鋼管內(nèi)圓通長(zhǎng)修磨技術(shù)研究

劉 迎

(上海西重所重型機(jī)械成套有限公司 上海201900)

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，鋼管使用者對(duì)鋼管內(nèi)壁的要求越來(lái)越高，各鋼管企業(yè)對(duì)鋼管內(nèi)壁修磨設(shè)備和工藝越來(lái)越關(guān)注。研究一種鋼管內(nèi)圓通長(zhǎng)修磨生產(chǎn)線技術(shù)，主要功能是利用成對(duì)布置的旋轉(zhuǎn)輥道使鋼管旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)內(nèi)圓修磨機(jī)通過(guò)長(zhǎng)的修磨桿帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的磨頭伸進(jìn)鋼管內(nèi)部，對(duì)鋼管內(nèi)表面進(jìn)行修磨，通過(guò)磨削迅速去除鋼管內(nèi)表面上的氧化皮、銹跡、結(jié)疤、折痕、螺紋線、發(fā)裂、麻坑、焊管的焊縫等缺陷［1］，獲得光滑潔凈的內(nèi)表面，從而達(dá)到企業(yè)提高鋼管使用品質(zhì)的目的，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。詳細(xì)論述了主要部件的構(gòu)成，鋼管內(nèi)修磨工藝，機(jī)械動(dòng)作的流程框圖。因其具有修磨效率高，節(jié)能，使用成本低，廠房和設(shè)備要求簡(jiǎn)單該技術(shù)被廣泛關(guān)注。作者經(jīng)過(guò)研究借鑒國(guó)內(nèi)外鋼管內(nèi)壁修磨設(shè)備，特寫下此文，以期向大家推薦一種鋼管內(nèi)壁通長(zhǎng)修磨技術(shù)的新工藝和改進(jìn)設(shè)備。

2 基本工藝條件及設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

2.1 產(chǎn)品規(guī)格

1)修磨鋼管的規(guī)格

鋼管外徑:φ139mm ～φ340mm

鋼管內(nèi)徑:φ120mm ～φ325 mm

鋼管長(zhǎng)度:4000mm ～12000mm

單支重量:Min.250kg Max.2000kg

鋼管彎曲度:≤2mm/m

鋼種:石油套管管體、石油套管接箍料、管線管、液壓支架管、高壓鍋爐管、低中壓鍋爐管、高壓氣瓶管管體、流體輸送管、結(jié)構(gòu)管。

材質(zhì):20、Q345B、27MnV、30Mn2、37Mn5、36Mn2V、15GrMo、1Gr5Mo

2)產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)械加工結(jié)構(gòu)用管:EN10297－1、GB/T8162－2008

軋管工具用管:用戶協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

高壓鍋爐管:GB5310－2008、ASME SA335/SA335M

油氣用管—管線管:API 5L

套管及接箍:API 5CT

2.2 修磨能力及質(zhì)量要求

1)磨削效果:多次磨削后去除鋼管內(nèi)壁的氧化鐵皮［2］及缺陷。

2)修磨后鋼管表面粗糙度:一次磨削后約Ra≤25μm。

3)二次磨削后Ra≤12.5μm。

4)磨削速度控制方式:①主傳動(dòng)可變頻調(diào)速;②電動(dòng)調(diào)整旋轉(zhuǎn)輥角度。

5)同一截面及軸向壁厚磨削量均勻一致。

3 鋼管通長(zhǎng)內(nèi)修磨的設(shè)備布置及生產(chǎn)線工藝

3.1 設(shè)備布置圖

鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線平面布置圖，請(qǐng)見(jiàn)圖1。

圖1 鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線平面布置圖

3.2 設(shè)備的工藝流程圖(見(jiàn)圖2)

圖2 設(shè)備工藝流程圖

3.3 內(nèi)修磨工藝描述

1)行車上料

操作人員通過(guò)行車吊裝鋼管上料。

2)上料臺(tái)架布管

當(dāng)操作人員取下鋼絲繩后，鋼管從上料臺(tái)架上自動(dòng)滾到分料機(jī)構(gòu)的位置，完成布管工作。

3)分料機(jī)構(gòu)分料

分料機(jī)構(gòu)為多位置擋板，根據(jù)不同的鋼管外徑規(guī)格(φ139mm ～φ340mm)，手動(dòng)調(diào)整不同的分料塊，確保上料機(jī)構(gòu)單根上料，其能受抗φ340mm鋼管的沖擊。

4)內(nèi)圓修磨翻板裝置上料

上料臺(tái)架出口檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)有料，內(nèi)修磨旋轉(zhuǎn)輥裝置1 上無(wú)料，翻板裝置在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下，翻板由臺(tái)架下方抬起，將鋼管抬過(guò)擋料器，鋼管自動(dòng)滾到鉤中的沉管點(diǎn)處，液壓缸縮回，將鋼管輕放在內(nèi)修磨通道的旋轉(zhuǎn)輥道裝置1 上。當(dāng)鋼管落穩(wěn)以后，鋼管停止?jié)L動(dòng)。此時(shí)，液壓缸桿伸出，翻板復(fù)位，恢復(fù)待料工況。

5)旋轉(zhuǎn)輥裝置1 調(diào)角對(duì)齊

上料臺(tái)架出口檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)出有料，鋼管落到旋轉(zhuǎn)輥裝置1 上以后，使旋轉(zhuǎn)輥錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)鋼管移向修磨機(jī)的一側(cè)，進(jìn)行鋼管的對(duì)齊。

6)鋼管旋轉(zhuǎn)

對(duì)齊后，旋轉(zhuǎn)輥角度恢復(fù)平行狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)輥繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。等待磨頭修磨。

7)鋼管內(nèi)表面修磨

當(dāng)鋼管到達(dá)修磨工位1 后，人工調(diào)整磨頭輔助支撐裝置，內(nèi)圓修磨移動(dòng)小車將磨頭送到鋼管內(nèi)部指定位置(其設(shè)定為手工設(shè)置)，內(nèi)圓修磨電機(jī)啟動(dòng)，使砂輪壓在鋼管內(nèi)表面，開(kāi)始修磨。

移動(dòng)小車將內(nèi)圓修磨頭向原始位移送，待觸發(fā)原始位接近開(kāi)關(guān)后，可完成此次修磨。U 型支承輥舉升，使砂輪離開(kāi)鋼管內(nèi)表面。內(nèi)修磨機(jī)復(fù)位至初始狀態(tài)。

8)平托裝置移料

鋼管在修磨工位1 完成內(nèi)圓修磨后，檢測(cè)修磨工位2 無(wú)料，平托裝置運(yùn)行將鋼管從修磨工位1 移送到修磨工位2，在修磨工位2 重復(fù)7)中描述的過(guò)程。翻板再次對(duì)修磨工位1 上料。

平托裝置再次運(yùn)行時(shí)將修磨工位2 處的鋼管移送到出料臺(tái)架上。

9)內(nèi)表面修磨出料臺(tái)架

鋼管由平托裝置移送到出料臺(tái)架上，然后操作人員捆鋼絲繩由行車將鋼管轉(zhuǎn)移到別處。

至此，內(nèi)修磨結(jié)束。

4 鋼管內(nèi)修磨機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1)鋼管內(nèi)修磨主機(jī)技術(shù)參數(shù)

磨頭數(shù)量:1 套

修磨電機(jī):1 ×15kW

砂輪磨削線速度［4］:10m/s ～55m/s

單側(cè)磨削鋼管長(zhǎng)度:8m

升降輥道架升降高度:260mm

軸向磨削速度:0.5m/min ～3.5m/min

最大磨削量:0.3mm/次

砂輪轉(zhuǎn)速:2900m/min

磨削小車行走電機(jī):3kW(變頻調(diào)速)

砂輪直徑:φ90 ～250mm

2)輔助輥道技術(shù)參數(shù)

旋轉(zhuǎn)輥道電機(jī)功率:2.2kW

托輥圓周線速度:3m/min ～18m/min

3)油氣潤(rùn)滑

設(shè)備功率:0.55kW

5 鋼管內(nèi)圓通長(zhǎng)修磨生產(chǎn)線(見(jiàn)圖3)主要功能部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼管通長(zhǎng)內(nèi)修磨機(jī)由機(jī)械設(shè)備、氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、油氣潤(rùn)滑、電氣控制五大部分組成。本文重點(diǎn)研究機(jī)械設(shè)備。

圖3 鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線A 向視圖

5.1 上料臺(tái)架

上料固定臺(tái)架由7 片組成，制作材料為型鋼，臺(tái)架斜度為1.5°，臺(tái)架間隔7 ×1.7m =11.9m，便于4m 長(zhǎng)的管子順利進(jìn)行工作。采用焊接臺(tái)架，表面覆有耐磨板，承載10t，可放直徑340mm 的鋼管5 支。

臺(tái)架的出口安裝手動(dòng)分料，在修磨不同規(guī)格鋼管(φ139mm ～340mm)時(shí)手動(dòng)調(diào)整。

5.2 翻板

翻板由6 片翻板，1 個(gè)液壓缸，6 個(gè)固定鉸點(diǎn)，以及輔助連接組成。

固定鉸接安裝在支座上，液壓缸安裝在修磨機(jī)側(cè)。當(dāng)液壓缸回縮時(shí)，翻板的頭部處于臺(tái)架下方，鉤中的沉管點(diǎn)處于輥道的下方;當(dāng)液壓缸伸出時(shí)，翻板的頭部將鋼管抬出臺(tái)架擋料器的上方，鉤中的沉管點(diǎn)處于輥道的上方。如此可實(shí)現(xiàn)輕取輕放。

液壓缸的位置由接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制［3］。

5.3 可調(diào)角度旋轉(zhuǎn)輥

可調(diào)角度旋轉(zhuǎn)輥1 即旋轉(zhuǎn)輥裝置1，由7 組旋轉(zhuǎn)輥組成修磨工位1，改裝置的旋轉(zhuǎn)輥的角度可以通過(guò)油缸驅(qū)動(dòng)拉桿調(diào)整角度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)輥調(diào)整到一定角度時(shí)，旋轉(zhuǎn)輥帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)前進(jìn)輸送至磨削位置即緊靠固定擋板，實(shí)現(xiàn)對(duì)齊修磨。當(dāng)托輪斜置復(fù)位時(shí)，托輪帶動(dòng)鋼管只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋼管修磨。每組旋轉(zhuǎn)輥包含1 臺(tái)變頻減速電機(jī)。7組旋轉(zhuǎn)輥角度調(diào)整由油缸驅(qū)動(dòng)。包含一個(gè)有料傳感器。修磨工位2 處的輥道設(shè)置，與修磨工位1處的輥道設(shè)置相同。

液壓缸的位置由接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制［3］。

5.4 平托裝置

平托裝置由6 片齒輪箱體組成，齒輪箱體伸出軸，軸帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，曲柄連接運(yùn)行橫梁，橫梁上設(shè)置V 型運(yùn)管聚氨酯塊，平托裝置由齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各箱體之間通過(guò)聯(lián)軸器傳動(dòng)。在平托裝置的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有編碼器。

5.5 內(nèi)修磨主機(jī)

內(nèi)修磨機(jī)是修磨鋼管內(nèi)表面的設(shè)備，見(jiàn)圖4。

圖4 鋼管內(nèi)圓通長(zhǎng)修磨機(jī)主視圖

當(dāng)鋼管處于內(nèi)修磨斜臺(tái)架的內(nèi)修磨工位時(shí)，升降托輥將鋼管托起，人工調(diào)整磨頭輔助支撐裝置，用電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)，磨削移動(dòng)小車將磨頭送到鋼管內(nèi)部，磨頭旋轉(zhuǎn)、磨削鋼管內(nèi)表面(磨削不同規(guī)格鋼管時(shí)更換或調(diào)整不同規(guī)格磨頭支架)。內(nèi)表面磨削合格后，磨削移動(dòng)小車將磨頭退出鋼管，準(zhǔn)備磨削下根鋼管。磨削量的調(diào)整(可通過(guò)托輥升降調(diào)整進(jìn)刀量，升降量在觸摸屏上顯示)。

內(nèi)修磨主機(jī)1 布置在修磨工位1 處，加工長(zhǎng)度手工設(shè)定。

內(nèi)修磨機(jī)是由磨削頭裝置、中間聯(lián)軸、磨削移動(dòng)小車(含磨削動(dòng)力裝置)、中間移動(dòng)支承輥組成。

磨削頭裝置是固定砂輪并使其穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)工作的，用軸承固定裝有砂輪的主軸與其中間聯(lián)軸可靠連接。中間聯(lián)軸是將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力穩(wěn)定傳遞給磨削頭裝置的，它是由中間主軸、外套、中間聯(lián)軸支承組成的。磨削頭通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)皮帶來(lái)實(shí)現(xiàn)砂輪旋轉(zhuǎn)，其壓下和抬起由氣缸控制。

主磨削小車是由電機(jī)、小車與固定支座組成的。

行走主傳動(dòng)裝置是由電機(jī)、減速機(jī)、主傳動(dòng)軸、鏈輪、鏈條組成。電機(jī)是交流，調(diào)速是變頻，傳動(dòng)是可逆的。

中間移動(dòng)支承輥輔助支撐磨削主軸。

5.6 出料臺(tái)架

出料固定臺(tái)架由7 片組成，制作材料為型鋼，臺(tái)架斜度為1.5°，臺(tái)架間隔7 ×1.7m =11.9m，便于4m 長(zhǎng)的管子順利進(jìn)行工作。采用焊接臺(tái)架，表面覆有耐磨板，承載10t，可放直徑340mm 的鋼管5 支。

6 應(yīng)用前景

鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線技術(shù)，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)線設(shè)備，本文研究的工藝和設(shè)備實(shí)用，使用方便，不僅可應(yīng)用鋼管內(nèi)壁通長(zhǎng)全圓周修磨，也可以用于鋼管內(nèi)部通長(zhǎng)焊縫修磨和定點(diǎn)修磨。特別是近年來(lái)，一方面人們的質(zhì)量意識(shí)、環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，另一方面國(guó)內(nèi)大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)鋼管產(chǎn)品，需要采用鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多，鋼管廠在鋼管加工出來(lái)以后，通過(guò)磨削迅速去除鋼管內(nèi)表面上的氧化皮、銹跡、結(jié)疤、折痕、螺紋線、發(fā)裂、麻坑、焊管的焊縫等缺陷，獲得內(nèi)壁光滑的潔凈表面，達(dá)到企業(yè)提高鋼管使用品質(zhì)的目的，從而方便對(duì)其進(jìn)行精加工或銷售，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線技術(shù)與設(shè)備投入費(fèi)用少，建造周期短，生產(chǎn)流程和工藝成熟，加工質(zhì)量可靠穩(wěn)定，因此，鋼管內(nèi)圓修磨生產(chǎn)線技術(shù)與設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］王耀，顧振平. 新型鋼管內(nèi)外圓修磨機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)［J］. 重型機(jī)械，2006 (4).

［2］成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第5 版)［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］華中工學(xué)院機(jī)械制造教研室. 機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

［4］胡宗武，徐履冰，石來(lái)德. 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1 版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.