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不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置的應用

來源: 發布時間:2021-04-12 次瀏覽

為了提高螺旋埋弧焊管內檢工作效率及檢驗質量,解決人工清理不銹鋼管內壁及管端氧化殘留物時存在的效率低、清潔不均勻、易對內表面造成二次傷害等問題,設計了一種不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置。該裝置由兩臺同步行走小車作為主要執行機構,采用S7-200 SMART PLC 為中央控制硬件進行編程,并采用電感式限位對行走小車進行行程定位,通過調整可實現Φ406 mm~Φ2 200 mm不銹鋼管內壁自動打磨清掃。實際應用表明,該裝置可有效提高焊管生產線自動化程度,降低崗位人員勞動強度,提高生產效率。

螺旋埋弧焊管制造過程中經“飛剪”工序切斷不銹鋼管后,在不銹鋼管兩端及內壁邊沿處形成掛渣、毛刺等問題,并在管口內壁處殘留有氧化鐵飛濺物、灰塵等附著物,影響不銹鋼管內壁的清潔,同時由于管端內壁附著物的存在,對不銹鋼管內壁的缺陷[1]

(壓坑、折疊紋等)不易觀察,影響不銹鋼管內壁管端的檢驗工作,甚至可導致后續崗位擴徑作業時新增壓坑缺陷,影響管端的美觀。為保證不銹鋼管管端內壁的檢驗工作及不銹鋼管的清潔,必須將“飛剪”工序后的氧化殘留物清除。

1人工作業清除不銹鋼管內壁殘留物

1.1人工作業方法

螺旋埋弧焊管制造廠家對生產線飛剪工序后的殘留物清除時,普遍采用將不銹鋼管置于旋轉輥臺架上進行人工清除,主要方式有3種:采用掃帚或干布對內壁進行擦拭作業;采用角磨機對氧化鐵飛濺物、掛渣、毛刺等進行清除;采用自制簡易刮渣專用工具進行管端清除作業。

1.2人工清除存在的問題

采用人工清除、清潔不銹鋼管管端內壁時,受人員熟練程度及現有工具的制約,無法保證高效率作業及不銹鋼管內壁的清潔度,無法實現不銹鋼管管端內壁清掃作業機械化、自動化,同時存在以下問題:(1)作業效率極低,勞動強度較大。比如,對Φ1 220 mm 螺旋埋弧焊管,不銹鋼管內壁圓周長約3.83 m,需要兩名操作工在不銹鋼管兩端同時作業,由于不銹鋼管兩端殘留物情況不同,內檢工清理效率不同,還需一名操作工在操作臺處控制旋轉輥的啟停工作,平均處理一根不銹鋼管需要大約10 min 或者更長時間,在連續生產作業中,導致作業率較低,且崗位員工勞動強度較大。(2不銹鋼管內壁表面清潔不均勻,對缺陷不能清晰觀察。人工清除采用角磨機或刮渣工具處理時,僅對有殘留物附著區進行線性處理,難以達到清理效果,導致內壁出現清潔度不均勻等現象,內壁缺陷 (壓坑、皺紋等)在附著物下,難以被內檢人員及時有效地發現,甚至造成漏檢。(3)內壁容易形成二次傷害,擴大缺陷。如采用角磨機或刮渣工具進行處理時,對不銹鋼管母材造成二次傷害。

2不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置的設計

目前,采用的不銹鋼管管端內壁人工清除方式不能滿足不銹鋼管連續自動化作業,制約了生產效率。利用臺架及旋轉輥設計開發了不銹鋼管內壁管端打磨清掃專用自動裝置,可實現不銹鋼管兩端內壁300mm內自動打磨,有效解決了人工處理不銹鋼管內壁時存在的效率低、作業人員勞動強度大、清潔不均勻、表面難以觀察、母材二次傷害等問題。

2.1整體式小車執行機構組成

該裝置采用兩套整體式移動小車執行機構[2],如圖1所示,主要由箱體、行走驅動、打磨機構、氣動滑板機構、定位部分、配電控制部分等組成,其中小車行走機構包括輥輪、直線導軌、電機驅動部分;打磨機構由電機、減速機、打磨頭等部分構成,磨頭由多片圓盤纏絲刷組成;氣動滑板機構[B]由移動滑板、氣缸、安裝底座、調節孔等組成;定位部分主要由第一階段1根位、第二階段2*限位及支撐桿組成。

整體式小車前后各有極限限位,不銹鋼管兩端小車行走位置滿足8.5~13m不銹鋼管作業,其中打磨機構整體安裝固定于移動滑板之上。

2.2電氣控制原理

不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置主要采用S7-200SMARTPLC控制實現單機手動、自動及雙機并聯全自動啟動模式[4-6],在自動模式下,由時間繼電器及定位、限位將打磨分為兩個階段,小車行走機構采用SINAMICSV20變頻器[7]驅動。

不銹鋼管傳送至內壁打磨工位旋轉輥上時開始旋轉不銹鋼管,啟動自動打磨,其電氣控制過程如圖2所示。打磨工作主要分為兩個階段:

第一階段:啟動后,通過小車行走電機驅動使小車整體前進,從而帶動打磨磨頭伸進不銹鋼管內部,當定位桿上1*限位[]感應到不銹鋼管時,小車停止前進,并啟動打磨電機帶動磨頭開始高速旋轉,同時氣缸動作,在直線導軌[9]的作用下,氣缸推動滑板帶動打磨機構偏移,使磨頭緊貼不銹鋼管內壁表面,開始進行打磨作業,并且電氣控制中1*計時器開始計時。

第二階段:當1#計時器計時完成后,打磨裝置小車再次啟動,使磨頭繼續伸進不銹鋼管內部,當2#限位開關感應到不銹鋼管時,打磨裝置小車停止前進,并且電氣控制中2#計時器開始計時,磨頭繼續對不銹鋼管進行打磨。當電氣控制中2#計時器計時完成后,打磨機構停止動作,氣缸收回氣缸壁,小車后退,返回原始工位。不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置控制系統可實現以下功能:(1)通過對定位桿上兩個限位間距調整,實現第一階段和第二階段打磨寬幅量邊沿重合,應使其打磨寬度不低于30 cm;(2)可根據不同管徑對計時器進行調整,使其在一個階段時間內滿足對不銹鋼管內壁打磨一圈;(3)針對不銹鋼管不同規格,調整氣缸安裝底座位置,保證打磨過程中使磨頭緊貼不銹鋼管內壁,該裝置目前可對Φ406 mm~Φ2 200 mm 不銹鋼管進行作業。

3不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置的應用

結合螺旋焊管生產線及工藝布局[10],可將不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置安裝于清渣與預焊縫檢查工序之間,安裝位置如圖3所示。不銹鋼管清渣完成后經S3-1、S3-2傳送至內檢工序預焊縫檢查前臺架打磨旋轉輥上,經打磨完成后,傳遞至內檢平臺進行檢驗。

打磨開始前,不銹鋼管與打磨裝置相對位置如圖4所示。打磨開始后,不銹鋼管A、B兩端小車同時工作,經過第一階段打磨完成后,小車退回至原工位,全過程實現自動化作業。

對人工作業時間的數據采用平均值法計算得出結果,與自動打磨裝置作業時間進行對比結果見表1。由表1可以看出,4組不同管徑不銹鋼管在人工和自動打磨清掃裝置作業過程中,自動打磨清掃裝置效率遠遠高于人工作業,且人工作業時間受限于人員操作熟練度,以及管端清除崗位人員和崗位操作人員協同作業配合程度。

不銹鋼管管端打磨效果如圖5所示,從圖5可以看出,不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置相對于人工作業,清潔度大大提升,同時降低了操作人員的勞動強度。

不銹鋼管內壁自動打磨清掃裝置投用至今,運行平穩,該裝置的應用,提高了生產線自動化水平,降低了操作人員的勞動強度,解決了不銹鋼管內壁飛濺氧化物殘留的問題,使內壁清潔度及美觀度大大提升,避免了對母材的二次傷害及誤判、漏判等問題,同時為后續內檢及無損探傷工序提拱了方便。


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