中頻加熱彎管在氣力輸送換向器中的改進應用

姜志華

（丹東東方測控技術股份有限公司，遼寧 丹東 118300）

0 引言

管道物料輸送技術是典型的物流系統之一，是物流技術中一個重要組成分支，其中氣力輸送是通過有壓氣體作為動力，將松散物料或者容器等物品通過管道輸送到目的地的方法[1]。類似于火車軌道的換向機構，換向器作為氣力輸送關鍵設備之一，能夠實現氣力輸送管道的換向切換功能，并能夠保證換向后管道的密封和配合精度，換向器內需要S形彎管實現換向功能，且為實現管道內物料或容器的平穩順利通過，需要保證S形彎管內部無凸起變形等缺陷。中頻加熱S形彎管（以下簡稱彎管）是由中頻彎管機加工而成的一種自動化生產的彎管，其具有內外無焊渣焊縫等凸起、曲率固定過渡平滑等優點，但是這種S形彎管中心距誤差為±5 mm，不滿足換向器對彎管精度±0.2 mm的要求，因此需要對彎管在換向器內的安裝進行改進，以滿足安裝精度的要求。

1 管道物料輸送技術在水泥方面的應用現狀

目前我國普遍應用的水泥工藝大部分是新型干法水泥生產工藝，水泥生產過程中的中間產品質量（如生料熟料等）直接影響生產過程控制的主要參數和最終水泥產品的合格率。現今水泥質量控制的主要方式是由崗位操作工人在生料、熟料、水泥磨等取樣點進行定點定時取樣，由崗位工人送到實驗室，實驗室人員進行人工研磨壓片，然后進行熒光、衍射、粒度等參數的測定和化驗，反映取樣點位置樣品的元素指標，據此計算出水泥生產流程中的各項指標，為配料站人員進行配料調整提供依據，從而控制整個生產過程的生產質量。

李高偉等[2]介紹了自動取樣器在新型干法水泥企業中的工作原理，并介紹了設備配置、安裝調試等內容，并指出傳統取樣方式和取樣器結構原理的優點是比較簡單、操作較為方便，缺點是需要人工全程操作。自動取樣器要求比較高，雖一次性投入略大，安裝調試難度比較高，但自動化程度比較高，可以節省人力、物力資源，降低工人的勞動強度。同時，自動取樣器由系統自動控制，受人為影響因素小，取樣頻率準確，樣品的代表性高。

針對水泥質量控制過程中存在的人工取樣、送樣、化驗過程中存在的樣品滯后和勞動強度大等問題，某些廠商（主要是國外廠商）研發出水泥自動質量控制系統，其主要功能是現場由取樣器自動取樣，樣品由管道物料輸送系統發送到實驗室，在實驗室進行自動研磨壓片后，通過自動分析儀、衍射儀、粒度儀檢測，檢測數據自動上傳至控制系統，參與配料控制，實現閉環控制。

為了將現場樣品快速準確地送到實驗室，需要一整套管道物料輸送系統，氣動管道物流傳輸系統以壓縮空氣為動力，在密閉的管道中驅動傳輸載體傳送物品。換向器是氣動管道物流傳輸系統的主要部件之一，是將多條傳輸管道互相導通的裝置，通過管路的切換實現管道內載體傳輸方向的改變，任意選擇傳輸的路徑和目的地。氣動管道物料傳輸系統包括了取樣器、發送站、接收站、管道、風機、樣品罐、管道換向器和其他附屬部件，其中管道換向器能夠實現管路由2路或2路以上向1路合并的功能，為實現這一目的，需要設計一段合理的彎管段，一端為固定端，另一端為多向端，彎管能以固定端為中心經電動機驅動旋轉，多向端連接有不同方向的管路，實現管路的多對一。為了保證管道系統的密封和樣品罐的傳輸無卡頓現象，彎管優選沒有焊口的一體成型中頻加熱S形彎管。

2 中頻加熱S形彎管產品的問題

中頻加熱液壓推進彎管機主要由搖臂回轉裝置、搖臂驅動裝置、導向裝置、小車推進裝置、預壓緊裝置、夾緊頭裝置、感應加熱圈移動裝置、中頻加熱電源與冷卻器、小車推進液壓系統、馬達驅動液壓系統、搖臂夾緊頭夾緊扣和拖板滑臺夾緊液壓系統[3]等組成。

中頻彎管時，中頻彎管機采用中頻電感應加熱，在局部加熱的條件下對鋼管進行彎制。中頻彎管的過程是在鋼管待彎部分套上感應線圈，用機械轉臂卡住管頭，在感應圈中通入中頻加熱電流以加熱鋼管，當鋼管溫度升高到塑性狀態時，在鋼管后端用機械力推力推進，進行彎制，彎制出的鋼管部分迅速用冷卻劑進行冷卻，邊加熱，邊推進，邊彎制，邊冷卻，不斷將鋼管彎制出來。彎管機的主要技術參數為：彎曲半徑為650～4500 mm，彎曲速度為0.2～8.0 mm/s,彎曲角度為0°～180°。

該生產工藝的特點是：保證生產過程中彎管壁厚基本不變化，彎曲半徑一致，在生產各類單向彎頭時，可以通過控制裝夾位置等工藝參數，使彎管各項參數保持大致穩定。

在生產S形彎管的過程中，由于彎管機只能朝某固定方向旋轉轉臂，需要在彎制一段彎管后將設備暫停，通過將鋼管旋轉180°進行二次裝夾，再彎制第二段彎管，二次裝夾使鋼管位置、加熱位置、轉臂位置都更換了位置，導致中頻加熱S形彎管產品尺寸出現了誤差。S形彎管加工中的主要誤差如圖1所示。

圖1 彎管加工誤差圖

如圖1所示，彎管加工后主要參數誤差為彎管長度L、彎管中心距d、彎管端部平行度偏差α。彎管長度L一般偏大，主要是因為生產彎管所需原料直管下料精度不夠，每次下料都需要為后續加工留有余量，長度一般比實際尺寸偏大5～10 mm。彎管中心距d常常存在加工偏差P，其產生原因為：由于中頻彎管機在加工彎管時需要二次裝夾，導致彎管中段距離由于裝夾位置不同而產生誤差。該誤差由于不同加工人員操作習慣不同，誤差大小也有不同，總體誤差水平在±5 mm以內，呈正態分布。實際使用中發現，中心距誤差P整體偏大。彎管端部平行度偏差α產生原因有兩種：1）由于機械臂二次裝夾位置不同，彎管彎曲角度不足或過量，導致誤差產生；2）由于彎管在加熱、冷卻、長時間存放過程中的時效變形，該偏差同時也會對中心距誤差產生影響。

以上總結了中頻加熱彎管機容易產生的誤差原因和現象，其中某些誤差可以通過二次精加工進行部分修正，為后續的產品成型和使用提供前提條件。

針對彎管長度L誤差，可以在彎管經過時效處理且長度穩定后，通過把彎管頭部線切割到指定長度的方法處理。針對彎管端部平行度偏差α，同樣可以在彎管時效處理后對切割后的彎管頭部進行修平處理。在彎管時效處理后，彎管中心距誤差P一般偏大，首先需要根據測量結果進行篩選，將誤差P超過5 mm的彎管產品進行二次彎管矯正，將符合誤差范圍的彎管進行端部修平處理。

3 換向器內彎管的安裝

換向器是氣力輸送系統中重要的一環，具有將管道由多路變為一路的功能，它對管道和S形彎管提出了極高的要求，要求二者準確對齊，并且要保證運行管道的密封狀態，防止由于氣壓損失導致的樣品傳輸速度下降或樣品罐卡頓等問題。

為了實現換向器的換向功能，保證樣品罐在經過換向器的時候不卡頓，要求S形彎管和換向器各管路有足夠的配合精度。經過精密加工后，消除了彎管長度誤差和端部平行度偏差，但中心距仍有5 mm以內的中心距偏差P，而換向器所需安裝精度需要誤差小于0.2 mm，以保證管道內容器的順利通過，所以仍需對換向器進行設計改造，以適應彎管中心距偏差P。換向器內部結構如圖2所示。

圖2 換向器內部結構圖

換向器主要由箱體、彎管、多向端接頭、單向端接頭、旋轉板及彎管驅動電動機等組成。S形彎管通過軸承安裝在箱體上，一端為固定端，通過O形圈和單向端接頭密封；另一端為活動端，和旋轉板相連。在電動機的驅動下，通過齒輪傳動，S形彎管能夠以固定端為軸心進行180°旋轉，旋轉的具體角度由電動機和編碼器進行控制，保證旋轉角度的穩定，S形彎管的活動端帶動旋轉板同樣沿軸心進行旋轉，多向端接頭上安裝有密封壓板，多向端接頭和密封壓板通過O形圈進行密封，同時密封壓板和箱體之間安裝有壓簧，保證密封壓板能夠貼合旋轉板，通過機械密封的方式保證管道密封。換向器運行到多向端不同接頭處時，需要保證密封壓板貼合旋轉板，同時要保證多向端接頭和彎管活動端同軸，以保證樣品罐能夠順利通過管道而不產生磕碰或大幅度降速。整個換向過程由PLC自動控制，并且與上位機系統實時通信，保證了換向的實時性和準確性，并且實現了系統的遠程調度控制和實時準確，換向器內部安裝有手動調試模塊，可以在檢修時由檢修人員切換成手動模式進行手動換向控制。

在彎管安裝到換向器內部后，由于長度和端部平行度偏差已經被修正，影響彎管安裝精度的主要問題是中心距偏差導致的彎管和多向端接頭無法準確對齊，而該偏差只會影響與彎管方向平面上下方向的距離。因此可以對安裝方式進行適當調整，將多向端接頭固定方式由4個固定螺栓改為4個型孔固定，并在箱體適當位置留有調整間隙，使其能夠沿中心距偏差方向調整安裝距離，該安裝距離調整可以適當補償并調整彎管中心距誤差，安裝時通過粗略校準的方式將多向管與彎管一端對齊，并且在鎖緊螺母前用與管內直徑幾乎相同的通規檢測彎管和多向端接頭，保證二者的同心度，并且在鎖緊安裝螺母后再抽出通規，就能夠使彎管和接頭同心，在保證管道密封的同時使管道內樣品罐順利通過。

在換路器多向端管路安裝方式改進以前，由于中心距誤差導致的S形彎管的合格率一直在50%左右，對產品的整體生產和交貨期產生了不利影響，通過對換向器彎管安裝方式的調整，使得換向器對不同彎管的安裝適應性顯著提高，將彎管的一次生產合格率從50%左右提高到80%以上，大幅度降低了生產換向器的生產成本和返修率。

4 結語

通過對中頻加熱S形彎管誤差原因及工藝的研究，列舉了幾種影響安裝和使用精度的問題，并通過彎管在換向器內安裝方式的改進，提出了彎管應用于精度較高的設備中的安裝方式，為今后對中頻加熱S形彎管在其他設備中的應用提供了參考經驗。