鋼管外壁除銹裝置的設(shè)計(jì)與研究

王 旭，王繼宗，徐向紅

（天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司，天津300301）

0 引言

在環(huán)境和時(shí)間的影響下，鋼管外壁會(huì)產(chǎn)生鐵銹及雜質(zhì)，嚴(yán)重影響鋼管的使用性能。隨著市場(chǎng)對(duì)鋼管外壁質(zhì)量要求的提高，對(duì)鋼管在線除銹設(shè)備的需求量日益增加。天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司承攬了集團(tuán)公司鋼管外壁除銹裝置機(jī)械及電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作及相關(guān)技術(shù)服務(wù)，主要用于鋼管在線除銹任務(wù)。本文介紹了一種鋼管外壁除銹裝置，以其設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。

1 工作原理與設(shè)備技術(shù)參數(shù)

1.1 工作原理

鋼管外壁除銹裝置是通過電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪將動(dòng)力傳給主軸，主軸上裝有多個(gè)鋼絲刷，鋼絲刷的末端配有重錘，主軸在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力，重錘在離心力的作用下可以將鋼絲刷壓向鋼管，從而使鋼絲刷在旋轉(zhuǎn)過程中，能將鐵銹及雜質(zhì)從鋼管表面除去。在不除銹的情況下，移動(dòng)小車帶動(dòng)整體設(shè)備移出，離線檢修。

1.2 技術(shù)參數(shù)

主軸電機(jī)：5.5 kW；

主軸轉(zhuǎn)速：150～450 r/min，變頻調(diào)速；

鋼管外徑：Φ139.7～Φ273 mm；

鋼管長(zhǎng)度：6 000～15 000 mm；

鋼管最大單重：2 000 kg；

鋼管全長(zhǎng)彎曲度：≤全長(zhǎng)的0.2%；

鋼管表面狀態(tài)：熱處理或熱軋后鋼管。

2 基本結(jié)構(gòu)

除銹裝置包括機(jī)械設(shè)備、水路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)。

2.1 機(jī)械設(shè)備

除銹裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括移動(dòng)裝置、升降機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置、主軸裝置、噴水環(huán)及吹氣環(huán)等。

2.1.1 移動(dòng)裝置

移動(dòng)裝置由移動(dòng)小車、軌道、小車壓緊裝置組成。設(shè)備工作時(shí)，兩個(gè)氣缸將整套裝置壓緊，避免震動(dòng)；在不除銹的情況下，移動(dòng)小車帶動(dòng)整體設(shè)備移出，離線檢修。

2.1.2 升降裝置

圖1 除銹裝置結(jié)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)由升降基座及氣缸組成，更換鋼管規(guī)格時(shí)，氣缸工作帶動(dòng)升降基座，拖動(dòng)整套設(shè)備上下調(diào)整，對(duì)準(zhǔn)鋼管中心。

2.1.3 傳動(dòng)裝置

傳動(dòng)裝置由電機(jī)、皮帶輪及皮帶組成。皮帶輪安裝在主軸上，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使主軸旋轉(zhuǎn)完成除銹任務(wù)。

2.1.4 主軸裝置

主軸裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。主軸支撐在支撐裝置上，支撐裝置內(nèi)裝有滾動(dòng)軸承，主軸可以高速旋轉(zhuǎn)。主軸由3個(gè)分段軸連接而成，主軸二段安裝滾動(dòng)軸承，主軸一段和三段安裝鋼絲刷及擺桿等部件。由于在除銹過程中，水、銹等雜質(zhì)比較多，長(zhǎng)時(shí)間在這樣的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)必然影響除銹效果與使用壽命，因此主軸兩端的一段和三段設(shè)計(jì)為錐形，并在主軸內(nèi)筒壁上開長(zhǎng)孔，這樣在離心力的作用下，水、銹等雜物便會(huì)順錐形孔甩出或者直接從內(nèi)筒壁的長(zhǎng)孔流出，減少雜質(zhì)在主軸內(nèi)側(cè)的沉積，從而延長(zhǎng)使用壽命和減少清洗難度。皮帶輪固定在主軸二段上，電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪使主軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過程中，擺桿裝置控制鋼絲刷移動(dòng)并壓緊鋼管，停止旋轉(zhuǎn)后，鋼絲刷裝配會(huì)借助鋼絲刷桿上的彈簧進(jìn)行復(fù)位。

2.1.5 潤(rùn)濕噴水環(huán)

噴水環(huán)由底座和圓環(huán)組成，圓環(huán)上設(shè)有一圈噴嘴，鋼管進(jìn)入除銹機(jī)前，檢測(cè)鋼管來(lái)料時(shí)，閥自動(dòng)打開，噴水環(huán)噴水，潤(rùn)濕鋼管。

2.1.6 清洗噴水環(huán)

圖2 主軸裝置結(jié)構(gòu)圖

清洗噴水環(huán)結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕噴水環(huán)相同，鋼管完成除銹后，傳感器檢測(cè)到鋼管，閥自動(dòng)打開，噴水環(huán)噴水，將鋼管外壁雜質(zhì)進(jìn)沖洗干凈。

2.1.7 吹氣環(huán)

吹氣環(huán)設(shè)有三排噴嘴，噴嘴與鋼管成一定角度。傳感器檢測(cè)到鋼管，閥自動(dòng)打開，吹氣環(huán)吹氣，將水吹干。

2.2 水路系統(tǒng)

水路系統(tǒng)包括接水池、沉淀池、凈水池，一臺(tái)泵、球閥、止回閥及管路附件等。設(shè)備底部設(shè)有接水池，接水池中的水自動(dòng)流入沉淀池內(nèi)，經(jīng)過沉淀流入凈水池，凈水池底設(shè)有一臺(tái)自吸泵，將水供給噴水環(huán)，循環(huán)利用。

2.3 氣路系統(tǒng)

用氣裝置為吹氣環(huán)、鎖緊氣缸及升降機(jī)構(gòu)氣缸，氣動(dòng)管路接廠房壓縮空氣，并在管路上設(shè)有球閥。

2.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)

軸承均為干油點(diǎn)潤(rùn)滑，做機(jī)上配管將潤(rùn)滑點(diǎn)引到設(shè)備外。

2.5 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)包括電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、PLC和現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)及光電開關(guān)。

除銹電機(jī)由1臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，采用ABB ACS800系列變頻器，根據(jù)鋼管外徑設(shè)定旋轉(zhuǎn)速度；1臺(tái)傳動(dòng)柜，安裝于就近電氣室；潤(rùn)濕噴水環(huán)前設(shè)有鋼管檢測(cè)開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到鋼管時(shí)，潤(rùn)濕噴水環(huán)噴水，除銹機(jī)出口設(shè)有鋼管檢測(cè)開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到鋼管管端時(shí)，除銹機(jī)電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行除銹，同時(shí)清洗噴水環(huán)、吹氣環(huán)依次延時(shí)開啟、關(guān)閉，自動(dòng)完成鋼管除銹工作；現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)主要控制氣缸壓緊小車和檢修時(shí)手動(dòng)操作，并通過除銹機(jī)電機(jī)速度選擇開關(guān)設(shè)定轉(zhuǎn)速。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 擺桿裝置

擺桿裝置見圖3。擺桿裝置由支架、擺桿一、擺桿二、套筒、彈簧、磁鐵、鋼絲刷及重錘等組成。兩個(gè)擺桿用于限制鋼絲刷運(yùn)動(dòng)，主要通過主軸的旋轉(zhuǎn)，使重錘產(chǎn)生離心力，并通過彈簧將鋼絲刷壓在鋼管外壁上，從而達(dá)到除銹的效果。另外，鋼絲刷在不工作時(shí)，彈簧能夠及時(shí)復(fù)位，避免鋼絲刷頭由于復(fù)位不及時(shí)而造成損壞，從而減少成本。擺桿一和套筒為螺紋連接，可以根據(jù)鋼管規(guī)格調(diào)整鋼絲刷的起始位置；末端內(nèi)部裝有磁鐵，刷頭直接吸到磁鐵上，可以比較方便地更換刷頭。擺桿二上設(shè)置長(zhǎng)孔，可以有效防止離心力過大而使鋼絲刷對(duì)鋼管產(chǎn)生過大的壓力，并通過計(jì)算分析，設(shè)置了可以變化的重錘重量，從而使其能夠根據(jù)鋼管直徑來(lái)進(jìn)行變化，達(dá)到更好的除銹效果。鋼絲刷分布于傳動(dòng)軸的兩側(cè)，每一側(cè)分為兩層，交錯(cuò)分布，如此布局不僅可以增強(qiáng)鋼管外壁的除銹效果，更換刷子時(shí)也能夠更加方便快捷，從而進(jìn)一步節(jié)省人力，提高效率。

圖3 擺桿裝置圖

3.2 升降機(jī)構(gòu)

鋼管除銹過程中，由于鋼管外徑規(guī)格不同，在輥道上的中心高度不同，故鋼管管體除銹裝置要具備除銹機(jī)主機(jī)中心位置可調(diào)的性能。升降機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)用的螺栓螺母及標(biāo)尺，4個(gè)升降用的氣缸及相應(yīng)的節(jié)流閥，導(dǎo)向裝置及行走機(jī)構(gòu)。除銹機(jī)的主體上升靠4個(gè)氣缸舉起，下降靠自重及氣缸的拉力，用標(biāo)尺及螺母的調(diào)整來(lái)確定對(duì)于不同外徑規(guī)格的鋼管進(jìn)行除銹的主機(jī)的中心位置。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼管外壁除銹裝置可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況整機(jī)移動(dòng)，避免設(shè)備檢修時(shí)因空間狹小而無(wú)法操作等問題。主軸結(jié)構(gòu)可以根據(jù)鋼管規(guī)格進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，增大使用產(chǎn)品范圍。主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以通過鋼絲刷除去鋼管外壁鐵銹及雜質(zhì)，提高鋼管外壁質(zhì)量。