單工位大管徑鋼管步進裝置

張馨月　韓霞　何昭潔

摘 要：本文介紹的單工位大管徑鋼管步進裝置主要用于鋼管熱軋生產線中，超大管徑，超大距離，超大高差的鋼管移送工作。裝置特點在于解決了以往移鋼機不能連續工作，無法移送方形鋼、異形截面鋼，及移運距離及高差有限的問題，且大大提升移運速度，移運平穩，減小了移運過程中可能出現的碰撞，降低了噪音。控制系統采用PLC程序化控制，使移鋼機的兩套動力系統同步性更好，也實現了動力相互補充自動供給。

關鍵詞：鋼管步進 熱軋鋼管 生產線 鋼管輔機

中圖分類號：T-0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0082-02

鋼管作為石油鉆采、建筑、冶金、煉化等行業的基本材料，使用廣泛，特別是近幾年來我國熱軋、直縫焊管加工技術的提高，使得我國熱軋線、直縫焊管線配套設備有了更高的要求，更關注于效率、產能、節能、環保、控制技術等方面。在冶金工業生產中，尤其是連續生產過程中，經常需要將鋼管或鋼棒從當前的生產工藝工位移送到另一條輸送輥道線上或后續工位。如在淬火生產線上則需用步進機構或平移小車將高溫鋼管從熱軋工位移至淬火工位上，之后再移送回熱處理主軌道上。這些都需要升降距離大，移運能力強的設備來完成，目前大多應用行走小車作為生產線配套移鋼機，但工作過程中同步性不好。再如：在圓鋼、方形鋼及其他異形鋼等生產線中，需將軋好的成品切割成定長的型鋼料從輸送輥道上移送到中間收集臺架上儲存；傳統的移送方法是利用其自重將型鋼坯料從升起的傾斜表面滑入滾入收集臺架，然后復位，準備下次進料。在移運過程中，方形鋼在傾斜表面滑動，摩擦力大，故要求傾斜角度大，這種移送缺點是：單次往復運動，不能連續移運；對鋼管或圓鋼的表面損傷大；無法按預定的位置停下，要求有擋料；在整個上產過程中碰撞，噪音很大。這些都已經不能滿足配套設備的技術要求。

單工位大管徑鋼管步進裝置，水平方向的運動及升降運動是在步進旋轉臂一個旋轉過程中一次性完成，完全可以達到無沖擊移運，在轉動過程中，安裝在步進旋轉臂部分上的鏈條保證了它的V型取料板開口方向始終向上。完全可以解決目前在用設備存在的不足。

1 主機結構

單工位大管徑鋼管步進裝置，主要包括：電機減速器動力部分、聯軸器及連接軸部分、步進旋轉臂、軸承座及基座部分組成；電機、減速機、制動器作為動力單元的主要部件，為了保證電機輸出軸和減速機輸入軸的安裝同心度，三件安裝在同一只鋼制底座上，同心度誤差保證在0.05以內；制動器安裝在電機輸出軸端，用于設備運行過程中的停車以及一個工作循環完成的停止制動；整個設備動力系統設計為兩套，可大大增加鋼管移運能力，如果移運的鋼管長度超過30m，可考慮在中間再增加一套動力，以保證過長輸入連接軸在運轉過程中的扭轉角偏差。整個設備沿鋼管取料的軸線方向設置了8～12只步進旋轉臂，一般設計考慮鋼管剛性及管長每隔2.5～3.5m設置一套步進旋轉臂；每兩套步進旋轉臂安裝在一條主動連接軸上，主動連接軸靠兩端支撐位置安裝的軸承座來定位，每只軸承座固定在地基基座上，整個設備安裝時，地基基座的安裝精度，對整套設備的運行影響很大，必須保證4～6只主動輸入軸安裝的同心度；減速機輸出軸同第一只主動輸入軸通過帶中間套的齒式聯軸器連接，可通過中間套調整安裝距離；動力部分的動力從減速機輸出軸輸出通過，齒式聯軸器傳遞給第一只主動輸入軸；4～6只主動輸入軸間靠齒式聯軸器直接連接，將所有軸串成一套軸線，同生產線鋼管中軸線平行，且保證所有主動輸入軸同速度、同角度旋轉；兩臺動力系統的配合靠PLC控制，相互補充動力，自動供給（見圖1）。

2 工作原理

兩臺電機減速器分別安裝在生產線管端線兩側以外，電機驅動減速機旋轉，中間安裝有制動裝置，減速機輸出軸通過聯軸器同第一根主動連接軸相連接，以后的多根主動連接軸之間靠齒式聯軸器相連，保證多根軸旋轉時的同心度；每根主動連接軸上安裝兩件步進旋轉臂部分，靠兩個軸承座定位，固定在基座上。

步進旋轉臂部分工作時作圓周運動。當主動連接軸帶動旋轉臂轉動時，主動鏈輪由電機減速器驅動；鋼管被V型取料板托起慢速水平移動，此時固定板由拉桿定位不能轉動，設計的活動鏈輪齒數和固定鏈輪齒數相同保證活動鏈輪絕對角速度為0，可以確保V型取料板，V型開口始終向上。步進旋轉臂旋轉一周為一個行程，就將鋼管從一個工位已送到下一個工位。

步進旋轉臂鏈傳動部分主要由固定鏈輪、活動鏈輪、鏈條及張緊裝置組成。工作過程中，V型取料板與活動鏈輪通過軸連接，固定鏈輪被拉桿調節裝置固定，主動連接軸帶動旋轉臂轉動，通過鏈條使得活動鏈輪的絕對轉速和固定鏈輪均為0，確保V型取料板的始終向上平動。

裝置在其轉動過程中，主動鏈輪和活動鏈輪的連接鏈條保證了V型取料板開口始終向上。通過降低及控制轉速，實現取料和移運的低速運行，達到無沖擊移運。鏈傳動的相對轉速為零，大大降低噪音。設計結構簡單，維護方便，整套設備通過PLC控制，配合現場安裝的接近開關，實現全自動化運行。

3 主要特點

（1）裝置可實現全自動化程序控制，可配套于全自動的鋼管、圓鋼及油套管生產線。

（2）其結構和功能可適用于多種類、多管徑的管類生產線的配套，可實現生產線中有高度差的儲料移送。

（3）安裝簡單、布局合理、工作非常平穩、移管距離大、設備運行維護成本低。

（4）運行速度可調、并配套有制動，運行過程中可使步進旋轉臂停在任意位置。

（5）從高位到低位或由低位移動到高位移管作業，均能保證平穩、迅速、準確地移運鋼管，并確保表面品質，也很大程度的降低噪音。

4 結語

本裝置主要解決了鋼管熱軋、鋼管直縫焊、連續式余熱淬火等生產線上對超長鋼管進行大距離升降抬移的技術難題，能夠產生較大鋼管落差移送，對超長超重鋼管更有優勢，長距離懸臂移運同步性非常好，主要針對長度在20m以上，直徑在200mm以上的鋼管、鋼棒料等生產線。整個裝置在管端兩頭都安裝了電機減速動力系統，通過多個聯軸器，連接軸，將動力傳遞給多組安裝在連接軸上的步進旋轉臂，步進旋轉臂繞軸旋轉完成生產線上整根長鋼管取料、移運、送料工作；2010年研制成功以來，經過多次設計改進，可靠性及自動化成度大大提升。已經成功配套于山東墨龍，黑龍江建龍，鞍鋼，寶鋼等多條熱軋生產線上，使用效果良好。

參考文獻

[1] 劉廣哲.惠斯頓移鋼機的組成原理和運動分析[J].機械制造與研究，2009（1）：40-42.

[2] 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院.大距離升降抬鋼移鋼機：中國，200620034203.3[P].2008-01-23.

[3] 武漢鋼鐵（集團）公司.往復式連續移鋼機：中國，201220024174.8[P].2012-01-17.

[4] 中冶華天工程技術有限公司.雙托架惠斯頓杠桿機構及雙頭移鋼機構：中國，201010262283.9[P].2010-08-25.

[5] 陶維瑛.惠斯頓杠桿的設計與計算[J].包鋼科技， 2001，27（2）：59-61.

[6] 吳鵬飛，李敬波.惠斯頓杠桿機構在鋼管行業中的應用[J].焊管，2015（7）：40-43.