杨 永，王宪栋，吴培龙

（山东胜利钢管有限公司，山东 淄博 255082）

螺旋缝焊管生产线上，钢卷的开卷和带钢“舌头”的准备工作会占据对头的大部分时间，目前国内生产机组大都采用剪板机切掉板头和板尾，然后进行对头焊接以保证螺旋缝焊管的连续生产［1-3］。但在生产过程中，往往会出现对接焊缝偏差及“月牙弯”等难以消除的问题。为了适应螺旋缝焊管行业的快速发展，山东胜利钢管有限公司从德国全套引入预开卷设备，专门用来开卷并进行钢卷的准备工作，以期缩短对头时间和提高对头焊质量。

1 预开卷设备工作原理

预开卷设备的结构如图1所示，主要由钢卷转动器、钢卷夹持装置、铲刀、带钢角度测量装置和等离子切割装置等部分组成。

钢卷转动器靠液压系统带动两个液压电动机做正向和反向旋转，从而达到钢卷正、反向转动的目的。

钢卷夹持装置安装在钢卷转动器上方，由两个液压油缸带动，上下有两个限位，可以压下与抬起，压下时可以保证钢卷转动平稳，吊运钢卷时抬起，确保钢卷顺利吊走。

铲刀、带钢角度测量装置、夹紧机构以及切割架均固定在可移动夹持架上。可移动夹持架靠油缸作用力可以顺设备方向前后及上下移动；铲刀下部焊接8个辊子，开口部分呈楔形，可以保证钢卷在角度很小的情况下依然能够开卷；带钢角度测量装置由4个固定气缸带动4个测量辊组成，每个测量辊带有编码器，可以测出横向伸出长度，夹紧带钢时，就可以根据实际位置的不同得出测量的偏移量Y，也就是带钢的斜度；夹紧装置在液压油缸的作用下可以夹紧调整好的“舌头”，防止位置变化；等离子切割装置固定在切割架上，2个伺服电机分别控制切割嘴的高低及水平方向的移动，切割架的一端固定，另一端的伸出量靠1个电缸控制。

带钢角度测量原理如图2所示，因为测量辊之间的距离X以及切割器行走距离X1都是固定的数值，所以编码器测量出带钢的偏移量Y，即可得出切割架需要偏离的角度 α［4］，tan α=Y/X=Y1/X1，由此确定切割器的行走路线Y1，使得切割后的板头与带钢两侧边成垂直关系。

图1 预开卷设备的结构示意

图2 带钢角度测量原理示意

2 工作过程

在生产中，首先将钢卷吊至钢卷转动器上，去掉包装带。钢卷转动器可以带动钢卷前后转动，以此来控制“舌头”伸出的长度。铲刀靠油缸带动，可以上下前后摆动来控制“舌头”的高度，使其顺利进入可移动夹持架。可移动夹持装置可以在前后方向上横移，并且夹紧部分可以将调整好的带钢“舌头”夹紧，防止带钢在切割过程中的位置改变。通过测量装置测出带钢“舌头”水平方向的偏移量，然后调整等离子切割装置的行走路线，使切割后的端面与带钢两边垂直。切割后的钢卷靠钢卷转动器的转动调整合适的“舌头”长度，然后将钢卷吊运至主机区附近的带料区备用。

3 主要问题分析及解决措施

3.1 带钢角度测量

由于钢卷的放置方式、带钢本身自带“月牙弯”及“喇叭口”等因素的影响，有时测量出的带钢“舌头”位置如图3所示，此时测量出的Y1值控制切割架反向移动。

图3 切割架反向移动时带钢角度测量原理示意

为了用一个数值更好地表述这两种不同的带钢状况，在程序中将切割架摆动的两个极限之间的量程数值化，如图4所示，这样计算的切割器最终行程值 M 为：M=100±Y1［5］。

图4 数值化的量程

当带钢恰好与切割器的行程方向垂直时，偏移量Y=0；当出现如图2所示的情况时，切割架向“0”值的方向移动，移动值为负值；而当出现如图3所示的情况时，切割架需要向“200”值的方向移动，移动值为正值［6］。

3.2 散 卷

预开卷后的钢卷在解除外包装后，可能会因为内应力而散开［7］，尤其是在带钢较厚、材质较高的情况下，必须采取固定措施，防止散卷甚至伤人事故的发生。为此，专门定做了专用C型吊具。与普通吊具相比，C型吊具增加了2个用链条固定的“钳子”和一套棘爪压下系统［8］。“钳子”用来固定板头伸出的“舌头”，棘爪压下系统用来压住钢卷。用这种特制的吊具将打开的钢卷放在存放钢卷的专用支架上备用。

3.3 等离子切割

在使用等离子切割时存在的主要问题及解决措施是：①保护气体以及切割气体的气压，根据等离子切割使用说明中的比例要求，将3种气体出口气压调节好。②等离子冷却水的使用，在使用过程中要经常观察等离子冷却水的液位。③使用中切割嘴与带钢的高度以及切割速度与电流电压之间的关系，不同的电流电压要求的切割速度和切割嘴与带钢的高度也不同［9-10］。可以根据设备厂家给出的数据，在操作面板上将数据进行修改。

4 预开卷的优点

（1）采用自动测量技术，科学精确地计算出带钢偏移并自动找正，切出垂直于带钢边缘的板头。

（2）采用等离子切割机代替了剪板机，切割精度更高，切割质量更好，切割面更光洁，斜角极小，切口下缘不粘渣。

（3）自动化程度较高，能更好地适应国内螺旋缝焊管发展的需求。

（4）节省了对头时间，提高了生产效率［11-12］。

5 结 论

预开卷技术应用在螺旋缝焊管的钢卷准备阶段，可大大缩短对头时间，同时提高螺旋缝焊管用带钢的对头焊质量，特别适用于大壁厚、大直径、高钢级螺旋缝焊管的大批量生产。

［1］王兰英，刘锡会，孙志刚，等.螺旋焊管生产线新型开卷机的研制［J］.焊管，2011，32（8）：33-35.

［2］ 苏青.开卷机的设计与参数［J］.设计与研究，2001（1）：12-15.

［3］李鹤林.中国焊管50年［M］.西安：陕西科学技术出版社，2002.

［4］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［5］宁汝新.CAD/CAM技术［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［6］陈举庆，张景胜，李洪仁.开卷机自动对中液压控制系统的设计分析［J］.一重技术，2001（3）：48-49.

［7］刘鸿文.材料力学［M］.北京：高等教育出版社，2011.

［8］陆宁，樊江玲.机械原理［M］.北京：清华大学出版社，2012.

［9］王慧慧.浅析数控等离子切割技术的应用［J］.机械管理开发，2012（1）：109-110.

［10］陈洁，郑鹏.数控等离子切割技术及应用［J］.新工艺新技术，2009（2）：80-83.

［11］Zhang Guangrui，Yang Yihua，Wen Jianxin.Uncoiler indirect tensile control system research based on the active disturbances rejection controlle［C］//Proceedings 2011 International Conference on Mechatronic Science，Electric Engineering and Computer，2011.

［12］毛周团，尹志远，王少华，等.螺旋埋弧焊管预精焊生产工艺［J］.焊管，2010，33（3）：52-55.