小直徑焊管管端修磨頭設(shè)計(jì)

吳來(lái)友，張繼建，黃 勇，熊兆軍

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博255082）

小直徑焊管管端修磨頭設(shè)計(jì)

吳來(lái)友，張繼建，黃 勇，熊兆軍

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博255082）

針對(duì)目前行業(yè)內(nèi)采用的傳統(tǒng)修磨機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足小直徑焊管管端自動(dòng)內(nèi)修磨的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種適用于小直徑螺旋焊管管端內(nèi)修磨磨頭。該設(shè)計(jì)對(duì)修磨機(jī)的磨頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重新布局，使用單輪結(jié)構(gòu)代替原來(lái)的雙輪結(jié)構(gòu)，并去除原先的偏擺機(jī)構(gòu)等，對(duì)傳統(tǒng)磨頭進(jìn)行簡(jiǎn)化。同時(shí)制作了樣機(jī)，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明了該設(shè)計(jì)方案可以較好地解決小直徑鋼管的管端修磨問(wèn)題，同時(shí)與原來(lái)的磨頭機(jī)構(gòu)不沖突，對(duì)修磨大直徑鋼管也是一種很好的補(bǔ)充方法，可以在制管生產(chǎn)線(xiàn)上廣泛應(yīng)用。

焊管；小直徑；管端修磨；單輪；砂帶

管端內(nèi)修磨是螺旋埋弧焊管生產(chǎn)過(guò)程中的一道重要工序。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)所使用的砂帶修磨機(jī)只能修磨規(guī)格Φ508mm及其以上的鋼管，而國(guó)外管端修磨機(jī)也僅能對(duì)規(guī)格Φ406mm及其以上規(guī)格鋼管進(jìn)行修磨。

為了解決現(xiàn)有修磨設(shè)備無(wú)法對(duì)較小直徑的鋼管進(jìn)行管端修磨的問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了一種磨頭，能夠較好的完成小直徑鋼管管端修磨。

1 傳統(tǒng)磨頭機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 傳統(tǒng)磨頭機(jī)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段生產(chǎn)企業(yè)在管端修磨環(huán)節(jié)主要采用BSW設(shè)計(jì)方案，即使用兩輪/三輪砂帶修磨機(jī)進(jìn)行管端磨削。傳統(tǒng)修磨機(jī)磨頭的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)修磨機(jī)磨頭結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 傳統(tǒng)磨頭機(jī)工作原理

修磨機(jī)作業(yè)時(shí)，調(diào)節(jié)限位輪的高度，使其與接觸輪同時(shí)接觸鋼管內(nèi)壁，并調(diào)整限位輪的旋向，使限位輪端面與鋼管焊縫螺旋線(xiàn)平行。通過(guò)張緊輪調(diào)節(jié)張緊機(jī)構(gòu)，以此張緊砂帶。調(diào)節(jié)偏擺機(jī)構(gòu)能使砂帶在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中沿接觸輪寬度方向來(lái)回?cái)[動(dòng)，保證磨粒均勻參與磨削，從而達(dá)到延長(zhǎng)砂帶使用壽命的作用。磨頭機(jī)構(gòu)進(jìn)入待修磨鋼管內(nèi)部后，由主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)主軸和接觸輪一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)修磨管端內(nèi)焊縫的功能。

2 小直徑鋼管修磨的難點(diǎn)

在對(duì)鋼管進(jìn)行修磨時(shí)，修磨頭必須進(jìn)入鋼管內(nèi)部并與焊縫接觸才能進(jìn)行修磨。現(xiàn)有修磨機(jī)無(wú)法進(jìn)行小直徑管端的內(nèi)修磨主要是由于修磨機(jī)尺寸較大。理論上來(lái)說(shuō)，只要將傳統(tǒng)修磨頭尺寸進(jìn)行“縮小”就可以進(jìn)入小管徑鋼管內(nèi)部進(jìn)行修磨。但實(shí)際上，傳統(tǒng)的兩輪修磨頭基本無(wú)法再進(jìn)行尺寸上的縮小，主要原因有：①砂帶由于粒度、效率等原因，彎曲半徑不能縮到太?。虎诳s到太小會(huì)增加制造成本，并影響強(qiáng)度及修磨效率。

3 小直徑鋼管磨頭設(shè)計(jì)

當(dāng)前使用的傳統(tǒng)管端修磨機(jī)磨頭由于采用兩輪/三輪結(jié)構(gòu)，并帶有偏擺機(jī)構(gòu)和張緊裝置，因此整體框架較大，張緊輪頂部與接觸輪底部高度較高，不能進(jìn)入小直徑的螺旋焊管中進(jìn)行管端內(nèi)修磨。因此，為適應(yīng)小直徑鋼管的管端修磨，本研究準(zhǔn)備使用單輪修磨代替雙輪修磨。具體設(shè)計(jì)思路：①整體采用單輪結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省出較大空間；②不再采用偏擺機(jī)構(gòu)（偏擺機(jī)構(gòu)的主要作用是延長(zhǎng)砂帶壽命，可不使用，其修磨質(zhì)量可通過(guò)后期試驗(yàn)驗(yàn)證得以證實(shí)）；③使用具有自張緊的修磨輪代替原先的張緊機(jī)構(gòu)。

整機(jī)設(shè)計(jì)方案如圖2所示，基本操作方法與傳統(tǒng)修磨機(jī)相同。使用前調(diào)整限位輪的高度和角度，啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)修磨輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)修磨功能。

Φ219mm鋼管修磨模擬如圖3所示。本設(shè)計(jì)的磨頭機(jī)構(gòu)能夠順利進(jìn)入到Φ219mm鋼管內(nèi)部，各部分尺寸均不發(fā)生干涉，能實(shí)現(xiàn)對(duì)Φ219mm及以上管徑的管端內(nèi)修磨，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

本設(shè)計(jì)不改變?cè)瓉?lái)結(jié)構(gòu)，可拆裝使用，如果修磨大管徑鋼管時(shí)，可將原先的張緊輪模塊加裝，可實(shí)現(xiàn)所有管徑的修磨。

但是本設(shè)計(jì)也存在一定的不足，例如砂帶的周長(zhǎng)與原來(lái)相比變短了，會(huì)增加砂帶單位面積的磨削次數(shù)，從而降低砂帶的使用壽命。

圖2 新磨頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

圖3 Φ219mm鋼管修磨模擬圖

4 小直徑鋼管修磨輪設(shè)計(jì)

在小直徑鋼管管端修磨系統(tǒng)中，修磨頭的關(guān)鍵是修磨輪，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)：①必須使用柔性材料以保證摩削過(guò)程是軟接觸；②必須保證砂帶能自由安裝；③具有張緊功能；④具有散熱功能。修磨輪選用柔性材料，有利于安裝砂帶，必然會(huì)減弱張緊功能，如果選用“硬”材料，會(huì)減弱磨頭彈性和緩沖性能，加快砂帶的磨損，雖然在一定程度上增強(qiáng)張緊功能，但加大了砂帶安裝難度。

為此設(shè)計(jì)了新的修磨輪，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。修磨輪直徑120mm，寬度50mm，比現(xiàn)修磨輪的直徑（140mm）略小。新設(shè)計(jì)修磨輪由砂帶、橡膠層和內(nèi)轂3部分組成，橡膠層的材質(zhì)是做橡膠輪的常用材料，具有良好的彈性和緩沖性能，設(shè)計(jì)成帶長(zhǎng)條孔的結(jié)構(gòu)有利于散熱，能提高磨頭的使用壽命。內(nèi)彀是45#鋼經(jīng)機(jī)械加工而成。橡膠層和內(nèi)彀是通過(guò)壓力機(jī)壓造而成，兩者配合非常緊密，不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位、打滑現(xiàn)象。

安裝砂帶時(shí)，只需將橡膠層按順時(shí)針?lè)较驍D壓即可裝上。將接觸輪安裝在主軸上時(shí)，一定要按順時(shí)針?lè)较蜓b配，因?yàn)橹鬏S的旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針，這樣主軸帶動(dòng)新接觸輪沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，橡膠層會(huì)受到逆時(shí)針?lè)较虻姆醋饔昧?，使橡膠層整體有張緊的效果，從而達(dá)到防止砂帶脫落的效果。因此，橡膠層這種帶長(zhǎng)條孔狀的設(shè)計(jì)，一方面有利于砂帶的安裝，另一方面有防止砂帶打滑的效果，同時(shí)還有散熱的作用。從而解決了修磨輪的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

圖4 小直徑鋼管修磨輪結(jié)構(gòu)圖

5 生產(chǎn)應(yīng)用

為了驗(yàn)證該小直徑鋼管管端修磨方案的可行性，本研究依據(jù)圖2所示制作了修磨頭樣機(jī)，并對(duì)其修磨效果進(jìn)行了驗(yàn)證。以Φ325mm×7mm鋼管管端內(nèi)修磨為例，結(jié)果如下：

（1）修磨10根鋼管，并測(cè)量焊縫余高，平均值為0.3mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。修磨效果良好，修磨效果如圖5所示。

圖5 Φ325mm管端修磨效果圖

（2）每根鋼管沿管端向里修磨110mm，每根砂帶能修磨25根鋼管，比原先砂帶單位長(zhǎng)度修磨根數(shù)僅降低8%，可以滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。

（3）每根鋼管的修磨時(shí)間比使用原先的磨頭機(jī)構(gòu)增加5%，滿(mǎn)足使用要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

單輪修磨頭的設(shè)計(jì)可以較好地解決小管徑鋼管的管端修磨問(wèn)題，同時(shí)與原來(lái)的磨頭機(jī)構(gòu)不沖突，對(duì)修磨大直徑鋼管也是一種很好的補(bǔ)充方法。本研究設(shè)計(jì)的磨頭機(jī)構(gòu)，拆裝方便，成本低，可以在制管生產(chǎn)線(xiàn)上廣泛應(yīng)用。

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Pipe End Grinding Head Design for Small Diameter Welded Pipe

WU Laiyou，ZHANG Jijian，HUANG Yong，XIONG Zhaojun
（Shandong Shengli Steel Pipe Co.，Ltd.，Zibo 255082，Shandong，China）

The traditional grinding machine，commonly used in industry at present，cannot solve automatic grinding for small diameter welded pipe end，so a kind of pipe end grinding head was designed for small diameter SAWH pipe end.The design relayout the grinding mechanism of grinding machine，using a single round structure to replace the original double round，removing the original yawing mechanism，simplifying the traditional grinding head.A sample was made,and the relevant tests were carried out，the experimental results verified this design scheme can better solve pipe end grinding for small diameter steel pipe，does not conflict with the original grinding head organization at the same time，which is a good supplementary method for large diameter steel pipe grinding，can be widely used in pipe-making production line.

welded pipe；small diameter；pipe end grinding；single round；abrasive band

TH133 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.04.009

吳來(lái)友（1987—），男，漢族，助理工程師，目前主要從事螺旋焊管設(shè)備管理、設(shè)計(jì)和技術(shù)服務(wù)工作。

2016－1－13

張 歌