賈 熙，馮 瑤，齊國政，閆 瑋

（渤海裝備華油鋼管公司揚(yáng)州分公司，江蘇揚(yáng)州225128）

HFW焊管生產(chǎn)線飛鋸機(jī)支撐裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用

賈 熙，馮 瑤，齊國政，閆 瑋

（渤海裝備華油鋼管公司揚(yáng)州分公司，江蘇揚(yáng)州225128）

分析了飛鋸機(jī)的工作原理；針對受飛鋸機(jī)至快速拉出機(jī)輸出輥架距離的約束，導(dǎo)致在線定尺鋸切最短長度受限的問題，設(shè)計(jì)了一種安裝在飛鋸機(jī)與快速拉出機(jī)之間的支撐裝置；并介紹了該支撐裝置的工作原理、工作過程、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、液壓和電氣控制系統(tǒng)。安裝該支撐裝置后，可在線完成短管的鋸切，在線縮短對頭管的長度，擴(kuò)大了生產(chǎn)能力，提高了生產(chǎn)效率，降低了管材耗損。

HFW焊管生產(chǎn)線；飛鋸機(jī)；支撐裝置；短管；定尺鋸切

飛鋸機(jī)是管材連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備之一［1-3］。仿形銑切飛鋸機(jī)為機(jī)、電、液一體化的新型飛鋸機(jī)，主要用來橫向隨動(dòng)定尺鋸切不同直徑、不同速度下的直縫焊管，它是在焊管成型工序完成之后，在線檢測焊管生產(chǎn)速度和長度，滿足加工要求后，通過追蹤運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋸切機(jī)構(gòu)與焊管的同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過鋸片的徑向進(jìn)給及公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（極坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)），仿照焊管的外形輪廓（圓管或方矩形管）進(jìn)行定尺切割［4-7］。渤海裝備華油鋼管公司揚(yáng)州分公司（簡稱華油鋼管揚(yáng)州分公司）使用的是由沈陽理工大學(xué)科技開發(fā)總公司研制的XFJ508數(shù)控旋銑飛鋸機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［8-9］。該飛鋸機(jī)的控制系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制器、PLC、交流伺服系統(tǒng)等組成，可實(shí)現(xiàn)對圓管、方矩形管的在線鋸切。

華油鋼管公司揚(yáng)州分公司近3年開始大批量進(jìn)行國家電網(wǎng)特高壓輸電工程塔用焊管的生產(chǎn)，該項(xiàng)目涉及Ф245～508 mm十余種規(guī)格的焊管，且對長度要求不一樣。受飛鋸設(shè)備因素制約，最短鋸切長度僅為8 m，為適應(yīng)生產(chǎn)，提高效率，提出飛鋸能夠在線定尺鋸切6～8 m短管的要求。

1 飛鋸機(jī)工作原理及存在問題

XFJ508數(shù)控旋銑飛鋸機(jī)的運(yùn)動(dòng)合成方式采用的是極坐標(biāo)形式［10］。該飛鋸機(jī)的主體結(jié)構(gòu)為一個(gè)旋轉(zhuǎn)的大盤，中間有孔，可讓最大規(guī)格的管子通過，圓盤旋轉(zhuǎn)是由回轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)控制。鋸片安裝在各自的主軸上并呈對角線布局，由各自的主軸電機(jī)傳遞動(dòng)力，構(gòu)成鋸切系統(tǒng)，鋸切系統(tǒng)安裝在徑向進(jìn)給滑臺(tái)上構(gòu)成徑向進(jìn)給伺服系統(tǒng)［11］，極坐標(biāo)式仿形銑切飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)如圖2所示。當(dāng)鋸車跟蹤至與管速同步時(shí)夾具夾緊，裝在旋轉(zhuǎn)大盤上的徑向伺服系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，沿被切件的截面形狀軌跡將管材切斷，然后各系統(tǒng)復(fù)位，等待下一個(gè)工作循環(huán)。

圖1 XFJ508數(shù)控旋銑飛鋸機(jī)結(jié)構(gòu)示意

圖2 極坐標(biāo)式仿形銑切飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)示意

此外，為使切斷后的管子迅速離開刃口，在飛鋸機(jī)之后還設(shè)有快速拔出裝置（快速拉出機(jī)）。在鋸切過程中，由于鋸車需適應(yīng)管速做同步移動(dòng)，快速拉出機(jī)與飛鋸機(jī)之間應(yīng)留有足夠的空間以滿足鋸車的移動(dòng)距離，這就限制了焊管的最短鋸切長度。飛鋸機(jī)現(xiàn)場布局如圖3所示。如果定尺管長過短，則開始鋸切時(shí)焊管的另一端還未搭至輸出輥架上，焊管在鋸切過程中處于懸臂狀態(tài)，不利于鋸切的穩(wěn)定性，對鋸片也會(huì)造成過度磨損。

圖3 飛鋸機(jī)現(xiàn)場布局示意

2 改進(jìn)方案

為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)飛鋸機(jī)在線定尺鋸切6～8 m短管，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種支撐裝置，安裝于飛鋸機(jī)與快速拉出機(jī)之間，以縮短托管間距，最終實(shí)現(xiàn)了6～8 m短管的在線定尺鋸切。現(xiàn)對該支撐裝置進(jìn)行介紹。

2.1 工作原理

支撐裝置的安裝如圖4所示。圖4中，A為飛鋸機(jī)鋸片到輸出輥架入口的距離，實(shí)測為9 m。支撐裝置安裝于飛鋸機(jī)床身系統(tǒng)兩軌道之間，并靠近輸出輥架側(cè)。B為支撐裝置托輥到飛鋸機(jī)鋸片的距離，實(shí)測為5.8 m。由此可見，增加支撐裝置后，托管間距縮短了3.2 m，解決了因管長過短而使非鋸切端缺少支撐的問題，切管長度可由原來的最短8 m縮短至6 m。

2.2 工作過程

飛鋸機(jī)鋸切焊管時(shí)鋸車要與焊管作同步移動(dòng)，由于支撐裝置安裝于鋸車移動(dòng)的軌跡上，為了不產(chǎn)生干涉，需要裝置在完成托管動(dòng)作后及時(shí)回落，確保鋸車從裝置上方通過而不發(fā)生碰撞。

具體動(dòng)作過程為：①開始鋸切時(shí)，鋸車隨焊管生產(chǎn)速度進(jìn)行同步鋸切，此時(shí)支撐裝置托輥處于抬起狀態(tài)；②鋸切中，鋸車隨焊管生產(chǎn)速度移動(dòng)至支撐裝置前方，此時(shí)焊管非鋸切端已在輸出輥架入口旋轉(zhuǎn)輥上，并觸發(fā)光電開關(guān)，支撐裝置托輥快速回落；③支撐裝置托輥回落到位，鋸車從裝置上方通過，完成焊管的同步鋸切，鋸切好的焊管由快速拉出機(jī)運(yùn)至下道工序；④鋸車復(fù)位，支撐裝置托輥也隨之抬起，等待下一個(gè)工作循環(huán)。

2.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于印尼的華文教育中斷了32年，整整兩代人失去了學(xué)習(xí)華語的機(jī)會(huì)，華語的代際傳承已經(jīng)中斷，目前印尼已基本不存在華語通行的社區(qū)，所以第一語言為華語的兒童極少，這使得華文教育失去了已具備熟練華語聽說能力的生源。因而，傳統(tǒng)的華文教育已經(jīng)失去了生存的土壤，以華語書面語教學(xué)為主、以華語教授其他主要科目，并重視中華文化傳承教育的典型的“華文教育”在印尼已經(jīng)不復(fù)存在，取而代之的是華語作為第二語言的教學(xué)。

支撐裝置主要由托輥、高度調(diào)整機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)以及底座組成。支撐裝置外形及結(jié)構(gòu)如圖5～6所示。

圖4 支撐裝置安裝示意

圖5 支撐裝置外形示意

圖6 支撐裝置結(jié)構(gòu)示意

該裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：①為滿足不同管徑規(guī)格的生產(chǎn)，使用螺旋升降機(jī)控制托輥高度，并且加裝鎖緊裝置以確保調(diào)整后的高度定位；②采用擺臂式升降機(jī)構(gòu)，由液壓缸驅(qū)動(dòng)，可控制裝置托輥的快速起落，并有效降低托輥下落后的整體高度，確保鋸車順利通過；③底座上設(shè)置聚氨酯緩沖墊，減小托輥回落時(shí)對整體設(shè)備的沖擊力；④由于生產(chǎn)中焊管內(nèi)有大量的乳化液流出，為保護(hù)高度調(diào)制機(jī)構(gòu)中的升降機(jī)和導(dǎo)向柱等零件，在其上方安裝護(hù)罩板，并能隨高度調(diào)整機(jī)構(gòu)活動(dòng)。

2.4 液壓控制系統(tǒng)

飛鋸機(jī)支撐裝置液壓系統(tǒng)工作原理：雙聯(lián)葉片泵1的前泵與后泵同時(shí)向系統(tǒng)供油才能滿足系統(tǒng)對支撐裝置升降速度的要求；電液換向閥4控制支撐裝置舉升與回落的動(dòng)作切換；液壓鎖5使支撐裝置在電液換向閥4回中位后仍能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保壓，確保支撐裝置可以停留在任意指定位置；單向節(jié)流閥6可以調(diào)節(jié)支撐裝置升降速度［12］。支撐裝置液壓系統(tǒng)原理如圖7所示，主要參數(shù)見表1。

圖7 支撐裝置液壓系統(tǒng)原理

表1 支撐裝置液壓系統(tǒng)主要參數(shù)

支撐裝置回落時(shí)間（油缸回程時(shí)間）T回可由公式（1）計(jì)算：

式中V有——油缸有桿腔容積，mL；

Vg——泵的排量，L/min；

η——泵的總效率，取0.9；

n——電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

將表1中的液壓系統(tǒng)參數(shù)代入公式（1）可求得T回為1.09 s。

此外，車間焊管最大生產(chǎn)速度為19 m/min，鋸切管材的最短長度為6 m；非鋸切端進(jìn)入輸出輥架觸發(fā)光電開關(guān)時(shí)，鋸車前端距支撐裝置為0.356 m，此時(shí)鋸車與支撐裝置發(fā)生碰撞所需時(shí)間t可由公式（2）計(jì)算：

式中l(wèi)——鋸車距支撐裝置的距離，m；

v鋸——鋸車的最大速度，m/min。

由公式（2）可計(jì)算出鋸車與支撐裝置發(fā)生碰撞所需時(shí)間t為1.12 s，t∧T回。

可見，鋸車前端與支撐裝置發(fā)生碰撞前，支撐裝置已經(jīng)回落到位，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 電氣控制系統(tǒng)

支撐裝置電氣控制原理如圖8所示。

圖8 支撐裝置電氣控制原理

將光電開關(guān)安裝于輸出輥架的入口處，當(dāng)焊管非鋸切端進(jìn)入輸出輥架觸發(fā)光電開關(guān)，換向閥電磁端YA1得電，控制支撐裝置快速回落。當(dāng)鋸切完成的焊管由快速拉出機(jī)運(yùn)離光電開關(guān)處時(shí)，換向閥電磁端YA2得電，支撐裝置重新升起，到位后換向閥回復(fù)中位，即電磁兩端均斷電，等待下一循環(huán)。

此外，為確保支撐裝置升降動(dòng)作的可靠性，還應(yīng)加裝保險(xiǎn)系統(tǒng)，當(dāng)光電開關(guān)失效時(shí)，通過鋸車移動(dòng)觸發(fā)接近開關(guān)，迫使支撐裝置回落，避免發(fā)生碰撞。

3 改進(jìn)效果

目前，支撐裝置已經(jīng)完成了現(xiàn)場的安裝與調(diào)試，它的成功應(yīng)用解決了車間現(xiàn)有的兩大問題：

（1）未完成安裝前，車間生產(chǎn)6～8 m短管，需要線下將長管用鋸床通過人工操作鋸切，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。安裝支撐裝置后，即可在線完成短管的鋸切，既擴(kuò)大了生產(chǎn)力，又提高了生產(chǎn)效率。

（2）HFW焊管生產(chǎn)線屬于連續(xù)生產(chǎn)線，卷板經(jīng)拆卷后通過對頭焊焊接，對存在對頭管段的焊管需要進(jìn)行線下切除［13］。在實(shí)際生產(chǎn)中盡量確保對頭管段位于整根焊管的管頭或管尾，保證切除后的焊管長度仍能滿足生產(chǎn)要求。但由于對頭的位置不能確定，切除后的焊管長度如果不能滿足生產(chǎn)需要，就會(huì)造成管材的浪費(fèi)。安裝使用支撐裝置后，就可以在線縮短對頭管的長度，極大地降低了因切除對頭管段而造成的管材損耗。

［1］柴曉艷.飛鋸機(jī)主傳動(dòng)軸系列結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.重型機(jī)械，2008（2）：36-42.

［2］柴曉艷.飛鋸機(jī)隨動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析［J］.重型機(jī)械，2008（1）：16-21

［3］張玉華，柴曉艷，劉福生.Ф325全自動(dòng)數(shù)控飛鋸機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析［J］.重型機(jī)械，2003（1）：39-42.

［4］邵毅.Ф660 mm HFW生產(chǎn)線的工藝裝備特點(diǎn)［J］.鋼管，2015，44（5）：53-57.

［5］阮誠中.仿形銑切鋸優(yōu)化切割的控制方法研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2005.

［6］矯慶春，黃曉娟，任崇立，等.大規(guī)格數(shù)控仿形旋銑飛鋸機(jī)的技術(shù)與應(yīng)用［J］.焊管，2006，29（6）：82-84.

［7］任星，張玉華，宋新環(huán)，等.鋼管仿形銑切飛鋸機(jī)鋸片的研究［J］.重型機(jī)械，2016（1）：33-38.

［8］李登超.冷彎型鋼及焊管生產(chǎn)技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［9］易朝亮.新型數(shù)控仿形銑切鋸的研究與開發(fā)［D］.杭州：浙江大學(xué)，2008.

［10］蘇指南.仿形銑切飛鋸的運(yùn)動(dòng)控制［D］.天津：天津理工大學(xué)，2011.

［11］郭繼富，鄭紅艷，周玉燕，等.ERW鋼管的數(shù)控仿形鋸切技術(shù)概述［J］.焊管，2006，29（2）：33-35.

［12］劉延俊.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［13］史宏德，王寧，賴興濤，等.寶鋼HFW610高頻直縫焊管機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)［C］//中國金屬學(xué)會(huì)軋鋼學(xué)會(huì)鋼管學(xué)術(shù)委員會(huì)五屆五次年會(huì)論文集，2009.

Design and Application of A Supporting Device for Cutting Flying Saw in HFW Pipe Production Line

JIA Xi，F(xiàn)ENG Yao，QI Guozheng，Yan Wei
（North China Petroleum Steel Pipe Co.，Ltd.，Yangzhou Subsidiary Company，Yangzhou 225128，China）

Operational principle of the flying saw is analyzed.A supporting device is designed，and mounted between the flying sawing machine and the rapid pull-out machine to solve the trouble that the minimum length cut by the flying saw in the line is restrained due to the specific distance between the sawing machine and the run-out roller frame of the rapid pull-out machine.Elaborated here in the paper are the main aspects of the said supporting device，including the operational principle，operation procedures，structural features，and the hydraulic and electric control systems.Thanks to the supporting device，in-line minimum short piece cutting，and in-line crop-shortening are realized.As a result，both production capacity and productivity of the operation line are increased，and accordingly，the yield is increased.

HFW production line；flying saw；supporting device；short-piece；specific-length cutting

TG43

B

1001-2311（2016）04-0038-04

2016-01-16）

賈熙（1987-），男，工程師，從事HFW鋼管生產(chǎn)設(shè)備的研究和維護(hù)管理工作。