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1、大型HFW焊管机组的辊道台架作者东北塘人 2011 9 2在ERW石油焊管机组的生产流程中，辊道台架既是保证机组正常生产运行的重要工艺连接，又是保证生产不同管子工艺的关键设备。尤其是生产如API标准那样的高钢级，高等级，高标准的管子，更是十分重要。如果说成型机组和辅机设备好比是一座城市，那么辊道台架就是这个城市的道路。以一台生产API管的355机组为例:由于API管的生产工艺流程复杂，整条焊管生产线的工序展开长度超过五百米，其中辊道台架的长度就达300米以上。辊道台架是一个总称，它由包括辊道，台架，挡管器，翻料架，定位器五类不同的工装设备所组成;每一类设备又有不同的结构形式和工艺要求。为能深入
2、了解这个系统的工作原理和工艺要求，我们以355机组为例，对这个系统的五类工装设备来作介绍和了解。辊道台架总体设计的要求是:工艺合理，走向顺畅，结构简洁，控制方便，便于调节，便于维修。第一类:辊道辊道的作用是传送钢管，一般按一定的工艺间隔要求设置，它由支架系统、传动系统、控制系统三部分组成。所说的工艺间隔要求，主要是由根据生产最短规格的管长来决定的，其每二个辊座之间的间距，必须保证任何时候最短的管子都能有二个支点。355机组生产最短定尺为6米，辊座间距设置为22.5米。辊道的支架系统包括辊轮，辊轮支架，机座等;辊道的传动系统包括电动机，传动链，连接器等;辊道的控制系统包括限位开关，电控线路，操作
3、箱等。辊轮材料在表面无涂层时可采用45#钢，表面有涂层时可采用35#铸钢，Q235钢等;API管的生产要求管子表面不能擦伤，辊表面可涂复10mm聚氨酯层。辊道支座刚性要好，快进和转换时不发生震动。根据辊道的结构，类型和工艺要求，我们可以将它分为三种:1)快速脱离辊道。这是设在切断飞锯之后的传送辊道。飞锯切断管子以后，已切断的定尺管要求迅速脱离锯片，这样快速的脱离有二个作用:一是保护切断锯片不受损伤，二是保证下一根管子不会与第一根管子顶牛。快速脱离辊道的结构有特别的要求，一般需要设置一对能上下压紧的拉出辊，采用与机组同步匹配的变频调速电机传动。(注意:拉出辊不能擦伤管子表面，压紧辊表面需有橡胶垫
4、层)快速脱离辊道的速度(V)需根据最短定尺的管长，机组速度以及下料处的翻架机构的工步节奏三个条件来决定。在翻料架动作周期内，第一根管子必须完成翻料并且复位。以上例，355机组的机组速度(V1)=2440米/分钟，翻料架动作周期S=10秒/次，最短管长定尺L=615米。则我们可以计算出二根管子之间的最小间隔和脱离辊道所需最小长度:(1)由机组最大速度决定二根管子之间的最小间隔(机组速度翻料周期=最小间隔)当机组速度为24米/分钟时，前后二根管子之间的最小间隔需要4米;机组速度为30米/分钟时，前后二根管子之间的最小间隔需要5米;机组速度为40米/分钟时，前后二根管子之间的最小间隔需要6.7米;(
5、2)由管子最大定尺决定脱离辊道的最小长度(管子定尺+最小间隔=辊道总长)当管子定尺为6米，机组速度为24米/分钟时，脱离辊道的总长为:6米+4米=10米当管子定尺为6米，机组速度为40米/分钟时，脱离辊道的总长为:6米+6.7米=12.7米当管子定尺为15米，机组速度为24米/分钟时，脱离辊道的总长为:15米+4米=19米当管子定尺为15米，机组速度为40米/分钟时，脱离辊道的总长为:15米+6.7米=21.7米由此可见,快速脱离辊道的速度不是一个定值，它所以采用变频电机，就是为了与机组速度相匹配，但是它必须要能保证任何定尺长度的二根管子之间，保持最小的间隔。在实际生产中，我们会给脱离辊道的总
6、长和速度留有足够的余地。以上例355机组为例，实际设计脱离辊道的最小间隔为1012米，脱离辊道总长定为27米。辊道的辊轮设计是关系到辊道传送性能的重要环节。一般机组都要根据市场需要生产许多规格品种的管子，V型辊轮需要与之相适应，已有厂家采用了可调式辊轮，不需要生产一种规格换一种辊轮。近年来，由于方矩管在各个领域的应用日益广泛，有些厂家也利用焊管机组生产方矩管，为适应圆管与方矩管的不同需要，快速脱离辊道需要设计平面辊与V形的组合辊，不拆卸辊道即可适应圆管与方矩管的不同需要。由于快速脱离辊道需要与机组速度匹配，它的传动形式一般采取变频单机传动。2)传送辊道。传送辊道是辊道的主要形式。生产API管切
7、断后的工序，包括从管端平头到水压试验，从水压试验到成品探伤，以及喷漆喷标，称重测长，打包包装，都需要以传送辊道将这些工序连接起来。传送辊道的速度一般是恒定的，如355那样的大型焊管机组，一般传送辊道的速度不能太大，通常V0.7米/秒，辊道可以采取多组的链式传动，链式适合低速平稳的传动，每组传动应设置可调节的链条涨紧装置;3)矫直辊道矫直辊道是专门用于需要矫直的管子传送的传送辊道。矫直辊道与传送辊道之间的差别有三点:3-1矫直辊道与传送辊道的辊轮形状不同。由于矫直机所矫直管子的直径受到一定限止，一般245mm，所以矫直辊道的辊轮应适应矫直管径的要求来设计，超过这个规格的大直径管一般采用液压顶直等
8、方式;3-2矫直辊面与矫直机辊面之间有高度差。因矫直辊道需将管子直线送入矫直机辊面，而所配置的矫直机都需包括一定的管径范围，在矫直辊道的V型辊面上，需矫直的最大的管径与最小管径之间会有一个差值，矫直辊面与矫直机辊面之间必须设置相应的高度差值，以防止影响矫直效果;3-3矫直辊道需设置防甩保护圈。由于管子的弯曲，管子在矫直时可能会发生甩动，甚至会被甩出辊道，所以需要在矫直的进出辊道设置防甩保护圈，防甩保护圈不能影响管子在辊道上下翻料。一般采用两个能相对开合的半圆环结构。第二类:台架台架的作用有二个:第一，作为辊道与设备之间的连接环节;第二，作为协调机组生产节奏的工步缓冲。台架结构比较简单，一般须包
9、括立柱，台面，挡管器三个主要部分。在API管的锯后精整工序，所有设备的进出都需设置台架。每一台设备都有特殊的进出料要求，所以台架必须按照设备的进出料工艺要求进行精细设计，台架要达到以下工艺要求:1)柱、架的刚性好，运行时无震动摇晃;2)API管生产流程中不准管子表面有碰伤，擦伤，所以台架表面，一般要求全部复设聚氨酯层(聚氨酯层一般10mm);3)普通管生产流程所有台架表面可为光面;4)台面平直，平直度误差2mm/M;5)台面斜度设置合理。生产管径大时台面斜度可大些，管径小时台面斜度要小些,一般台面斜度设置范围为24。API管的精整段设有喷漆工序，喷漆工序的台架有特殊的要求:管子通过台架时不能滚
10、动，又要传送，必须设计专门的步进式台架(晾床)，这是全线维一需要配置传动系统的台架。步进式的台架(晾床)有很多的结构形式，常用的有马尔它机构，棘轮机构等，步进式台架由机座，电动机，减速箱，步进式机构，托管架，传动链，电控系统等部分组成。台架一旦装好，它的位置和间隔就不可改变，所以台架的导轨间隔和台面宽度必须按工艺要求严格设计。台架由固定间隔的立柱导轨组成，其间隔距离由生产管子的定尺长度决定，导轨间隔必须保证生产最短管子时的需要;台架的宽度是由管子的长度决定的，台架宽度必须保证生产最长管子时的需要。台架宽度一般取最大生产定尺管长的70%80%，例如，机组生产最大为15米定尺管长时，台架宽度可取1
11、112米。第三类:挡管器挡管器是台架的组成部分，一般都按装在台架上。顾名思义，挡管器的作用是挡住管子，生产中挡管器有二个作用:一是挡住管子;二是准确定位。由于挡管器结构简单，在工艺设计中常常被忽视，这是很大的误区。挡管器的设计要按照它的工艺要求，做到牢固可靠，定位准确;同时结构简单，调节方便。同一台架上，有多组的挡管器，当改变管径时挡管器就需要作相应调节，多组调节时，要求一致性好。挡管器有手动调节和电动调节两种基本形式，手动调节比较费时，但是可靠性高，调节量可无级控制，适用于多品种，多规格和非标准生产;电动调节效率高，同步性好，但是结构复杂，适用于相对稳定的批量性生产。挡管器采用45#钢制造，
12、为防止API管子表面擦伤，挡管面应复设可调换的聚氨脂垫层(聚氨酯层一般10mm)。第四类:翻料机构翻料机构一般设于台架的进出两端，它的作用是连接辊道与台架之间的管子传送。翻料机构由翻料爪(板)，转动轴，气缸组成。在台架宽度范围内，翻料爪(板)根据辊道间隔成组布置，可以沿轴向调节位置，保证翻送最短定尺管时，至少有二付翻料爪(板)托住钢管。翻料爪(板)有两类基本形式:翻板式和翻架式。翻板式结构是一组翻料板，可作90范围内立起和倒下，当这组钢板立起时，管子被钢板的斜边托起并由斜边滑落,翻板式的结构一般用于从台架向辊道的翻料，翻板的斜边须经加工，按板厚倒圆角R，以防擦伤管子表面;翻架式结构是一组翻料爪
13、，翻料爪的内外曲线都有一定的要求，内曲线应使管子在空间传送时的轨迹和缓平滑，外曲线是一条以转动轴为圆心，以翻料爪轴心到下一根管子边缘的R为半径的圆弧，翻料爪外缘须经加工，表面光滑。翻料爪翻架式结构一般用于从辊道向台架的翻料。不管是哪一类形式，翻料机构必须具备平稳翻料的功能，并且不可使管子表面擦伤。翻料爪(板)按装在转动轴上，不得与轴相对转动，但是应可以在轴向移动调节位置，大型机组生产的钢管重达近2吨/根，翻料爪(板)对轴会产生很大的扭转力矩，所以要求转动轴/键与翻料爪(板)有7级到8级较高的滑动配合精度，翻板机构的翻料爪(板)材料需耐磨损，采用65Mn钢，转动轴/键为45#调质钢。第五类:定位
14、器定位器设置于传送辊道上，它有二种结构形式:第一种是安装在辊道末端位置的固定式挡板，用于确定钢管在辊道上的准确下料位置;第二种安装在辊道中段，设有可控制活门，用于控制辊道物流的流向，相当一个有与门和或门的开关通道。固定式定位器由支座，挡板，防冲击垫组成。由于大型钢管重近二吨，相当于一辆轿车的重量，尽管一般都在辊道上设置了停止接近开关，但在辊道运行停下时定位器挡板仍然要承受很大冲击，所以支座，挡板的结构必须做得牢固可靠，防冲击垫的结构设计尤其重要。现时多数厂家采用的防冲击垫只是一块厚橡胶，使用寿命较短，需要采用防冲击性能更好的结构形式。活门式定位器由支座，活动翻板，开启机构，气缸组成。活门式定位
15、器设置于辊道中段，其位置由工艺要求所决定。它的活门翻板可以开-关，当管子需要通过时，活门翻板开启;当管子需要下料时，活门翻板关闭。活门式定位器的开启机构是一组巧妙设计的连杆系统，由气缸控制动作。以上五类不同的工装设备组成了机组的辊道台架，API管机组的辊道台架是一个完整的工艺系统。这个工艺系统的正确配置，不但可以保证产品的正常化生产，而且可以提高机组的潜在效能，能够适应多品种，多工艺生产的需要。实现辊道台架的自动化控制，是机组自动化的重要环节。按目前国内大型焊管机组设备的制造和工艺配套水平，辊道台架已经具备了PIC数字化控制的能力。对于不同工艺要求的管子，可以实现菜单化生产。下例附表是某钢管有
16、限公司大型机组API管定尺切断后的生产工艺流程，该机组可生产方矩管，普通管，API钢管共三个大类二百多个品种，定尺切断后需要设置共13个不同的工艺流程。该方案采用了系统统筹的设计，采用了19条辊道，24付台架，36付翻料机构，18套定位器。辊道台架是机组的配套设备，结构和控制都没有主(辅)机那样复杂，所以常常被我们忽视，有人认为:这些辊道台架只是一堆不值钱的冷作件，这样的认识是不对的。辊道台架是主(辅)机设备必不可少的连接纽带，也是机组实现自动化控制的基础环节。透彻地了解了辊道台架，就是了解了整个生产的工艺流程。焊管机组是一种专业性很强的专门设备，当前机组的技术进步，在世界上都没有现成的方案，需要我们从自己的生产实践出发，点滴总结，改造创新，走出一条适合自己特色的发展之路来。附图1API焊管机组
