陈 亮，胡宜新，刘 岩

(中国石化集团石油工程机械有限公司沙市钢管厂，湖北 荆州434001)

高频焊林辛格铣边机改造探索

陈 亮，胡宜新，刘 岩

(中国石化集团石油工程机械有限公司沙市钢管厂，湖北 荆州434001)

为了使原高频焊管生产线林辛格铣边机铣出直缝钢管生产要求的X形坡口，同时解决高频焊管生产过程中刀片更换繁琐的问题，对高频焊林辛格铣边机进行了改造。自行设计了刀盘高度自动调型系统以及刀盘垂直移动结构、仿形辊和铁屑挡板。生产实践表明，改造后的铣边机不仅解决了使用过程中换刀繁琐问题，而且能在生产高频焊管时铣出需要的高频钝边坡口，还能铣出直缝埋弧焊管生产要求的X形坡口，且坡口质量高。

林辛格；铣边机；高频焊：坡口

0 前 言

进口林辛格高频焊铣边机使用过程中，为了节约刀片成本，可以把刀片分为上半段和下半段来使用。但生产过程中，经常会出现刀片上半段与下半段换向使用时，原刀盘不能升降，进而产生如下问题：①需要打开左右两刀盘盖，用吊机吊下两个刀盘，拆下刀片，对换刀片至对面刀盘上，然后重新吊回安装，误工误时；②将左刀盘刀片上半段对调到对面刀盘时，需要生产线停机，这会产生废品钢管，造成浪费。

另外，为了使高频焊生产线主机部分能够生产直缝钢管，要求对其铣边机进行改造，铣出中直缝钢管要求的X形坡口。为此进行了技术研究和现场改造，采用高度可调的刀盘机架结构和刀盘位移高精度测量定位控制系统，解决了高频焊时刀片更换繁琐的问题，成功铣出了X形坡口。

1 铣边控制系统设计

1.1 控制方案

铣X形坡口时，对刀盘的垂直定位要求精确，误差需要控制在0.5mm以内。为保证精度，采取如下控制方案：

(1)以S7-300 PLC作为控制中心，全系统采用DP通讯协议，负责给定电机正反转控制信号、电机转速信号、电机启停信号以及自动升降至目标点的控制、极限位置停转和报警输出的控制。

(2)用巴鲁夫位移传感器(型号BTL5-P1-M0100-P-S32)进行机构上升及下降的位移量检测，检测理论精度0.001mm，检测的刀盘位移量与上、下移动机构零位偏移量相减取绝对值，大于30mm时报警并终止电机转动。

(3)操作台设上位机触摸屏，能设定升降距离，达到精确控制，触摸屏实时显示刀盘垂直移动机构偏离零位的位移量。

(4)使用SEW 公司的R37DRS71M4型变频电机，通过变频器调整升降速度，防止调整过程过快，导致刀片损坏。

(5)电机使用抱闸装置，防止停机瞬间，电机惯性缓转导致刀盘小范围升降，影响X形坡口质量。

1.2 自动调型控制原理

1.2.1 高频焊管自动调型

高频焊管生产时自动调型的基本原理是：设定首次调型刀盘高度基准点，对应传感器数据设为X，首次调型板厚为C，之后每次自动调型刀盘钝边中心对应的传感器数据设为B，换板型后的板厚为D。系统控制程序调试时约定：刀盘升，传感器数据增大；刀盘降，传感器数据减小。由于林辛格铣边机刀片长度为25mm，一半为12.5mm，根据经验，一般板厚小于11.5mm时，才使上半段和下半段刀片分开用，板厚大于11.5mm时，直接板厚中心对刀片中心。钢板与刀片相对位置如图1所示。

图1 钢板与刀片相对位置示意图

当板厚＞11.5mm时，板厚中心对刀片中心，则满足B=X+(D-C)×1 000/2(X为首次调型传感器数据)；当板厚<11.5mm且使用上半段刀片时，钢板下边缘距离刀片中心1.5mm，则新板厚对应的传感器数据 B=X+(D-C)×1 000/2-D/2×1 000-1.5×1 000；当板厚<11.5mm且用下半段刀片时， 钢板上边缘距离刀片中心下面1.5mm，则新板厚对应的传感器数据B=X+(D-C)×1 000/2+D/2×1 000+1.5×1 000。

生产高频焊管时，由于不同批次的钢管板厚不同，需要调型，自动调型的目的是通过设计的自控系统自动控制升降电机，使刀盘高度传感器数据变化到(B-30，B+30)范围内。

1.2.2 直缝埋弧焊管自动调型

铣X形坡口自动调型的基本原理是：设定首次调型刀盘高度基准点对应传感器数据设为A，首次调型板厚为C，之后每次自动调型刀盘钝边中心对应的传感器数据设为B，换板型后的板厚为D。

当要求X形坡口上斜边等于下斜边时，B=A+(D-C)×1 000/2；当要求X形坡口上斜边大于下斜边时，且上斜边对应的垂直高度为E时，B=A+(D-C)×1 000/2-E×1 000；当要求 X 形坡口上斜边小于下斜边时，且上斜边对应的垂直高度为E 时，B=A+(D-C)×1 000/2+E×1 000。

生产直缝埋弧焊管时，由于不同批次钢管板厚不同，需要调型，自动调型的目的是通过设计的自控系统自动控制升降电机，使刀盘高度传感器数据变化到(B-30，B+30)范围内。

1.3 控制系统现场组态和控制程序流程

铣边机控制系统现场DP组态图如图2所示，控制程序总体设计流程如图3所示。

图2 控制系统现场组态图

图3 控制程序总体设计流程图

2 控制系统误差分析

为了保证刀盘铣出的坡口精度，必须对系统可能产生的刀盘高度定位误差进行分析，确保此误差小于0.5mm。经分析，该误差主要有两方面：一是控制系统发出电机停转命令时，电机抱闸从接收命令到完全抱住电机转轴中间有个延时，这个延时所产生的误差；二是系统在位移移动控制程序中，由设定的“允许行走到位范围”产生的误差。

2.1 电机控制抱闸延时产生的的误差

图4为铣边机控制系统减速示意图。控制系统选用电机转速为1 380r/min，一级减速比为28.73，二级减速比为24。B处转动24圈，涡杆C处升降10mm，即B处转动1圈，C处升降0.42mm。

图4 控制系统减速示意图

查询SEW电机抱闸参数表格，可得PLC发出抱闸动作指令到抱闸完全释放时间为55ms，下面计算这55ms内电机转动在C处产生的位移量。

2.1.1 额定转速

电机1s转动23转，到B处为0.80转，到C处的位移量是0.34mm；电机55ms内转动1.6转，到B处为0.05转，到C处的位移量是0.017mm。

2.1.2 变频至50％额定转速

电机1s转动11.5转，到B处为0.40转，到C处的位移量是0.17mm；电机55ms内转动0.8转，到B处为0.025转，到C处的位移量是0.008 5mm。

2.2 程序控制产生的误差

由于1mm对应传感器的数字量是1 000，定位时若直接设置为预想距离对应的传感器数字量X，则停止位置对应的传感器数字量会稍大于X，同时系统又会自动回退，这样有可能会导致传感器对应的数字量稍小于X，从而使控制系统来回摆动。为避免这一现象，借鉴德国设计方法，对于定位问题，设置一个数字量范围，在这个范围内就会认为走到位。经过反复试验，认为数字量X在±30范围内波动，效果较好，也就是误差±0.03mm。

综合以上两方面的误差，刀盘垂直升降误差一般小于0.05mm，满足工艺要求的误差范围。

3 机械设计

3.1 林辛格铣边机刀盘升降装置设计

图5为刀盘升降装置示意图。升降机架与电机、蜗轮蜗杆升降机固定在一起，当控制电机旋转时经过减速机后,在连杆的作用下，两个蜗轮蜗杆机构同时运转，以确保动作的一致性。 蜗轮蜗杆的输出端为丝杆传动，丝母安装在固定滑板上，在左右两端导向滑槽的作用下，整个升降机架两端同步沿着固定滑板两端同时垂直升降，实现了机架的自由升降与定位，并且减少了故障率，提高了维修效率。

图5 刀盘升降装置设计示意图

3.2 铣边机浮动仿形辊设计

图6 为铣边机浮动仿形辊示意图。仿形辊设有辅助辊，辅助压辊半径比中间压辊半径小4mm，当带钢行走时，先经过辅助压辊，由于辅助压辊直径小，所以会与带钢有4mm间隙，当带钢产生波浪弯曲且波峰＜4mm时，带钢仍将继续通过；而波峰＞4mm时，机架两侧压紧油缸与机架自身产生的质量可以把波峰压低直到＜4mm，使钢板顺利通过，这样就不会发生提前仿形而影响坡口质量的问题。当钢板波浪弯曲行走到工作压辊时，铣边机的仿形功能会随钢板波浪一起浮动仿形，这样钢板就不会铣削出锯齿状坡口。

图6 铣边机浮动仿形辊设计示意图

3.3 铁屑挡板的设计

图7 为铁屑挡板示意图，铁屑挡板与升降滑板固定实现柔性连接，铁屑挡板既可以与升降滑板同步升降，也可以与钢板波浪一同升降，这样就可以把铁屑灰尘挡在一侧，更有效地防止压辊与滑槽卡死。该滑板式铣边机压辊装置适用于铁屑、灰尘、油污较多且钢板变形量大的工作环境。

图7 铁屑挡板设计示意图

4 铣边机改造结果

经过上述对林辛格高频焊铣边机进行的一系列设计和改造，铣出的埋弧焊X形坡口和高频焊钝边坡口如图8和图9所示。

图8 改造后的铣边机铣出的直缝埋弧焊X形坡口

图9 改造后的铣边机铣出的高频焊钝边坡口

5 结 语

对高频焊林辛格铣边机的控制系统进行了详细分析，针对不足，自行设计了刀盘垂直移动结构、仿形辊及铁屑挡板，现场试运行效果较好，解决了原铣边机使用过程中出现的换刀繁琐问题，改造后的铣边机不仅能铣出需要的高频钝边坡口，也能铣出直缝埋弧焊X形坡口，可为国内焊管主机生产线的改造提供帮助。

[1]罗红福，胡斌，钟存福.PROFIBUS-DP现场总线工程应用实例解析[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]罗红福.PROFIBUS-DP在铣边机控制系统中的应用[J].焊管，2005,28(03)：40-42.

[3]刘华波，王雪，何文雪.组态软件WINCC及其应用[M].北京:机械工业出版社，2010.

[4]王晓颖，周淑军，闻康，等.PLC埋弧焊管渣清理收集装置控制系统中的应用[J].钢管，2006，35(06)：36-38.

[5]徐驰，马占昌，樊萍.钢管加工中心自动找正电气系统的研制与应用[J].钢管,2009,38(06)：64-68.

[6]陶海燕.PLC在钢管冷拔机电气控制系统中的应用[J].钢管，2010，39(06)：57-59.

[7]宗波，李淑彬，王国顺.基于PROFIBUS现场总线的水压试验机控制系统[J].钢管,2011，40(03)：55-58.

[8]陈昶.S7-300型PLC在立式锥形辊穿孔机顶杆小车上的应用[J].钢管，2012，41(02)：67-72.

[9]张卫国.S7-300在冷弯设备中的应用[J].电气技术，2007(03)：92-96.

[10]朱明清,邓广龙,李喜东.西门子S7-300 PLC在气体分段计量中的应用[J].自动化技术与应用，2011,30(01)：73-75，80.

Modification Discussion of High Frequency Welding(HFW)Linsinger Edge Milling Machine

CHEN Liang,HU Yixin,LIU Yan
(SINOPEC Oil Engineering Machinery Co.,Ltd.Shashi Steel Pipe,Jingzhou 434001,Hubei,China)

In order to obtain X groove required in SAWL pipe production by using HFW Linsinger edge milling machine,and solve the complicated problems of changing carbide tips,the HFW Linsinger edge milling machine was modified.It designed the cutter disc height automatically adjustable type system,the cutting disc vertical movement structure,profiling roll and scrap iron plate.The practice indicated that the modified edge milling machine can solve such complicated problems of changing carbide tips,it not only can mill out high frequency root face groove,but also mill out SAWL pipe X groove with high quality.

Linsinger;milling machine;high frequency welding(HFW);groove

TG506.7

B

1001-3938(2015)02-0051-04

陈亮(1986—)，男，电气助理工程师，主要从事焊管行业电气控制方面的设计工作。

2014-09-21

黄蔚莉

中国钢结构协会钢管分会六届三次会员大会胜利召开

中国钢结构协会钢管分会六届三次会员大会于2015年1月30日—2月2日在哈尔滨召开。来自钢管分会会员单位代表和新申请入会单位代表共计100余人参加了会议。中国钢铁工业协会副会长迟京东、中国钢结构协会原秘书长刘万忠莅临会议。中国冶金报、世界金属导报、 《焊管》期刊社、中国钢铁工业协会信息中心等相关媒体单位代表列席会议。

中国钢结构协会钢管分会常务副理事长兼秘书长庄钢主持大会。首先黑龙江建龙钢铁有限公司总经理魏国栋致欢迎辞，中国钢结构协会原秘书长刘万忠发表祝贺讲话。大会听取了钢管分会理事长李强作的《适应“新常态”，开创新局面，努力提高我国钢管工业的发展质量和效益》工作报告；邀请了中国钢铁工业协会副会长迟京东作《钢铁工业发展趋势与环境保护潜在风险分析》形势报告；黑龙江建龙钢铁有限公司副总经理姚本金就该企业机组先进技术及产品进行了介绍；中信微合金技术中心和燕山大学就铌微合金化技术在无缝钢管领域研究和应用的新进展进行了交流；“我的钢铁网”资讯总编汪建华作《产经形势分析与展望》市场形势分析。最后，与会代表就会议报告及相关内容进行了热烈的讨论，并提出了很好的建议。

与会代表一致认为，目前我国宏观经济进入新的历史发展阶段，会员企业一定要适应新常态的要求，改变过去要产量和追求规模的发展理念，应从管理上下功夫，走绿色发展之路，向管理要效益；企业对困境要理性分析，对未来要充满希望；呼吁钢管分会利用协会的平台及号召力，对市场进行理性的分析，并对与下游用户进行交流，形成正能量的举措；建议钢管分会发挥自身优势，利用对本行业的了解和对下游行业的了解，给会员企业多提供在新品开发、产品结构调整方面的意见和建议，避免企业盲目投资发展；会员企业在产品出口过程中，一方面要了解出口地区的经济及政治形势，规避出口风险，另一方面也要以质取胜，靠产品质量和信誉占领市场，不能谋一己之利影响中国钢管企业的对外形象；希望钢管分会多组织与国内外同行业的交流与学习，汲取成功经验。

会议初步确定钢管分会六届四次理事(扩大)会议于2015年9月在天津召开。

(李超 报道)