CN105252103A - 一种轨梁火焰切割装置及切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种轨梁火焰切割装置及切割方法，这种轨梁火焰切割装置，将轨梁传统的锯片冷切割改造为火焰热切割。氢氧发生器（燃气发生器）以随产随用的产气方式产生用于切割的氢氧混合气，通过安全装置和能源介质箱进行调控，同时助剂也通过能源介质箱进行调控，两者输送至小车上的割枪，通过割枪进行切割作业。本发明利用了氢氧焰切割的切割断面光滑、无挂渣、割缝小、自动化程度高、无环境污染等特点，结合针对轨梁设计的移动式小车和废料回收系统，相对于传统的锯片切割，具有成本低、劳动强度低、切割质量好等优点。通过提高设备的自动化程度，降低工人劳动量，减少切割设备的备件消耗和钢坯的损耗成本，达到降低生产成本的目的。

Description

一种轨梁火焰切割装置及切割方法

技术领域

本发明涉及一种轨梁火焰切割装置及切割方法，是一种低成本、高质量、高自动化程度的轨梁切割装置和方法。

背景技术

目前，国内轨梁制造企业对现有辊道上连铸坯的切头、切尾、中破等普遍采用传统锯片进行切割。

经过长期的生产和实际应用经验，锯片切割轨梁在实际应用中，存在许多不足：

首先，大断面的连铸坯采用锯片切割很难切断，限制了企业在大型钢坯的发展；其次，采用锯片切割时锯片的损耗非常严重，备件消耗量大，极大的提高了生产成本；第三，锯片使用周期非常短，磨损后不可修复，需定期更换锯片，且人工劳动强度非常大；第四，锯片切割在工作中产生很大的噪音污染，金属粉末飞溅，严重影响工人身体健康；第五，锯片切割割缝较宽，轨梁割损严重，提高了设备的生产成本。

目前火焰切割技术在连铸坯切割应用已十分广泛，且火焰切割技术发展十分成熟，并在连铸坯实际应用中获得了良好的市场反响。由于火焰火焰集中，切割时其切缝窄，切口平整光洁，金属耗量少，而且火焰燃烧后只生成水，无其他污染物，因此是一种环保节能的切割技术。

鉴于火焰切割具有的上述优势，如果能将轨梁切割由锯切改造为火焰切割，无疑会带来巨大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的是克服现有轨梁锯片切割的备件费用高、劳动强度大、钢坯损耗多的问题，提供了一种更简单、更经济的轨梁切割方法，通过提高设备的自动化程度，降低工人劳动量，减少切割设备的备件消耗和钢坯的损耗成本，达到降低生产成本的目的。

为此，本发明提供了一种轨梁火焰切割装置，包括移动式切割小车系统、燃气供应系统和废料回收装置，移动式切割小车系统由设置在轨梁辊道前方的小车轨道和小车轨道上的小车组成，小车上安装有火焰切割枪；燃气供应系统包括通过不锈钢管连接的燃气发生器和安全柜，安全柜通过软管连接至小车上的火焰切割枪；废料回收装置包括斜溜槽和废料筐，斜溜槽设置在轨梁辊道正下方，废料筐位于斜溜槽的斜面末端正下方；

所述的轨梁火焰切割装置还包括光电感应系统，该光电感应系统包括安装在小车上的光电感应器和安装在轨梁辊道上的信号发射器，所述的光电感应器连接一个PLC控制器，该PLC控制器还联接控制着小车的动力驱动电机。

所述的小车包括车轮、车架和车架上的动力驱动电机，车架上还固定着第一伸缩体，所述第一伸缩体水平设置且垂直于轨梁辊道的辊道方向，第一伸缩体端部连接着第二伸缩体，所述的第二伸缩体竖直设置且垂直于轨梁辊道的辊道方向，第二伸缩体的端部安装着火焰切割枪。

所述的第一伸缩体和第二伸缩体是涡杆，小车上安装第一涡轮，第一伸缩体与第一涡轮配合安装，第一伸缩体末端装有第二涡轮，第二伸缩体与第二涡轮配合安装，小车的动力驱动电机通过分别驱动两个涡轮来控制第一伸缩体和第二伸缩体动作。

所述的第一伸缩体和第二伸缩体是液压缸，小车上安装液压泵，由小车的动力驱动电机通过液压泵分别控制第一伸缩体和第二伸缩体动作。

所述的斜溜槽为钢板铺设而成的斜面，钢板边缘带有限位挡板防止废钢向两边滑落；废料筐下方设有筐体轨道，废料筐坐在筐体轨道上，废料筐两侧还设置有吊耳。

所述的小车有三个，分别为切头小车、切尾小车和中破小车，三个小车分别连接独立的燃气供应系统。

所述的安全柜是由多个湿式阻火器串接构成的，燃气供应系统还包括断火节能器和能源介质箱，安全柜通过不锈钢管连接断火节能器后连接至能源介质箱，然后能源介质箱通过软管连接至火焰切割枪。

所述的燃气供应系统为氢氧发生器供应系统，燃气发生器为氢氧发生器。

一种轨梁火焰切割装置的切割方法，包括如下步骤：

（1）移动式切割小车系统启动，所有控制仪表和切割小车状态正常，钢坯通过轨梁辊道运送至切割作业区域后停止前进，PLC控制器控制切头小车和中段小车移动至轨梁切头和中段的指定位置，并通过光电感应器进行准确定位；

（2）小车通过光电感应器定位准确后，启动小车上的火焰切割枪，燃气供应系统供应火焰切割枪进行预热和切割作业；切割作业完成后，控制火焰切割枪停止工作，火焰关闭；

（3）轨梁在轨梁辊道运输至切尾工段，PLC控制器控制切尾小车移动至轨梁切尾指定位置，同时启动火焰切割枪，进行预热和切割作业，切割完成后，控制火焰切割枪停止工作，氢氧焰关闭；

（4）单根轨梁所有切割工序完成，进行下一根轨梁切割作业，切割小车重复相同工作。

所述步骤中，钢坯停止在轨梁辊道时，经光电感应器检测后，输出信号至PLC控制器，由PLC控制器控制小车沿辊道方向运行固定距离后停止，再控制小车沿垂直于轨梁辊道的方向移动，找准预热点，预热20s后，小车沿垂直于轨梁辊道的方向匀速运动进行切割作业。

本发明的有益效果：

1、割缝减小。锯片切割的割缝宽度在10mm以上，火焰切割割缝宽度可控制在5mm以内，利用火焰切割代替锯片切割，从割缝损耗上，极大的节约了钢坯消耗成本。

2、备件成本和劳动量降低。轨梁锯片切割时，锯片切割次数有限，正常工作情况下，一天换好几次锯片，锯片成本消耗非常大；利用火焰切割代替锯片切割，无任何备品备件损耗，且火焰切割运行成本远低于锯片切割成本，极大的节约了生产成本。同时，锯片的更换需要大量的劳动力，采用火焰切割极大的减少了工人的劳动量。

3、自动化的移动切割小车。现有移动切割小车不仅能够沿辊道输送方向移动，同时小车上的悬臂可以根据切割的需要进行横向伸缩，且割枪位置可根据坯型大小进行纵向调节。移动切割小车的三个方位自由移动，可适于各种坯型、各种定尺和拉速，解决了传统夹臂式结构的弊端，小车运动全部采用PLC自动化控制，加工精度和加工质量都得到可靠的保证。

4、割枪定位和预热点定位精确。本方案移动切割小车采用光电感应技术，准确的寻找切割位置和火焰预热点，淘汰了传统的定点定位的不准确性，减少因定位不准导致的人工调整和人工切割，降低了工人的劳动量。

5、独立轨道，减少小车机械故障，提高切割断面质量。由于小车在轨梁一侧自主运动，不受钢坯拉速和温度的影响，一方面杜绝了原有小车随钢坯运动可能出现的振动问题，另一方面解决了原有小车在钢坯上方烘烤导致出现机械故障的缺点，可以极大降低备件消耗和人工投入。

6、安全环保。氢氧焰切割燃烧不产生任何污染物，只生成水，不会对环境造成任何污染；氢氧焰切割无炭、硫等杂质，在切割过程中，不会形成铁碳合金导致刮渣现象，断面光滑平整。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明总体结构布置示意图。

图2是PLC控制器控制光电感应原理示意图。

图3是小车工作状态测试示意图。

图4是小车的主视示意图。

图5是小车工作状态俯视示意图。

附图标记说明：1、轨梁辊道；2、小车轨道；3、小车；4、火焰切割枪；5、燃气发生器；6、安全柜；7、斜溜槽；8、废料筐；9、光电感应器；10、信号发射器；11、PLC控制器；12、第一伸缩体；13、第二伸缩体；14、能源介质箱。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种轨梁火焰切割装置，如图1和图2所示，包括移动式切割小车系统、燃气供应系统和废料回收装置，移动式切割小车系统由设置在轨梁辊道1前方的小车轨道2和小车轨道2上的小车3组成，小车3上安装有火焰切割枪4；燃气供应系统包括通过不锈钢管连接的燃气发生器5和安全柜6，安全柜6通过软管连接至小车3上的火焰切割枪4；废料回收装置包括斜溜槽7和废料筐8，斜溜槽7设置在轨梁辊道1正下方，废料筐8位于斜溜槽7的斜面末端正下方。

火焰切割包括以烷类气体在内的其他气体火焰切割，下面以氢氧焰切割举例，氢氧发生器产出氢氧混合气通过无缝不锈钢管输送至安全柜，安全柜由对应数量的湿式阻火器构成，防止氢氧混合气回火。氢氧气从安全柜出来后进入断火节能装置，断火节能装置起到氢氧气随产随用正常切割时供给燃气保证切割，切割间隙时切断燃气供给起到节能降耗的作用。最终氢氧混合气进入割枪进行切割。

轨梁火焰切割装置还包括光电感应系统，该光电感应系统包括安装在小车上的光电感应器9和安装在轨梁辊道上的信号发射器10，所述的光电感应器9连接一个PLC控制器11，PLC控制器11可以设置在小车3上随小车移动，也可以设置在整个装置外的一个固定地点，该PLC控制器11联接控制着小车3的动力驱动电机，通过电缆连接或者无线电控制的方式联接。

移动式切割小车由PLC控制器11控制，PLC控制器11分别控制切割小车的行走、定位、切割等。当给PLC控制器11一个脉冲信号，PLC控制器11反馈给小车电机，随之小车进行相应的前后左右运动。在小车行走途中PLC控制器11同时对光电感应器9也进行命令控制，一旦光电感应器9触碰到轨梁轨道指定位置设定的信号发射器10时，反馈信号给PLC控制器11，小车行走定位阶段完成。在小车行走定位阶段完成后PLC控制器11向小车发出指令，小车上的上火焰切割枪4开始预热，当预热时间到达设定值后开始切割，这一切均可以用PLC控制器11控制实现。

移动式切割小车采用PLC控制器11，精确定位轨梁定尺长度；并采用光电感应技术，保证切割点及氢氧焰预热点的精确定位。通过光电感应技术使得小车上的火焰切割枪4移动到指定定尺位置，火焰切割枪4电磁阀开启燃气通道，割枪点燃，进行轨梁钢坯边缘预热，预热时间达到后，打开切割氧气通道，割枪开始切割工作。（其实最主要就是在小车割枪上增加一个光电感应器，起到钢坯边缘定位作用，信号给到PLC控制器11，控制小车的运动方向。感应器安装位置就是与割枪方向一致朝下，保证割枪圆心对着钢坯边缘。）

实施例2：

本实施例对小车3的具体结构和小车3与轨梁辊道1的具体分布进行说明，如图3、4、5所示，本实施例中，小车2包括车轮、车架和车架上的动力驱动电机，车架上还固定着第一伸缩体12，所述第一伸缩体12水平设置且垂直于轨梁辊道1的辊道方向，第一伸缩体12端部连接着第二伸缩体13，所述的第二伸缩体13竖直设置且垂直于轨梁辊道1的辊道方向，第二伸缩体13的端部安装着火焰切割枪4。

小车3在小车轨道2上的移动主要由切割小车动力驱动电机完成，火焰切割枪4有三个自由度，分别是平行于轨梁轨道1的第一自由度、水平方向且垂直于轨梁辊道1方向的第二自由度以及竖直方向且垂直于轨梁辊道1的辊道方向的第三自由度。

当PLC控制器11给出边缘记忆信号，小车3主体开沿着平行钢坯方向移动寻找边缘记忆，光电感应器9的红外线感应装置一旦感应到边缘记忆点的信号发射器10的信号，则第一个自由度完成；PLC控制器11接收到第一个自由度限位完成，按照我们设置的时间第一伸缩体12开始沿着垂直钢坯的方向在水平方向移动寻找预热点，此时第二个自由度完成；第二伸缩体13沿着垂直钢坯的方向在竖直方向移动调节火焰切割枪4满足切割，此时第三个自由度完成。

要实现第一伸缩体12和第二伸缩体13的伸缩，由多种原理可以实现，最主要的是机械传动、电动和液动或气动。

比如，第一伸缩体12和第二伸缩体13是涡杆，小车3上安装第一涡轮，第一伸缩体12与第一涡轮配合安装，第一伸缩体12末端装有第二涡轮，第二伸缩体13与第二涡轮配合安装，在这里，通过简单的涡轮涡杆结构，便能实现第一伸缩体12和第二伸缩体13的伸缩，小车3的动力驱动电机通过分别驱动两个涡轮来控制第一伸缩体12和第二伸缩体13动作。

同样的，还有一些其他的机械结构，比如齿轮和齿轮轴的配合传动等，均可以代替涡轮涡杆结构实现伸缩功能，在这里不一一罗列。

又比如，第一伸缩体12和第二伸缩体13是液压缸，小车3上安装液压泵，由小车3的动力驱动电机通过液压泵分别控制第一伸缩体12和第二伸缩体13动作，这是一套简单的液压控制系统，在此不做赘述，同理，采用气动的方式也可实现。

又比如，第一伸缩体12和第二伸缩体13是由小车3的动力驱动电机控制的电动伸缩缸体。此套结构是常见的电动驱动伸缩的结构，属于常见的电动控制，原理在此也不赘述。

实施例3：

斜溜槽7为钢板铺设而成的斜面，钢板边缘带有限位挡板防止废钢向两边滑落；废料筐8下方设有筐体轨道，废料筐8坐在筐体轨道上，废料筐8两侧还设置有吊耳。

斜溜槽7放置在轨梁轨道基坑正下方，这样一来保证每个切割断面都能准确的掉落在斜溜槽7内方便回收。废料筐8放置在斜溜槽7下斜面末端保证每个通过斜溜槽7滑落的废断面都能滑落到废料筐8内。当废料筐8容积满负荷后，操作电机让废料筐8沿着预敷设的筐体轨道移动到行吊起吊范围内，通过吊耳起吊更换新的废料筐8。

实施例4：

小车3有三个，分别为切头小车、切尾小车和中破小车，三个小车3分别连接独立的燃气供应系统，分别进行轨梁切头、切尾和中段的定位和切割。

安全柜6是由多个湿式阻火器串接构成的，燃气供应系统还包括断火节能器和能源介质箱14，安全柜6通过不锈钢管连接断火节能器后连接至能源介质箱14，然后能源介质箱14通过软管连接至火焰切割枪4。燃气供应系统为氢氧发生器供应系统，燃气发生器5为氢氧发生器。能源介质箱14由燃气主管道（氢氧混合气、高压氧、助剂管道）、减压阀、压力表、控制系统等构成，氢氧混合气也可不进能源介质箱14直接接至切割小车燃气供给节点。高压氧和助剂通过能源介质箱14分成所需要的分数，分别通过无缝不锈钢管接至燃气节点，最后通过软管从燃气节点分别向每个小车的切割抢上连接氢氧混合气、高压氧、助剂、冷却水实现氢氧焰切割功能。

氢氧发生器供应系统设置独立的设备放置室，根据切割小车的数量、氢氧发生器型号和轨梁坯型等确定氢氧发生器的台数，本实施例是一台切割小车两台氢氧发生器设备，另外备用一台设备。制造的氢氧混合气通过金属硬管连接到能源介质箱进14行压力和流量调控，然后输送至切割小车3上进行切割作业。

切割工艺流程包括以下步骤：

（1）移动式切割小车系统启动，所有控制仪表和切割小车3状态正常，钢坯通过轨梁辊道1运送至切割作业区域后停止前进，PLC控制器11控制切头小车和中段小车移动至轨梁切头和中段的指定位置，并通过光电感应器9进行准确定位；

（2）小车3通过光电感应器9定位准确后，启动小车3上的火焰切割枪4，燃气供应系统供应火焰切割枪4进行预热和切割作业；切割作业完成后，控制火焰切割枪4停止工作，火焰关闭；

（3）轨梁在轨梁辊道1运输至切尾工段，PLC控制器11控制切尾小车移动至轨梁切尾指定位置，同时启动火焰切割枪4，进行预热和切割作业，切割完成后，控制火焰切割枪4停止工作，氢氧焰关闭；

（4）单根轨梁所有切割工序完成，进行下一根轨梁切割作业，切割小车重复相同工作。

步骤（1）中，钢坯停止在轨梁辊道1时，经光电感应器9检测后，输出信号至PLC控制器11，由PLC控制器11控制小车3沿辊道方向运行固定距离后停止，再控制小车3沿垂直于轨梁辊道1的方向移动，找准预热点，预热20s后，小车3沿垂直于轨梁辊道1的方向匀速运动进行切割作业。

步骤（1）、（2）中，中破作业与切头作业同步进行。控制过程分为三个阶段：低速起步、快速行程和精准定位。低速起步阶段为时间控制，为2～3s，保证小车起步平稳。快速行程和精准定位阶段采用位移控制，当小车运行至距离指定位置0.5m时，小车速度减慢，由快速行程阶段转换至精准定位阶段。快速行程阶段保证小车能在较短时间内运行至指定位置，精准定位阶段保证小车能精确停止在指定位置。此处的低速、快速还有精准定位过程中的减速，其具体的速度值以具体的小车距离钢坯的位移以及小车承受能力和工况来决定，低速值只是确保小车的平稳起步，快速使得小车能迅速到达指定位置，应以小车能达到的最大额定速度来运行，减速阶段中，小车以最大额定速度再慢慢降低，确保小车能稳定停留在指定位置。

本实施例的切头和切尾工段下方设置了斜溜槽7，切头和切尾废料通过斜溜槽7回收至废料筐8中，当废料筐8收集满时，利用天车吊运至指定位置。中破工段下方设置了废料回收车，在切割过程中，中破废料直接进入废料回收车中，当废料回收车收集满时，废料回收车通过下方轨道移动至废料回收箱中，并利用天车吊运至指定位置。

综上所述，本发明的这种轨梁火焰切割装置及切割方法，将轨梁传统的锯片冷切割改造为火焰热切割，利用火焰连铸切割工艺和技术成熟的燃气发生器（比如氢氧发生器）。氢氧发生器以随产随用的产气方式产生用于切割的氢氧混合气，通过安全装置和能源介质箱进行调控，同时助剂也通过能源介质箱进行调控，两者通过管道输送至移动式切割小车的切割系统，然后通过割枪进行切割作业。本发明利用了氢氧焰切割的切割断面光滑、无挂渣、割缝小、自动化程度高、无环境污染等特点，结合针对轨梁设计的移动式氢氧焰切割小车系统和废料回收系统，相对于传统的锯片切割，具有成本低、劳动强度低、切割质量好等优点。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨梁火焰切割装置，包括移动式切割小车系统、燃气供应系统和废料回收装置，其特征在于：移动式切割小车系统由设置在轨梁辊道（1）前方的小车轨道（2）和小车轨道（2）上的小车（3）组成，小车（3）上安装有火焰切割枪（4）；燃气供应系统包括通过不锈钢管连接的燃气发生器（5）和安全柜（6），安全柜（6）通过软管连接至小车（3）上的火焰切割枪（4）；废料回收装置包括斜溜槽（7）和废料筐（8），斜溜槽（7）设置在轨梁辊道（1）正下方，废料筐（8）位于斜溜槽（7）的斜面末端正下方；

所述的轨梁火焰切割装置还包括光电感应系统，该光电感应系统包括安装在小车上的光电感应器（9）和安装在轨梁辊道上的信号发射器（10），所述的光电感应器（9）连接一个PLC控制器（11），该PLC控制器（11）还联接控制着小车（3）的动力驱动电机。

2.如权利要求1所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的小车（2）包括车轮、车架和车架上的动力驱动电机，车架上还固定着第一伸缩体（12），所述第一伸缩体（12）水平设置且垂直于轨梁辊道（1）的辊道方向，第一伸缩体（12）端部连接着第二伸缩体（13），所述的第二伸缩体（13）竖直设置且垂直于轨梁辊道（1）的辊道方向，第二伸缩体（13）的端部安装着火焰切割枪（4）。

3.如权利要求2所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的第一伸缩体（12）和第二伸缩体（13）是涡杆，小车（3）上安装第一涡轮，第一伸缩体（12）与第一涡轮配合安装，第一伸缩体（12）末端装有第二涡轮，第二伸缩体（13）与第二涡轮配合安装，小车（3）的动力驱动电机通过分别驱动两个涡轮来控制第一伸缩体（12）和第二伸缩体（13）动作。

4.如权利要求2所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的第一伸缩体（12）和第二伸缩体（13）是液压缸，小车（3）上安装液压泵，由小车（3）的动力驱动电机通过液压泵分别控制第一伸缩体（12）和第二伸缩体（13）动作。

5.如权利要求1所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的斜溜槽（7）为钢板铺设而成的斜面，钢板边缘带有限位挡板防止废钢向两边滑落；废料筐（8）下方设有筐体轨道，废料筐（8）坐在筐体轨道上，废料筐（8）两侧还设置有吊耳。

6.如权利要求1所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的小车（3）有三个，分别为切头小车、切尾小车和中破小车，三个小车（3）分别连接独立的燃气供应系统。

7.如权利要求1所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的安全柜（6）是由多个湿式阻火器串接构成的，燃气供应系统还包括断火节能器和能源介质箱（14），安全柜（6）通过不锈钢管连接断火节能器后连接至能源介质箱（14），然后能源介质箱（14）通过软管连接至火焰切割枪（4）。

8.如权利要求7中任意一项所述的轨梁火焰切割装置，其特征在于：所述的燃气供应系统为氢氧发生器供应系统，燃气发生器（5）为氢氧发生器。

9.一种轨梁火焰切割装置的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）、移动式切割小车系统启动，所有控制仪表和切割小车（3）状态正常，钢坯通过轨梁辊道（1）运送至切割作业区域后停止前进，PLC控制器（11）控制切头小车和中段小车移动至轨梁切头和中段的指定位置，并通过光电感应器（9）进行准确定位；

（2）、小车（3）通过光电感应器（9）定位准确后，启动小车（3）上的火焰切割枪（4），燃气供应系统供应火焰切割枪（4）进行预热和切割作业；切割作业完成后，控制火焰切割枪（4）停止工作，火焰关闭；

（3）、轨梁在轨梁辊道（1）运输至切尾工段，PLC控制器（11）控制切尾小车移动至轨梁切尾指定位置，同时启动火焰切割枪（4），进行预热和切割作业，切割完成后，控制火焰切割枪（4）停止工作，氢氧焰关闭；

（4）、单根轨梁所有切割工序完成，进行下一根轨梁切割作业，切割小车重复相同工作。

10.如权利要求9所述的轨梁火焰切割装置的切割方法，其特征在于：所述步骤（1）中，钢坯停止在轨梁辊道（1）时，经光电感应器（9）检测后，输出信号至PLC控制器（11），由PLC控制器（11）控制小车（3）沿辊道方向运行固定距离后停止，再控制小车（3）沿垂直于轨梁辊道（1）的方向移动，找准预热点，预热20s后，小车（3）沿垂直于轨梁辊道（1）的方向匀速运动进行切割作业。