管胎焊接專機(jī)的設(shè)計(jì)*

□ 萬(wàn)永華 □ 王 翔

1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠 河南漯河 462000

2.漯河雙匯肉業(yè)有限公司機(jī)械加工廠 河南漯河 462000

1 設(shè)計(jì)背景

目前，液壓系統(tǒng)中的膠管一般使用擠出機(jī)擠出成型，膠管的內(nèi)芯分為軟芯和硬芯兩種。硬芯一般采用冷拔無(wú)縫鋼管，也稱管胎。管胎外徑為16～102 mm，長(zhǎng)度為18～30 m，由同一外徑、長(zhǎng)度為6 m左右的鋼管焊接而成。鋼管焊接時(shí)，將管胎接頭放置在鋼管內(nèi)孔后再進(jìn)行兩根鋼管之間焊接，加工方式為先焊接上半部，再將管胎旋轉(zhuǎn)180°后焊接下半部。焊接完成后進(jìn)行打磨處理，保證焊縫直徑不大于管胎直徑。由于焊接需要兩人配合，因此效率較低。管胎采用自動(dòng)焊接技術(shù)是降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率、保證質(zhì)量的有效手段［1］，筆者根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一臺(tái)管胎焊接專機(jī)。

2 工作過(guò)程

管胎焊接專機(jī)如圖1所示，筆者以直徑25 mm的管胎焊接為例，說(shuō)明其工作過(guò)程。

（1）由前牽引機(jī)將第一根管胎通過(guò)四爪卡盤(pán)輸送至管胎配型法蘭及導(dǎo)向套的內(nèi)孔中，并銜接后牽引機(jī)由其繼續(xù)輸送。 當(dāng)管胎末端輸送至與焊槍同一鉛垂線左右20 mm位置時(shí)，后牽引機(jī)停止輸送，操作者將管胎接頭裝入管胎孔中。

（2）由前牽引機(jī)將第二根管胎輸送通過(guò)四爪卡盤(pán)，此時(shí)牽引機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻減速，使管胎慢速運(yùn)行，且輸送速度為1～1.5 m/min。使第二根管胎端部?jī)?nèi)孔套入管胎接頭，完成后調(diào)整四爪卡盤(pán)管胎接頭處的中心位置，使管胎處于水平軸線。

（3）調(diào)整焊槍固定裝置，確保焊槍與管胎之間的距離合適。焊槍固定裝置固定在旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，焊接管胎時(shí)，啟動(dòng)擺線針輪行星減速機(jī)，焊槍圍繞管胎中心軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)焊接管胎。若旋轉(zhuǎn)盤(pán)出現(xiàn)焊槍電纜線纏繞，則需要操作者手動(dòng)將焊槍電纜線擺放正確。

（4）焊接完成后需要進(jìn)行打磨處理。后牽引機(jī)右側(cè)有1.1 m空間，焊接完成后將管胎輸送至這一空間進(jìn)行打磨。打磨完成后，開(kāi)始第三根管胎的焊接工作，依次進(jìn)行重復(fù)操作。

前后牽引機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)由變頻器調(diào)速，管胎夾緊方式為氣缸向上頂起夾緊，擺線針輪行星減速機(jī)的速比為289，輸出轉(zhuǎn)速為5 r/min［2］。旋轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò) 25齒主動(dòng)鏈輪與63齒從動(dòng)鏈輪減速，最大轉(zhuǎn)速為 2 r/min［3］。

▲圖1 管胎焊接專機(jī)

當(dāng)需要焊接其它規(guī)格的管胎時(shí)，為便于管胎接頭對(duì)中，可以更換管胎配型法蘭及導(dǎo)向套。76 mm、89 mm及102 mm的管胎由于剛性較大，不需要使用管胎配型法蘭及導(dǎo)向套。

3 電路設(shè)計(jì)

為了使焊接速度可控，管胎焊接專機(jī)旋轉(zhuǎn)盤(pán)采用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速［4］。焊接完一周后，焊槍送絲管及電纜線容易纏繞，因此需要電機(jī)具有自動(dòng)反轉(zhuǎn)功能。為此，采用行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。

圖2所示為控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的行程開(kāi)關(guān)安裝圖。行程開(kāi)關(guān)安裝板固定在管胎焊接專機(jī)的框架上，兩個(gè)行程撞塊分別布置在旋轉(zhuǎn)盤(pán)的正反面，與焊槍同步旋轉(zhuǎn)。限位行程開(kāi)關(guān)SQ3、正轉(zhuǎn)行程開(kāi)關(guān)SQ1和反轉(zhuǎn)行程開(kāi)關(guān)SQ2分別布置在行程開(kāi)關(guān)安裝板的正反面。當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)，行程撞塊壓動(dòng)SQ1時(shí)，發(fā)出信號(hào)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)一周后，行程撞塊壓動(dòng)SQ2，電機(jī)換向。SQ3用于SQ1和SQ2失效時(shí)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以免拉斷電纜線。

變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖如圖3所示。圖3中QS為電源總開(kāi)關(guān)，SB1、SB2分別為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制按鈕，KM1、KM2分別為電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制接觸器，SB3為電機(jī)停止按鈕，SQ3為限位行程開(kāi)關(guān)，F(xiàn)U1、FU2分別為電機(jī)與控制電路過(guò)載熔斷器，F(xiàn)R為電機(jī)熱繼電保護(hù)器。RB1、RC1為變頻器內(nèi)置輸出常閉觸點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸點(diǎn)AVI，可以得到頻率給定信號(hào)［5-7］。

當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行焊接時(shí)，合上QS，使控制電路和變頻器均處于得電狀態(tài)。按下SB1，KM1線圈得電動(dòng)作，與變頻器FWD相連的KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，變頻器內(nèi)置轉(zhuǎn)換電路工作，使電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)及行程撞塊壓動(dòng)SQ1時(shí)，與KM1線圈串聯(lián)的SQ1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM1線圈失電，與變頻器FWD相連的KM1常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)。此時(shí)，與KM2線圈串聯(lián)的SQ1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM2線圈得電，與變頻器REV相連的KM2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，變頻器內(nèi)置轉(zhuǎn)換電路工作，電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。當(dāng)反轉(zhuǎn)一周后，行程撞塊壓下SQ2，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)。如果需要停機(jī)，可按下SB3，KM1和KM2線圈均處于失電狀態(tài)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

▲圖2 行程開(kāi)關(guān)安裝圖

4 參數(shù)及調(diào)整

管胎焊接專機(jī)選用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)，其具體參數(shù)為：供電電源380 V、50 Hz，額定輸入容量31.9 kVA，空載電壓 66 V，焊接電流 60～500 A，工作電壓17～35 V，額定負(fù)載持續(xù)率60%。送絲機(jī)的送絲速度與焊接速度相同［8］。焊槍控制開(kāi)關(guān)安裝在按鈕盒上，設(shè)有啟動(dòng)、停止、急停等多種按鈕。

旋轉(zhuǎn)盤(pán)安裝焊槍固定裝置后，需要進(jìn)行靜平衡校正工作，設(shè)置合適配重，可以使旋轉(zhuǎn)盤(pán)平穩(wěn)工作?？紤]到最大規(guī)格管胎材料為102 mm鋼管，選用了外徑為400 mm、內(nèi)孔為 125 mm 的四爪卡盤(pán)［9］。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)了管胎焊接專機(jī)，這一焊接專機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括輸送管胎的前牽引機(jī)和后牽引機(jī)、焊槍固定裝置、旋轉(zhuǎn)盤(pán)等。需要焊接的管胎由前牽引機(jī)和后牽引機(jī)接力牽引輸送 至焊槍處，通過(guò)裝有焊槍固定裝置的旋轉(zhuǎn)盤(pán)使焊槍 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，一人即可獨(dú)立操作，焊接時(shí)間縮短為原焊接時(shí)間的一半，從而節(jié)約了人力成本，減少了勞動(dòng)時(shí)間，提高了效率，并提升了操作的自動(dòng)化程度［10］。

這一管胎焊接專機(jī)目前已經(jīng)完成試制，并獲得一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利［11］。

▲圖3 變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖