HFW焊管生產線飛鋸機支撐裝置的設計應用

賈 熙，馮 瑤，齊國政，閆 瑋

（渤海裝備華油鋼管公司揚州分公司，江蘇揚州225128）

HFW焊管生產線飛鋸機支撐裝置的設計應用

賈 熙，馮 瑤，齊國政，閆 瑋

（渤海裝備華油鋼管公司揚州分公司，江蘇揚州225128）

分析了飛鋸機的工作原理；針對受飛鋸機至快速拉出機輸出輥架距離的約束，導致在線定尺鋸切最短長度受限的問題，設計了一種安裝在飛鋸機與快速拉出機之間的支撐裝置；并介紹了該支撐裝置的工作原理、工作過程、結構特點、液壓和電氣控制系統。安裝該支撐裝置后，可在線完成短管的鋸切，在線縮短對頭管的長度，擴大了生產能力，提高了生產效率，降低了管材耗損。

HFW焊管生產線；飛鋸機；支撐裝置；短管；定尺鋸切

飛鋸機是管材連續自動生產線上的關鍵設備之一［1-3］。仿形銑切飛鋸機為機、電、液一體化的新型飛鋸機，主要用來橫向隨動定尺鋸切不同直徑、不同速度下的直縫焊管，它是在焊管成型工序完成之后，在線檢測焊管生產速度和長度，滿足加工要求后，通過追蹤運動實現鋸切機構與焊管的同步運動，進而通過鋸片的徑向進給及公轉運動（極坐標運動），仿照焊管的外形輪廓（圓管或方矩形管）進行定尺切割［4-7］。渤海裝備華油鋼管公司揚州分公司（簡稱華油鋼管揚州分公司）使用的是由沈陽理工大學科技開發總公司研制的XFJ508數控旋銑飛鋸機，其結構如圖1所示［8-9］。該飛鋸機的控制系統由運動控制器、PLC、交流伺服系統等組成，可實現對圓管、方矩形管的在線鋸切。

華油鋼管公司揚州分公司近3年開始大批量進行國家電網特高壓輸電工程塔用焊管的生產，該項目涉及Ф245～508 mm十余種規格的焊管，且對長度要求不一樣。受飛鋸設備因素制約，最短鋸切長度僅為8 m，為適應生產，提高效率，提出飛鋸能夠在線定尺鋸切6～8 m短管的要求。

1 飛鋸機工作原理及存在問題

XFJ508數控旋銑飛鋸機的運動合成方式采用的是極坐標形式［10］。該飛鋸機的主體結構為一個旋轉的大盤，中間有孔，可讓最大規格的管子通過，圓盤旋轉是由回轉伺服系統控制。鋸片安裝在各自的主軸上并呈對角線布局，由各自的主軸電機傳遞動力，構成鋸切系統，鋸切系統安裝在徑向進給滑臺上構成徑向進給伺服系統［11］，極坐標式仿形銑切飛鋸機鋸切系統如圖2所示。當鋸車跟蹤至與管速同步時夾具夾緊，裝在旋轉大盤上的徑向伺服系統與回轉伺服系統由計算機控制做復合運動，沿被切件的截面形狀軌跡將管材切斷，然后各系統復位，等待下一個工作循環。

圖1 XFJ508數控旋銑飛鋸機結構示意

圖2 極坐標式仿形銑切飛鋸機鋸切系統示意

此外，為使切斷后的管子迅速離開刃口，在飛鋸機之后還設有快速拔出裝置（快速拉出機）。在鋸切過程中，由于鋸車需適應管速做同步移動，快速拉出機與飛鋸機之間應留有足夠的空間以滿足鋸車的移動距離，這就限制了焊管的最短鋸切長度。飛鋸機現場布局如圖3所示。如果定尺管長過短，則開始鋸切時焊管的另一端還未搭至輸出輥架上，焊管在鋸切過程中處于懸臂狀態，不利于鋸切的穩定性，對鋸片也會造成過度磨損。

圖3 飛鋸機現場布局示意

2 改進方案

為解決上述問題，實現飛鋸機在線定尺鋸切6～8 m短管，現設計一種支撐裝置，安裝于飛鋸機與快速拉出機之間，以縮短托管間距，最終實現了6～8 m短管的在線定尺鋸切。現對該支撐裝置進行介紹。

2.1 工作原理

支撐裝置的安裝如圖4所示。圖4中，A為飛鋸機鋸片到輸出輥架入口的距離，實測為9 m。支撐裝置安裝于飛鋸機床身系統兩軌道之間，并靠近輸出輥架側。B為支撐裝置托輥到飛鋸機鋸片的距離，實測為5.8 m。由此可見，增加支撐裝置后，托管間距縮短了3.2 m，解決了因管長過短而使非鋸切端缺少支撐的問題，切管長度可由原來的最短8 m縮短至6 m。

2.2 工作過程

飛鋸機鋸切焊管時鋸車要與焊管作同步移動，由于支撐裝置安裝于鋸車移動的軌跡上，為了不產生干涉，需要裝置在完成托管動作后及時回落，確保鋸車從裝置上方通過而不發生碰撞。

具體動作過程為：①開始鋸切時，鋸車隨焊管生產速度進行同步鋸切，此時支撐裝置托輥處于抬起狀態；②鋸切中，鋸車隨焊管生產速度移動至支撐裝置前方，此時焊管非鋸切端已在輸出輥架入口旋轉輥上，并觸發光電開關，支撐裝置托輥快速回落；③支撐裝置托輥回落到位，鋸車從裝置上方通過，完成焊管的同步鋸切，鋸切好的焊管由快速拉出機運至下道工序；④鋸車復位，支撐裝置托輥也隨之抬起，等待下一個工作循環。

2.3 結構特點

由于印尼的華文教育中斷了32年，整整兩代人失去了學習華語的機會，華語的代際傳承已經中斷，目前印尼已基本不存在華語通行的社區，所以第一語言為華語的兒童極少，這使得華文教育失去了已具備熟練華語聽說能力的生源。因而，傳統的華文教育已經失去了生存的土壤，以華語書面語教學為主、以華語教授其他主要科目，并重視中華文化傳承教育的典型的“華文教育”在印尼已經不復存在，取而代之的是華語作為第二語言的教學。

支撐裝置主要由托輥、高度調整機構、升降機構以及底座組成。支撐裝置外形及結構如圖5～6所示。

圖4 支撐裝置安裝示意

圖5 支撐裝置外形示意

圖6 支撐裝置結構示意

該裝置結構特點有：①為滿足不同管徑規格的生產，使用螺旋升降機控制托輥高度，并且加裝鎖緊裝置以確保調整后的高度定位；②采用擺臂式升降機構，由液壓缸驅動，可控制裝置托輥的快速起落，并有效降低托輥下落后的整體高度，確保鋸車順利通過；③底座上設置聚氨酯緩沖墊，減小托輥回落時對整體設備的沖擊力；④由于生產中焊管內有大量的乳化液流出，為保護高度調制機構中的升降機和導向柱等零件，在其上方安裝護罩板，并能隨高度調整機構活動。

2.4 液壓控制系統

飛鋸機支撐裝置液壓系統工作原理：雙聯葉片泵1的前泵與后泵同時向系統供油才能滿足系統對支撐裝置升降速度的要求；電液換向閥4控制支撐裝置舉升與回落的動作切換；液壓鎖5使支撐裝置在電液換向閥4回中位后仍能實現系統的保壓，確保支撐裝置可以停留在任意指定位置；單向節流閥6可以調節支撐裝置升降速度［12］。支撐裝置液壓系統原理如圖7所示，主要參數見表1。

圖7 支撐裝置液壓系統原理

表1 支撐裝置液壓系統主要參數

支撐裝置回落時間（油缸回程時間）T回可由公式（1）計算：

式中V有——油缸有桿腔容積，mL；

Vg——泵的排量，L/min；

η——泵的總效率，取0.9；

n——電機轉速，r/min。

將表1中的液壓系統參數代入公式（1）可求得T回為1.09 s。

此外，車間焊管最大生產速度為19 m/min，鋸切管材的最短長度為6 m；非鋸切端進入輸出輥架觸發光電開關時，鋸車前端距支撐裝置為0.356 m，此時鋸車與支撐裝置發生碰撞所需時間t可由公式（2）計算：

式中l——鋸車距支撐裝置的距離，m；

v鋸——鋸車的最大速度，m/min。

由公式（2）可計算出鋸車與支撐裝置發生碰撞所需時間t為1.12 s，t∧T回。

可見，鋸車前端與支撐裝置發生碰撞前，支撐裝置已經回落到位，滿足設計要求。

2.5 電氣控制系統

支撐裝置電氣控制原理如圖8所示。

圖8 支撐裝置電氣控制原理

將光電開關安裝于輸出輥架的入口處，當焊管非鋸切端進入輸出輥架觸發光電開關，換向閥電磁端YA1得電，控制支撐裝置快速回落。當鋸切完成的焊管由快速拉出機運離光電開關處時，換向閥電磁端YA2得電，支撐裝置重新升起，到位后換向閥回復中位，即電磁兩端均斷電，等待下一循環。

此外，為確保支撐裝置升降動作的可靠性，還應加裝保險系統，當光電開關失效時，通過鋸車移動觸發接近開關，迫使支撐裝置回落，避免發生碰撞。

3 改進效果

目前，支撐裝置已經完成了現場的安裝與調試，它的成功應用解決了車間現有的兩大問題：

（1）未完成安裝前，車間生產6～8 m短管，需要線下將長管用鋸床通過人工操作鋸切，費時費力。安裝支撐裝置后，即可在線完成短管的鋸切，既擴大了生產力，又提高了生產效率。

（2）HFW焊管生產線屬于連續生產線，卷板經拆卷后通過對頭焊焊接，對存在對頭管段的焊管需要進行線下切除［13］。在實際生產中盡量確保對頭管段位于整根焊管的管頭或管尾，保證切除后的焊管長度仍能滿足生產要求。但由于對頭的位置不能確定，切除后的焊管長度如果不能滿足生產需要，就會造成管材的浪費。安裝使用支撐裝置后，就可以在線縮短對頭管的長度，極大地降低了因切除對頭管段而造成的管材損耗。

［1］柴曉艷.飛鋸機主傳動軸系列結構的優化設計［J］.重型機械，2008（2）：36-42.

［2］柴曉艷.飛鋸機隨動系統的運動分析［J］.重型機械，2008（1）：16-21

［3］張玉華，柴曉艷，劉福生.Ф325全自動數控飛鋸機的運動分析［J］.重型機械，2003（1）：39-42.

［4］邵毅.Ф660 mm HFW生產線的工藝裝備特點［J］.鋼管，2015，44（5）：53-57.

［5］阮誠中.仿形銑切鋸優化切割的控制方法研究［D］.上海：同濟大學，2005.

［6］矯慶春，黃曉娟，任崇立，等.大規格數控仿形旋銑飛鋸機的技術與應用［J］.焊管，2006，29（6）：82-84.

［7］任星，張玉華，宋新環，等.鋼管仿形銑切飛鋸機鋸片的研究［J］.重型機械，2016（1）：33-38.

［8］李登超.冷彎型鋼及焊管生產技術［M］.北京：化學工業出版社，2011.

［9］易朝亮.新型數控仿形銑切鋸的研究與開發［D］.杭州：浙江大學，2008.

［10］蘇指南.仿形銑切飛鋸的運動控制［D］.天津：天津理工大學，2011.

［11］郭繼富，鄭紅艷，周玉燕，等.ERW鋼管的數控仿形鋸切技術概述［J］.焊管，2006，29（2）：33-35.

［12］劉延俊.液壓與氣壓傳動［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［13］史宏德，王寧，賴興濤，等.寶鋼HFW610高頻直縫焊管機組的技術特點［C］//中國金屬學會軋鋼學會鋼管學術委員會五屆五次年會論文集，2009.

Design and Application of A Supporting Device for Cutting Flying Saw in HFW Pipe Production Line

JIA Xi，FENG Yao，QI Guozheng，Yan Wei
（North China Petroleum Steel Pipe Co.，Ltd.，Yangzhou Subsidiary Company，Yangzhou 225128，China）

Operational principle of the flying saw is analyzed.A supporting device is designed，and mounted between the flying sawing machine and the rapid pull-out machine to solve the trouble that the minimum length cut by the flying saw in the line is restrained due to the specific distance between the sawing machine and the run-out roller frame of the rapid pull-out machine.Elaborated here in the paper are the main aspects of the said supporting device，including the operational principle，operation procedures，structural features，and the hydraulic and electric control systems.Thanks to the supporting device，in-line minimum short piece cutting，and in-line crop-shortening are realized.As a result，both production capacity and productivity of the operation line are increased，and accordingly，the yield is increased.

HFW production line；flying saw；supporting device；short-piece；specific-length cutting

TG43

B

1001-2311（2016）04-0038-04

2016-01-16）

賈熙（1987-），男，工程師，從事HFW鋼管生產設備的研究和維護管理工作。