CN103801755A - 一种螺旋焊管切割机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋焊管切割机，属焊接装备技术领域。主要由机械硬件平台、电器控制系统组成，其中，机械硬件平台主要由轨道、行走装置、升降装置、测速装置、跟随装置、切割装置和配线装置组成。本发明一种螺旋焊管切割机此螺旋焊管切割机对大管径、大壁厚的螺旋焊管，切割速度完全可达到8m/min的需求，远远超过国内原一步法相应设备2-3m/min的切割速度，产能可以做到十倍以上的提升，符合当前高产低耗的要求。目前国内市场暂无同类产品出现，我公司设计的螺旋焊管切割机在国内同行处于领先水平。
Description
技术领域
本发明属焊接装备技术领域，特别涉及一种螺旋焊管切割机。
背景技术
近年来，随着国家不断推进重型机械行业向高产低能耗转变，焊管行业也正酝酿着一次产业变革。老式的螺旋焊管机组设备已经逐渐不能满足行业内对产能和能耗的要求，参照国外发展经验，一致认为用螺旋焊管预精焊制造工艺（俗称二步法）生产螺旋焊管将成为主流。螺旋焊管预精焊制造工艺指的是螺旋焊管的成型过程和内外埋弧焊接过程分先后进行的制管工艺方法。传统的螺旋埋弧焊管制造采用的是成型、焊接一步完成（俗称一步法），既不经济且焊接质量不太理想；而两步法由于成型和焊接分开进行，从而消除了成型控制对焊接的不利影响，尤其是减少了调型时对内焊缝产生应力的影响，从而减少了焊接缺陷，使焊接质量大大提高，而且产能在耗能提升不到一倍的情况下完全可以达到十倍以上的提升。
现有钢管切割机均为固定式切割头，而单台切割机的切割能力又相对有限，所以在生产大管径、大壁厚螺旋焊管时，只能满足机组速度低于2-3m/min的一步法螺旋焊管钢管切割。目前，由于国内焊管装备设计制造行业对两步法生产螺旋焊管大多还是刚刚处于或度过起步阶段，而国外，尤其是工业强国德国在这方面却有着相当成熟的研究，所以其在两步法生产螺旋焊管这个领域基本做到了鹤立鸡群的地位。近年来随着国内产业结构的革新，为了更好的做到低能耗高产出，国内大部分钢管厂均开始考虑或已经升级自己的焊管设备。考虑到这些，壮大自己的装备水平也已经显得尤为迫切。
纵观两步法螺旋焊管生产线的设计，主要关键点就集中在切管车和精焊装置的设计上。国内现有切割机的切割能力有限，以至于根本无法满足两步法螺旋焊管生产线对于8m/min的速度要求。国内现有大多数切割机均为固定式切割头，有一部分为活动切割头，其实际使用效果也不是很好。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种能够完全满足两步法螺旋焊管机组的钢管切割机。
本发明一种螺旋焊管切割机主要由机械硬件平台、电器控制系统组成，其中机械硬件平台主要由轨道、行走装置、升降装置、测速装置、跟随装置、切割装置和配线装置组成；
行走装置装载切割机在轨道上前进后退。配线装置安装在行走装置的一侧，自动收卷设备的各种管线。测速装置安装在入管方向的轨道上，测量待切割钢管的速度；升降装置安装在行走装置机架的上方，根据钢管管径的不同通过升降机调整切割装置的位置。跟随装置安装在行走装置机架入管方向侧，待钢管运至切割机时，跟随装置通过油缸伸出的六个支撑点与钢管刚性连接，保证钢管与切管机同步运行。而切割装置安装在行走装置机架的出管方向侧，根据测速装置反馈的速度自动匹配切割速度，完成对钢管的切割。其设备参数为：
行走装置减速机：JK77-11-Ⅲ-T-130ST-M10015LFB-M1
功率：1.5Kw，一台，传动比i=128.52,轮径φ240mm
升降装置减速机：JK57-47-Ⅲ-T-Y2100L1-4-M1，
功率：2.2Kw，一台。传动比i=30.28,蜗杆每转行程：1.5mm
升降装置编码器：H58A-10 G 10-30 DP 12/13 B N/CW-810，一件。
测速装置编码器：编码器E6B2-CWZ5B (分辨率2000p/r)，一件。
小车移动及切管装置升降极限限位光电开关：欧姆龙E2E-X18MF1，四件。
切割装置由卷线筒、同心架、转筒、动力装置以及切割头组成，同心架作为切割装置的“骨架”装载其余各部件，动力装置带动转筒通过同心架带动卷线筒转动，卷线筒通过各管线连接至配线装置。两个切割头均匀布置在转筒内部，切割头采用独特的回转支撑固定旋转切割头座形式。其设备参数为：
切管装配转筒旋转减速机：JKAF77-10-Ⅲ-T-130ST-M10015LFBZ-M4
功率：1.5Kw，两台。减速机传动比i=135.28, 齿轮齿圈传动比：i=5.688
储线活套采用两条防火两头扣柔性吊装带DS003-01-220，长度分别为35m以及45m.
跟随装置由减速机、升降机、跟随装置转筒、导座以及加长杆组成。转筒安装在切割装置的同心架上，起支撑跟随装置的各零部件的作用。减速机共6台，分别通过升降机控制加长杆的伸缩以适应不同管径的钢管。导座安装在转筒上，起导向升降机螺杆的作用。其设备参数为：
减速机JK37-66.5-Ⅰ-T-YLJ100-3.5/8-M1，三台；
减速机
用杆件uiz1-220在行走装置上，平台主要由轨道、行走装置、JK37-66.5-Ⅱ-T-YLJ100-3.5/8-M1，三台。
升降机SWL5-1BⅢ-60F 六台，减速比i=10.49,蜗杆每转行程：1.167mm
电器控制系统采用三电一体化（EIC）数字控制系统, 能完成全机组的逻辑、顺序、位置、运行、速度、工艺控制及全过程同步控制的协调等，并完成在线实时数据的采集、分析及故障诊断功能。系统主要由一、二级自动化系统、电气传动系统、现场操作及现场控制和检测元件等几部分组成。整个自动化系统由PLC可编程系统、分布式I/O从站和监控系统组成，之间采用Profibus-DP及Modbus网络通讯。
采用上述螺旋焊管切割机所能切割的钢管切割壁厚：5-25.4mm；钢管切割管径：508-2032mm； 钢管切割速度：1-3m/min；切割钢管材质：Q235、Q345、X42-X100。
采用上述螺旋焊管切割机能实现的螺焊机组生产速度：3-8m/min。
本发明一种螺旋焊管切割机运行时，整个车体在行走装置带动下在轨道上前进后退，跟随装置与钢管刚性连接，混为一体，确保小车与钢管前进速度完全一致，由于钢管为螺旋焊缝，钢管实际前进方式为由直线前进和钢管自身旋转合成的螺旋前进。为达到钢管和小车的彻底刚性连接，跟随装置会根据测速装置测得的钢板速度随时调节旋转速度。切割装置根据切割机切割能力和钢管前进速度，自行匹配旋转速度，以完成钢管的切割。
钢管规格更换时，升降装置和跟随装置自行调节高度，以满足不同管径的需要。
电器控制系统是由编码器和感应开关反馈设备运行的实时信息，PLC根据这些反馈信号，通过内部已设定的控制程序，自动对反馈信息作出指令指示。为了最大程度的确保控制系统的可靠性，PLC、继电器及空气开关等辅件均选用国内外知名品牌。由于闭环控制各个运行部件，能够使设备达到完全自动化运行，极大的节省了人力和物力。
本发明设备在各个电气和机械运行中均配有相应的保险装置，减少由于人为误操作的几率，确保设备运行中的可靠性，最大程度保证了设备和人身的安全。
本发明的关键技术在于以下几点：
1）钢管旋转速度的择取
本发明最大的改变，也是最基本的改变，即为将原来的固定式切割头改为旋转式切割头，通过调节速度差来照顾切割机切割能力不足的问题，以实现大壁厚钢管的快速切割。
2）钢管旋转速度的择取
国内现行钢管切割一般为固定式双切割头，所以根本不用考虑对钢管旋转速度的择取。但此次设计采用旋转式切割头，利用差速原理实现切割，所以必须考虑钢管旋转速度。由于螺旋焊管成型角度的存在，只测量钢板进入成型机的速度就可以转化为钢管旋转和前进的速度。在钢板进入成型机前设置一套测速装置，通过测速装置测取钢板转速，测速装置设置为连锁压下和自动抬起，只要机组启动便能测取实时速度。钢板速度通过PLC转化为钢管速度以供切割机使用。
3）小车与钢管同步
现有固定式切割头切管车一般为通过油缸带动V形旋转辊轮压合在钢管表面，通过阻尼力带动小车前进。但此方式只能使用于结构比较简单且较为轻巧的切管车。由于此种旋转式切割头需要的设备较为复杂且吨位较大，此方式已经无法满足。所以经过设计和试验，现在采用双动力带动切管车前进，以同时做到小车可以轻松前进且又能与钢管保持刚性一致。双动力分别为：伺服电机驱动和钢管前进带动。伺服电机根据测速装置所测速度进行匹配转速，以达到同步驱动切管车前进；切管车与钢管通过跟随装置伸出的六个支撑点实现空间坐标内完全的刚性连接，支撑点头部安装有缓冲垫，确保不会压坏或划伤钢管，钢管前进时又会为切管车提供动力。
4）切割速度的控制
现有钢管切割一般为固定式双切割头，受困于切割机的切割能力，在切割厚壁管时，切割速度根本无法完全达到两步法螺旋焊管生产线的要求。所以此次设计采用旋转式切割头，通过差速实现钢管的切割，极大程度的照顾了切割机切割能力的影响，使用证明此次设计完全可以满足两步法螺旋焊管生产线的要求。同时考虑到旋转式切割头需要进行相应的割线、冷却水输送管和控制线等的配套，所以此次设计又增加了一套相应的配线装置，通过多组动静滑轮之间距离的调整实现储存和放线。
本发明一种螺旋焊管切割机采用独特的回转支撑固定旋转切割头座，而且回转装置通过齿轮机构实现动力的传输，在辅以伺服电机，就可以任意调节切割头旋转
本发明一种螺旋焊管切割机此螺旋焊管切割机采用动静滑轮设计储线活套，通过合理的布置动静滑轮副，完全可以实现对割线、冷却水输送管及控制线等的自动卷线和放线。
本发明一种螺旋焊管切割机此螺旋焊管切割机采用六支撑式环抱钢管，实现对其空间三坐标的完全抱夹。另外，可根据不同规格的钢管管径和壁厚，自动调整抱夹力大小，以避免钢管出现抱夹过送或被压扁的现象。
本发明一种螺旋焊管切割机通过中央处理系统，实现对设备上所有动力元件的自动化控制，保障了设备的自动化运行，极大的提高了工作效率。
本发明一种螺旋焊管切割机此螺旋焊管切割机对大管径、大壁厚的螺旋焊管，切割速度完全可达到8m/min的需求，远远超过国内原一步法相应设备2-3m/min的切割速度，产能可以做到十倍以上的提升，符合当前高产低耗的要求。目前国内市场暂无同类产品出现，我公司设计的螺旋焊管切割机在国内同行处于领先水平。
附图说明
图1为一种螺旋焊管切割机的主视图；
图2为一种螺旋焊管切割机的左视图；
其中1轨道、2行走装置、3升降装置轨道、4、测速装置、5跟随装置，6切割装置、7配线装置；
图3为一种螺旋焊管切割机的切割装置的剖视图；
图4是一种螺旋焊管切割机的切割装置的主视图；
其中5.1减速机、5.2升降机、5.3跟随装置转筒、5.4导座以及5.5加长杆。
其中6.1卷线筒、6.2同心架、6.3转筒、6.4动力装置、6.5切割头。
具体实施方式
如图1-4所示，图1为一种螺旋焊管切割机的主视图；图2为一种螺旋焊管切割机的左视图；图3为一种螺旋焊管切割机的切割装置的剖视图；图4是一种螺旋焊管切割机的切割装置的主视图；
本发明螺旋焊管切割机主要由机械硬件平台、电器控制系统组成，其中机械硬件平台主要由轨道1、行走装置2、测速装置4、跟随装置5、切割装置6和配线装置7组成；
行走装置2装载切割机在轨道1上前进后退，配线装,7安装在行走装置2的一侧，自动收卷设备的各种管线，测速装,4安装在入管方向的轨道1上，测量待切割钢管的速度；升降装置3安装在行走装置2机架的上方，根据钢管管径的不同通过升降机调整切割装置6的位置，跟随装,5安装在行走装置2机架入管方向侧，待钢管运至切割机时，跟随装置5通过油缸伸出的六个支撑点与钢管刚性连接，保证钢管与切管机同步运行。而切割装置6安装在行走装置2机架的出管方向侧，根据测速装置反馈的速度自动匹配切割速度，完成对钢管的切割。其设备参数为：
行走装置减速机：JK77-11-Ⅲ-T-130ST-M10015LFB-M1
功率：1.5Kw，一台，传动比i=128.52,轮径φ240mm
升降装置减速机：JK57-47-Ⅲ-T-Y2100L1-4-M1，
功率：2.2Kw，一台。传动比i=30.28,蜗杆每转行程：1.5mm
升降装置编码器：H58A-10 G 10-30 DP 12/13 B N/CW-810，一件。
测速装置编码器：编码器E6B2-CWZ5B (分辨率2000p/r)，一件。
小车移动及切管装配升降极限限位：欧姆龙E2E-X18MF1，四件。
切割装置6由卷线筒6.1、同心架6.2、转筒6.3、动力装置6.4以及切割头6.5组成，同心架6.2作为切割装置6的“骨架”装载其余各部件，动力装置6.4带动转筒6.3通过同心架6.2带动卷线筒6.1转动，卷线筒6.1通过各管线连接至配线装置7。两个切割头6.5均匀布置在转筒6.3内部，切割头6.5采用的回转支撑固定旋转切割头座形式。其设备参数为：
切管装配转筒旋转减速机：JKAF77-10-Ⅲ-T-130ST-M10015LFBZ-M4
功率：1.5Kw，两台。减速机传动比i=135.28, 齿轮齿圈传动比：i=5.688
储线活套采用两条防火两头扣柔性吊装带DS003-01-220，长度分别为35m以及45m.
跟随装置5由减速机5.1、升降机5.2、跟随装置转筒5.3、导座5.4以及加长杆5.5组成。跟随装置转筒5.3安装在切割装置6的同心架6.2上，起支撑跟随装置5的各零部件的作用。减速机共6台，分别通过升降机控制加长杆的伸缩以适应不同管径的钢管。导座安装在转筒上，起导向升降机螺杆的作用。其设备参数为：
减速机JK37-66.5-Ⅰ-T-YLJ100-3.5/8-M1，三台；减速机用杆件uiz1-220在行走装置上，
平台主要由轨道、行走装置、JK37-66.5-Ⅱ-T-YLJ100-3.5/8-M1，三台。
升降机SWL5-1BⅢ-60F 六台，减速比i=10.49,蜗杆每转行程：1.167mm。电器系统采用三电一体化（EIC）数字控制系统, 能完成全机组的逻辑、顺序、位置、运行、速度、工艺控制及全过程同步控制的协调等，并完成在线实时数据的采集、分析及故障诊断功能。系统主要由一、二级自动化系统、电气传动系统、现场操作及现场控制和检测元件等几部分组成。整个自动化系统由PLC可编程系统、分布式I/O从站和监控系统组成，之间采用Profibus-DP及Modbus网络通讯。
采用上述螺旋焊管切割机所能切割的钢管切割壁厚：5-25.4mm；钢管切割管径：508-2032mm； 钢管切割速度：1-3m/min；切割钢管材质：Q235、Q345、X42-X100。
采用上述螺旋焊管切割机能实现的螺焊机组生产速度：3-8m/min。
本发明一种螺旋焊管切割机运行时，整个车体在行走装置带动下在轨道上前进后退，跟随装置与钢管刚性连接，混为一体，确保小车与钢管前进速度完全一致，由于钢管为螺旋焊缝，钢管实际前进方式为由直线前进和钢管自身旋转合成的螺旋前进。为达到钢管和小车的彻底刚性连接，跟随装置会根据测速装置测得的钢板速度随时调节旋转速度。切割装置根据切割机切割能力和钢管前进速度，自行匹配旋转速度，以完成钢管的切割。
钢管规格更换时，升降装置和跟随装置自行调节高度，以满足不同管径的需要。
电器控制系统是由编码器和感应开关反馈设备运行的实时信息，PLC根据这些反馈信号，通过内部已设定的控制程序，自动对反馈信息作出指令指示。为了最大程度的确保控制系统的可靠性，PLC、继电器及空气开关等辅件均选用国内外知名品牌。由于闭环控制各个运行部件，能够使设备达到完全自动化运行，极大的节省了人力和物力。
本发明设备在各个电气和机械运行中均配有相应的保险装置，减少由于人为误操作的几率，确保设备运行中的可靠性，最大程度保证了设备和人身的安全。
Claims (6)
1.一种螺旋焊管切割机，其特征在于，由机械硬件平台、电器控制系统组成，其中机械硬件平台主要由轨道、行走装置、升降装置、测速装置、跟随装置、切割装置和配线装置组成；
行走装置装载切割机在轨道上前进后退，配线装置安装在行走装置的一侧，自动收卷设备的各种管线，测速装置安装在入管方向的轨道上，测量待切割钢管的速度；升降装置安装在行走装置机架的上方，根据钢管管径的不同通过升降机调整切割装置的位置，跟随装置安装在行走装置机架入管方向侧，待钢管运至切割机时，跟随装置通过油缸伸出的六个支撑点与钢管刚性连接，保证钢管与切管机同步运行，而切割装置安装在行走装置机架的出管方向侧，根据测速装置反馈的速度自动匹配切割速度，完成对钢管的切割。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋焊管切割机，其特征在于，切割装置由卷线筒、同心架、转筒、动力装置以及切割头组成，同心架作为 “骨架”装载切割装置的其余各部件，动力装置带动转筒通过同心架带动卷线筒转动，卷线筒通过各管线连接至配线装置，两个切割头均匀布置在转筒内部，切割头采用独特的回转支撑固定旋转切割头座形式。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋焊管切割机，其特征在于，跟随装置由减速机、升降机、跟随装置转筒、导座以及加长杆组成，转筒安装在切割装置的同心架上，起支撑跟随装置的各零部件的作用，导座安装在转筒上，起导向升降机螺杆的作用。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋焊管切割机，其特征在于，电器控制系统采用三电一体化（EIC）数字控制系统,电器系统由一、二级自动化系统、电气传动系统、现场操作及现场控制和检测元件组成，整个自动化系统由PLC可编程系统、分布式I/O从站和监控系统组成，之间采用Profibus-DP及Modbus网络通讯。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋焊管切割机，其特征在于，采用上述螺旋焊管切割机所能切割的钢管切割壁厚：5-25.4mm；钢管切割管径：508-2032mm； 钢管切割速度：1-3m/min；切割钢管材质：Q235、Q345、X42-X100。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋焊管切割机，其特征在于采用上述螺旋焊管切割机能实现的螺焊机组生产速度：3-8m/min。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107738001A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-27 | 张家港Aaa精密制造股份有限公司 | 一种三向切管机 |
| CN108213569A (zh) * | 2018-03-11 | 2018-06-29 | 江苏金鑫电器有限公司 | 一种铝合金螺旋焊管随线高精度切割装置 |
| CN110202207A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-06 | 诸暨市众创机械设备厂 | 一种具有旋转切割功能的水利工程用管道切割设备 |
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2014
- 2014-02-19 CN CN201410054972.9A patent/CN103801755A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140521 |