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    钢管倒棱机的设计研究

    2019-04-30   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港调查队获悉:该标准规定把不导致脆性断裂的最大缺陷长度和不导致塑性失稳的最大缺陷长度中的最小值作为允许缺陷尺寸。除了对用于计算有效缺陷尺寸的曲线进行了修正和不考虑残余应力的作用外,脆性断裂分析类似于英国PD6493*1980标准。CSAZ184标准附录K给出的评定结果非常保守,因为它要求外加应力是屈服强度的1.03倍,同时也是唯一适用于各种韧性要求的准则。COZ)值由BS4515标准试验测得,无明确最小值要求,其最低初性值由夏比冲击功所控制。
      
      随着断裂力学的发展和计算机技术的R益成熟,根据J积分断裂参量而产生的计算方法,无论是在理论上还是在试验研究中都被广泛采用。以脆断为失效准则和以COD为断裂参量的评定准则,已逐渐被以*/积分为断裂参量的弹塑性断裂评定规程所取代。
      
      适用于断裂工程师使用的较复杂的评定方法有英国PD 6493*1991标准和CEGBR6准则,这两个准则均以J积分为基础。
      
      标准⑷英国PD 6493*1991标准是通用的焊接缺陷评定准则,1980年版的标准仍以裂纹尖端COD设计曲线为基础,现行PD6493版本则以CEGBR6评定方法为基础,引人了三级评定,COD法为初级评定法,所采用的公式为:8;修改后的COZ)设计曲线的弹性值;8晷材料的断裂禚性。
      
      在分析对比各设计项目优缺点的基础上,指出对于高质量的钢管生产用倒棱机,宜采用移动床头箱平移钢管式布置方式、左右侧向抱管式夹紧装置、径向浮动切削头、PLC控制以及灵活选用动力传动方式等设计方案。
      
      中国钢管信息港调查队获悉:国外常用的移动床头箱钢管平移式倒棱机结构如所示。这种结构虽然复杂,但精度很高,除具有移动床头箱钢管滚动式倒棱机的优点外,还可显著减少由钢管滚动产生的钢管碰伤、擦伤、摔坑等表面缺陷及噪声污染。另外,由于对床身及床头箱传动方式的优化设计,该结构倒棱机的质量比国内滚动钢管式倒棱机轻43%左右,床身维护简单费用低。
      
      1一床头箱;2―夹紧装置;3―升降台;4一接送小车;一随动切削头;6―进给电动机;7―床身固定床头箱式倒棱机省掉了床身及与床头箱之间的传动机构,设备简单质量轻,维护也简单。此种方式也可只用一个床头箱先将钢管的一端倒棱,待钢管掉头后再进行另一端倒棱,钢管两端分先后倒棱,生产效率相对较低。另外,在钢管倒棱时,由于只有一个夹紧装置夹持钢管,而钢管长度在8 ~122m,重心偏后,很难保证钢管的稳定性和倒棱质量。随着钢管壁厚的加,管径的大,切削力迅速大,此时钢管振动加剧,将严重影响钢管倒棱质量,也易引起打刀现象,故此种方式的倒棱机只适于对钢管质量要求不高、薄壁、小管径的钢管倒棱。为适应油气管线对钢管质量要求越来越高的趋势,在倒棱机的整体布置设计时,应优先采用移动床头箱平移钢管式方案。
      
      动力传动设计倒棱机的动力传动是指床头箱的传动和倒棱进给传动。倒棱机类似于机械切削机床,但进给方向和切削用量却与切削机床不同,因此其动力传动与普通机床的动力传动有所不同。
      
      一般钢管倒棱机的床头箱采用多级齿轮传动方式,齿轮一般采用斜齿轮或人字齿,齿面淬火以提高硬度。在高速轴上也可采用直齿。倒棱机的切削速度一般为80~180m/min,对大壁厚(如32mm)、大直径钢管倒棱时,切削速度为80mm/min左右,切削功率一般在75kW以上,因此床头箱一般采用四级齿轮传动,兼顾到加工一定管径范围,一般需4~6挡机械变速。另外,为了提高机械效率,实现恒功率切削,主电动机需要变频调速,因此床头箱结构庞大复杂,造价高。
      
      随着液压低转速大扭矩油马达技术的日趋成熟,采用油马达驱动式床头箱逐渐加,它一般只需一级齿轮传动,因此整个传动机构大大简化。床头箱体积减小,质量减轻,采用无级调速,控制方便,完全满足倒棱的工艺要求。此种动力传动方式应为今后发展的方向。
      
      动力传动中,按床头箱主轴是否移动,倒棱进给方式可分为是床头箱不动主轴移动进给式和主轴不动床头箱移动进给式。前者采用油缸带动连杆机构进而带动主轴进给的原理,省去了床头箱与机座之间的滑道,床头箱与机座合二为一,结构简单造价低;设备维护简单费用低。但当壁厚加、管径大、切削力大时,主轴进给就难以控制,加工质量也达不到要求,因此这种进给方式只适用于小直径、小壁厚倒棱机。
      
      倒棱进给按驱动方式不同又可分为液压驱动进给和电动机调速驱动进给两种方式。液压驱动式利用油缸驱动进给的原理,结构简单,调节方便,但进给速度的调整不直观,调速时具体进给量只能是一个范围,对液压系统要求较高。当然也可采用伺服阀调速,控制准确、直观,但造价高。与此相反,电动机调速进给式速度调整直观,对进刀量可以很好地控制,但结构复杂,造价高,适用于大壁厚、大管径的自动倒棱进给。
      
      夹紧装置设计夹紧装置主要用来夹紧钢管,保证钢管中心与床头箱切削头旋转中心重合,并与切削平面垂直。
      
      根据倒棱机采用电液控制的特点,夹紧装置一般采用液压夹紧方式,夹管、松管控制迅速,灵活方便,稳定可靠。常见的液压夹紧方式有左右抱管式、上下抱管式和左右侧向抱管式3种。
      
      左右抱管式夹紧装置多见于早期制造的倒棱机上,随着用户对钢管质量标准的不断提高,这种装置逐现其不足:(1)铜滑板易磨损,引起夹紧的钢管中心与切削头旋转中心上下不重合,影响倒棱质量;(2)牵引油缸的不同步引起夹紧中心与切削头旋转中心左右不重合,同样影响倒棱质量;(3)由于夹不紧,常引起钢管振动出现打刀现象。
      
      上下抱管式夹紧装置如所示,它克服了左右抱管夹紧装置的不足,能较好地满足生产高质量钢管的要求,具有以下优点:①装置中油缸数量由原来的6个减为2个,装置质量减轻一半,强了设备的操作性能;②将钢管与夹紧装置之间的动摩擦改为静摩擦,延长了夹紧圈内胶皮的寿命,提高了设备的使用维护性能;③采用下夹紧圈定位,保证夹紧钢管中心与床头箱切削头旋转中心重合,夹紧可靠,确保了管端的加工质量。
      
      中国钢管信息港调查队获悉:左右侧向抱管式夹紧装置如所示,该装置是对左右抱管式夹紧装置的改进,同时又具有上下抱管式夹紧装置的所有优点,受力更合理,结构更随动切削头设计倒棱机的随动切削头上安装有倒棱刀,用来完成钢管的倒棱工作,是主要的执行机构,因此该装置设计成功与否,直接影响到倒棱机的性能。由于每一根钢管都存在一定的圆度、直线度和几何尺寸等形状误差,为保证管端的加工质量,切削头一般设计成随动式。
      
      国内倒棱机一般采用靠轮浮动式端面处理装置(如主控制器为SIEMENSS5* 115U型),将床头箱主轴转速的调整(切削速度的调整)、倒棱进给量的调整、液压系统的调整,以及液压伺服阀的控制、各连续工步的控制等统一起来,减少了硬件设计与接线,降低了设备的故障率,从而提高了倒棱机的生产效率,保证了钢管的倒棱质量。
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