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本文(wen)主(zhu)要(yao)介紹了(le)螺(luo)旋(xuan)鋼管自動(dong)倒渣系(xi)統(tong)，從(cong)工作原理、系(xi)統(tong)設計、自動(dong)化改(gai)造、數(shu)控裝置（PLC）總控等方面(mian)對螺(luo)旋(xuan)鋼管自動(dong)倒渣系(xi)統(tong)做了(le)詳細(xi)的闡述。該系(xi)統(tong)自動(dong)化程(cheng)度較高(gao)(gao)、結構合(he)理、安(an)(an)全(quan)可(ke)靠(kao)、可(ke)操作性較強，能提(ti)高(gao)(gao)工作效率，保證安(an)(an)全(quan)、連續生產，降低了(le)生產成本和勞動(dong)強度。通過一(yi)段時間的運轉(zhuan)，具有良好的效果。可(ke)推廣(guang)應用。

1螺旋鋼管倒渣系統概述

螺旋鋼管自(zi)動(dong)化生產線(xian)，采用的生產工藝(yi)是以帶鋼卷(juan)板為原(yuan)材料，經常溫擠壓(ya)成(cheng)型，以自(zi)動(dong)雙絲(si)雙面(mian)埋弧焊(han)工藝(yi)焊(han)接(jie)而(er)成(cheng)的螺旋鋼管。

其具體工藝流程如下：

上料開卷夾送矯平(ping)(ping)剪切對焊銑邊遞送預彎成型(xing)內焊外(wai)焊定尺切斷撥出倒(dao)渣補(bu)焊在線(xian)超聲波探傷平(ping)(ping)頭倒(dao)棱水壓試驗X光檢測收集入庫

該生產線(xian)自動(dong)化程度較高，可連(lian)續(xu)生產。焊(han)接完成后，為保證產品(pin)質(zhi)量和連(lian)續(xu)生產，要求必須在規定時間內將螺旋管內焊(han)過程中(zhong)產生的焊(han)渣(zha)清除，清除的焊(han)渣(zha)通過回收(shou)利用(yong)(yong)系統，篩選(xuan)重(zhong)復使(shi)用(yong)(yong)。

我廠2006年投資建成的(de)(de)第一(yi)條螺旋(xuan)鋼管生(sheng)產線，因場地、資金等原因沒有配備(bei)專用的(de)(de)倒(dao)渣(zha)系統(tong)。第二條螺線管生(sheng)產線2008年投資建成，配置了專用的(de)(de)倒(dao)渣(zha)系統(tong)，通(tong)過(guo)實際(ji)運轉，我們發現(xian)存(cun)在一(yi)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)缺陷，突出的(de)(de)問題在于(yu)效率不(bu)高，存(cun)在一(yi)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)安全隱(yin)患(huan)。為此我們以(yi)第一(yi)條螺線管生(sheng)產線為試(shi)點，研發了一(yi)套適合自己的(de)(de)倒(dao)渣(zha)系統(tong)，通(tong)過(guo)實際(ji)使用，效果良好，有一(yi)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)推(tui)廣(guang)應用價(jia)值。

2自動倒渣系統工作原理和系統的設(she)計運(yun)轉

倒渣(zha)機(ji)的工作要求：在保證產品質量、安全(quan)和連續生產的前提下，在規定(ding)時間將內焊(han)產生的焊(han)渣(zha)清理干凈。清理的焊(han)渣(zha)經回收利用系(xi)統篩選重復(fu)使用。

倒渣系(xi)統工作(zuo)原(yuan)理：采用機械裝置(zhi)(zhi)配合輸送，液壓(ya)裝置(zhi)(zhi)調(diao)整控制，數控裝置(zhi)(zhi)（PLC）總控完成一系(xi)列系(xi)統循(xun)環操作(zuo)。

下面(mian)就以人工倒(dao)渣和自動倒(dao)渣系(xi)統(tong)相對比的方式加(jia)以說明。

2.1人工倒渣作(zuo)業流程

人(ren)工(gong)倒渣(zha)作(zuo)業(ye)(ye)，是以大量人(ren)工(gong)勞(lao)動，輔以部分機械進行倒渣(zha)作(zuo)業(ye)(ye)。即先通(tong)過(guo)行車利用(yong)鋼(gang)絲繩吊起鋼(gang)管一端(duan)，成一定角度(du)后(hou)，利用(yong)焊(han)渣(zha)的(de)重力(li)作(zuo)用(yong)使焊(han)渣(zha)沿著傾斜的(de)鋼(gang)壁滑出。

該(gai)(gai)過程必(bi)須配(pei)(pei)備2-3人給負責掛鋼(gang)(gang)(gang)絲繩，增加(jia)了安(an)全隱(yin)患，同(tong)時(shi)由于鋼(gang)(gang)(gang)管吊裝位置(zhi)的(de)限制，不(bu)(bu)能有(you)效(xiao)轉動(dong)，一些貼壁(bi)焊渣難(nan)以脫落，必(bi)須采(cai)用人工(gong)敲擊鋼(gang)(gang)(gang)管。這(zhe)種作業(ye)方式，一次倒渣流程需要(yao)10-15分鐘的(de)時(shi)間(jian)（時(shi)間(jian)跨度(du)較(jiao)大(da)(da)的(de)主要(yao)原因(yin)是準備時(shi)間(jian)較(jiao)長，不(bu)(bu)可控因(yin)素較(jiao)多），鋼(gang)(gang)(gang)管要(yao)在車間(jian)內最高吊起10米，需要(yao)吊裝、清渣、輔助(zhu)配(pei)(pei)合人員共同(tong)作業(ye)。該(gai)(gai)過程效(xiao)率較(jiao)低，不(bu)(bu)安(an)全因(yin)素較(jiao)多，職(zhi)工(gong)的(de)勞動(dong)強度(du)很大(da)(da)，并不(bu)(bu)能保證(zheng)生產的(de)連續(xu)性。

2.2自動倒(dao)渣(zha)系統設備組成和(he)作業流程

2.2.1自動倒渣系統設備組成

為了(le)解決(jue)上述問(wen)題，提高產品質量(liang)、工作(zuo)效率和(he)安全生產，系統研發科研小(xiao)組查閱了(le)大量(liang)的資料(liao)，對國內外(wai)鋼(gang)管(guan)廠的倒(dao)(dao)渣裝(zhuang)置(zhi)(zhi)進行了(le)研究和(he)分析。針對車間現場空間小(xiao)，設備體(ti)(ti)積(ji)不能過(guo)大，而且還(huan)必須操作(zuo)靈活的特點。經過(guo)反復論證，不斷(duan)改進，設計了(le)由滾動(dong)(dong)斜坡(po)、倒(dao)(dao)渣橋體(ti)(ti)、頂升油缸、旋轉托輥、授管(guan)器、立擋(dang)輥、小(xiao)型液壓(ya)泵站(zhan)等組成的機械液壓(ya)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)；自動(dong)(dong)化控(kong)制（PLC）裝(zhuang)置(zhi)(zhi)等部分組成的自動(dong)(dong)倒(dao)(dao)渣系統。倒(dao)(dao)渣系統適用于(yu)φ219～φ2020鋼(gang)管(guan)制造。

2.2.2自動倒渣系統(tong)的(de)作業流程(cheng)

自動倒(dao)渣系(xi)統采用機械裝置配合輸送，液壓(ya)裝置調整控制，數控裝置（PLC）總控，完成系(xi)統循環操作(zuo)。

工作過程如下：

焊(han)接完成(cheng)的(de)(de)鋼(gang)管(guan)(guan)經切割作業完成(cheng)后(hou)，光電控(kong)制系統反饋(kui)給遠程(cheng)輸(shu)送系統，遠程(cheng)輸(shu)送系統發出倒渣(zha)(zha)(zha)作業指令，倒渣(zha)(zha)(zha)作業開始。首先通過輸(shu)送軌(gui)(gui)道(dao)(dao)觸發接近開關，由落管(guan)(guan)器把(ba)鋼(gang)管(guan)(guan)輸(shu)送到倒渣(zha)(zha)(zha)裝置(zhi)上(shang)。當管(guan)(guan)端(duan)將(jiang)到達倒渣(zha)(zha)(zha)橋(qiao)(qiao)體(ti)上(shang)的(de)(de)立擋(dang)輥位置(zhi)時，通過PLC編程(cheng)，啟動(dong)(dong)液壓裝置(zhi)，油(you)缸(gang)回落。當倒渣(zha)(zha)(zha)橋(qiao)(qiao)體(ti)落至與水(shui)平面成(cheng)20°角處，油(you)缸(gang)靜止(zhi)。然后(hou)倒渣(zha)(zha)(zha)橋(qiao)(qiao)體(ti)橋(qiao)(qiao)上(shang)托輥向某一(yi)方向轉動(dong)(dong)約1分鐘，焊(han)渣(zha)(zha)(zha)從管(guan)(guan)內全部淌出，落進焊(han)渣(zha)(zha)(zha)槽中，橋(qiao)(qiao)上(shang)托輥停(ting)止(zhi)轉動(dong)(dong)，啟動(dong)(dong)油(you)缸(gang)回程(cheng)，帶動(dong)(dong)倒渣(zha)(zha)(zha)橋(qiao)(qiao)體(ti)升起到初(chu)始位置(zhi)，最(zui)后(hou)鋼(gang)管(guan)(guan)經授管(guan)(guan)器將(jiang)其送入補焊(han)軌(gui)(gui)道(dao)(dao)，進行下一(yi)道(dao)(dao)工序的(de)(de)作業，即完成(cheng)一(yi)次倒渣(zha)(zha)(zha)流程(cheng)。

使用該(gai)(gai)倒渣系統進行(xing)倒渣作(zuo)(zuo)業(ye)，一次作(zuo)(zuo)業(ye)流程3分鐘；人(ren)(ren)員僅需要遠程操(cao)控人(ren)(ren)員一人(ren)(ren)（該(gai)(gai)操(cao)控人(ren)(ren)員在操(cao)控室內操(cao)作(zuo)(zuo)，可(ke)進行(xing)內外焊、調型(xing)、等離子(zi)切割、倒渣等多項作(zuo)(zuo)業(ye)）；鋼管不需要吊裝，始終在操(cao)作(zuo)(zuo)輥(gun)道上運(yun)轉；可(ke)連續生產。兩種作(zuo)(zuo)業(ye)方式對比見表1。

3設計過程(cheng)中的難(nan)點和解決辦法

3.1自動倒渣(zha)系(xi)統的設計與制作(zuo)

3.1.1托(tuo)輥轉速

焊(han)渣(zha)(zha)在(zai)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)內的(de)位置(zhi)取決于鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)轉(zhuan)速(su)(su)。下圖1為(wei)焊(han)渣(zha)(zha)在(zai)旋(xuan)轉(zhuan)管(guan)(guan)(guan)(guan)體內的(de)受力(li)分析，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)轉(zhuan)速(su)(su)直接影響焊(han)渣(zha)(zha)的(de)擾動速(su)(su)度(du)。焊(han)渣(zha)(zha)離開(kai)管(guan)(guan)(guan)(guan)底的(de)高度(du)越(yue)(yue)高，擾動越(yue)(yue)大。設焊(han)渣(zha)(zha)的(de)重(zhong)力(li)為(wei)G，當鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)旋(xuan)轉(zhuan)角速(su)(su)度(du)為(wei)W時，焊(han)渣(zha)(zha)從A點(dian)上升到M點(dian)，產生背離鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)中(zhong)心O的(de)離心力(li)Q，與Q垂直方向的(de)切(qie)向摩(mo)擦力(li)F，與Q方向相反的(de)法向約束力(li)N。

從焊渣(zha)的受(shou)力情況可以(yi)推算出(chu)焊渣(zha)從A點升至M點的升角α，從而確定托(tuo)輥的轉速。

3.1.2倒渣系統(tong)重心支點的(de)確定

重心支點選擇在整體倒(dao)渣支架的(de)中(zhong)心，此(ci)設計縮(suo)短了(le)主油缸(gang)一(yi)半的(de)倒(dao)渣行程(cheng)，減(jian)少了(le)完成一(yi)根鋼管所需的(de)倒(dao)渣時間，有效的(de)提高了(le)生產效率。

3.1.3滾動斜(xie)坡的設計

根據現有倒渣(zha)系統(tong)的運(yun)轉情況，結(jie)合(he)生產線的自(zi)身(shen)特點，在(zai)落管(guan)(guan)器(qi)的后面，倒渣(zha)機架(jia)之前位置(zhi)，增加了一個滾動斜(xie)坡(po)。利用(yong)重力原理使(shi)鋼管(guan)(guan)切(qie)割作業(ye)完成后，沿滾動斜(xie)坡(po)自(zi)動落到倒渣(zha)架(jia)上。該結(jie)構可減少托輥的液壓(ya)升降(jiang)機構數量，降(jiang)低操作難(nan)度。

同(tong)時通過控制后橋上(shang)鋼(gang)管的落點，配合滾動(dong)斜坡的設計減少了倒(dao)渣架上(shang)的鋼(gang)管縱向移動(dong)機構(gou)。減少了工(gong)藝流程，降低了制造成(cheng)本，提高(gao)了工(gong)作效率。

3.1.4授(shou)管器標(biao)高與托輥標(biao)高的(de)選擇

該生產線鋼(gang)管規格從φ219～φ2020mm，長度(du)6m到12m，規格、長度(du)跨度(du)較大(da)。這(zhe)就要求(qiu)我們設(she)(she)計制造(zao)的(de)(de)倒(dao)渣系統有(you)一(yi)定的(de)(de)適應性。這(zhe)個(ge)參數的(de)(de)設(she)(she)計是(shi)為了適用于(yu)不(bu)同管徑(jing)的(de)(de)鋼(gang)管進(jin)行倒(dao)渣作業。為此我們做了大(da)量的(de)(de)實驗，最終標高(gao)參數為870mm，配(pei)合后續機(ji)構運轉(zhuan)，解決了這(zhe)一(yi)難題。

3.1.5各組成機(ji)構中心距的選擇

（1）授管器兩支點中心距。

（2）托輥中心距。上面兩(liang)個參數(shu)決定著該倒渣裝置是(shi)否適用(yong)于不(bu)同管(guan)徑的(de)鋼(gang)管(guan)。若參數(shu)選擇不(bu)當(dang)，會導致旋(xuan)轉托輥不(bu)能作用(yong)，或者授管(guan)器無(wu)法(fa)接觸到鋼(gang)管(guan)，從而(er)影響倒渣作業。

（3）三個(ge)授管器的間距(ju)。通過該參數(shu)的設計，使得新倒(dao)渣(zha)系統既適(shi)用于(yu)6米的鋼(gang)管，又(you)適(shi)用于(yu)12米的鋼(gang)管。

以上(shang)幾個參數的(de)合(he)理(li)選擇，充分保(bao)證了(le)倒渣系統的(de)合(he)理(li)運轉(zhuan)，減少了(le)不必要(yao)的(de)裝置，減低了(le)設備維護(hu)和運轉(zhuan)的(de)費用(yong)，提高了(le)工作效率。

3.2倒渣(zha)機(ji)與(yu)落管器的協調作業

倒(dao)(dao)渣(zha)機(ji)與落管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)器之間的(de)(de)距離(li)選(xuan)擇。該參數(shu)選(xuan)擇我們借鑒了現有(you)生產(chan)線的(de)(de)參數(shu)設(she)計，并(bing)有(you)所改進。通過(guo)調整該參數(shu)，使得新倒(dao)(dao)渣(zha)系(xi)統與螺旋鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)第(di)(di)二條生產(chan)線的(de)(de)倒(dao)(dao)渣(zha)系(xi)統相比，簡化了倒(dao)(dao)渣(zha)工藝流(liu)程(cheng)。螺旋鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)第(di)(di)二條生產(chan)線在進行(xing)倒(dao)(dao)渣(zha)作業時，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)切割下來后(hou)由落管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)器把鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)輸送到倒(dao)(dao)渣(zha)裝置上，橋(qiao)體(ti)升(sheng)起(qi)后(hou)，需(xu)要將落管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)器抬起(qi)才(cai)能進行(xing)倒(dao)(dao)渣(zha)，而新設(she)計的(de)(de)倒(dao)(dao)渣(zha)裝置無需(xu)將落管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)器抬起(qi)便可進行(xing)倒(dao)(dao)渣(zha)作業。提(ti)高了工作效率，降低了生產(chan)成本(ben)。

3.3自動(dong)化控制（PLC）

自動化控制(zhi)（PLC）使用是該系統(tong)的另(ling)一亮點，自動化控制(zhi)（PLC）裝置(zhi)將倒(dao)渣作業的各個(ge)環(huan)節，整合為一個(ge)可循環(huan)的連續作業過程。有效的調高了(le)生(sheng)(sheng)產效率，保證了(le)安全文明生(sheng)(sheng)產、降低(di)了(le)生(sheng)(sheng)產成本。

4安全管理

螺(luo)旋鋼(gang)管自(zi)動倒渣(zha)系統自(zi)動化(hua)程(cheng)度較(jiao)高、結構合理、安全可(ke)靠(kao)、可(ke)操(cao)作(zuo)(zuo)性(xing)較(jiao)強(qiang)，可(ke)以和(he)遠程(cheng)自(zi)動化(hua)控制系統配合使用，提高工作(zuo)(zuo)效(xiao)率(lv)，保證了安全生產文(wen)明施(shi)工。

5產生的效益

螺旋鋼管(guan)自動倒(dao)渣系(xi)統系(xi)統的(de)(de)應用，使倒(dao)渣作業(ye)質量(liang)顯著提高(gao)。同時減少了(le)危險，消除了(le)安全隱患，降(jiang)低了(le)勞動強(qiang)度，提高(gao)了(le)生產效率。同時該(gai)套(tao)系(xi)統有(you)一定(ding)的(de)(de)推廣應用性。通過該(gai)系(xi)統的(de)(de)設(she)計和制造，我(wo)們掌握了(le)一系(xi)列的(de)(de)設(she)計經驗和設(she)計理念，為(wei)今后企(qi)業(ye)的(de)(de)快速可持續發展(zhan)提供有(you)力的(de)(de)保障。