘書長劉萬忠蒞臨會議。中國冶金報、世界金屬導報、 《焊管》期刊社、中國鋼鐵工業協會信息中心等相關媒體單位代表列席會議。

中國鋼結構協會鋼管分會常務副理事長兼秘書長莊鋼主持大會。首先黑龍江建龍鋼鐵有限公司總經理魏國棟致歡迎辭，中國鋼結構協會原秘書長劉萬忠發表祝賀講話。大會聽取了鋼管分會理事長李強作的《適應“新常態”，開創新局面，努力提高我國鋼管工業的發展質量和效益》工作報告；邀請了中國鋼鐵工業協會副會長遲京東作《鋼鐵工業發展趨勢與環境保護潛在風險分析》形勢報告；黑龍江建龍鋼鐵有限公司副總經理姚本金就該企業機組先進技術及產品進行了介紹；中信微合金技術中心和燕山大學就鈮微合金化技術在無縫鋼管領域研究和應用的新進展進行了交流；“我的鋼鐵網”資訊總編汪建華作《產經形勢分析與展望》市場形勢分析。最后，與會代表就會議報告及相關內容進行了熱烈的討論，并提出了很好的建議。

與會代表一致認為，目前我國宏觀經濟進入新的歷史發展階段，會員企業一定要適應新常態的要求，改變過去要產量和追求規模的發展理念，應從管理上下功夫，走綠色發展之路，向管理要效益；企業對困境要理性分析，對未來要充滿希望；呼吁鋼管分會利用協會的平臺及號召力，對市場進行理性的分析，并對與下游用戶進行交流，形成正能量的舉措；建議鋼管分會發揮自身優勢，利用對本行業的了解和對下游行業的了解，給會員企業多提供在新品開發、產品結構調整方面的意見和建議，避免企業盲目投資發展；會員企業在產品出口過程中，一方面要了解出口地區的經濟及政治形勢，規避出口風險，另一方面也要以質取勝，靠產品質量和信譽占領市場，不能謀一己之利影響中國鋼管企業的對外形象；希望鋼管分會多組織與國內外同行業的交流與學習，汲取成功經驗。

會議初步確定鋼管分會六屆四次理事(擴大)會議于2015年9月在天津召開。

(李超 報道)