焊管机械定尺装置的研究与改进

焊管机械定尺装置的研究与改进
作者：沈峰明於斌杰
来源：《数字化用户》2013年第28期
【摘要】机械定尺装置在焊管生产线中较为常见，其影响着焊管尺寸长度以及切口质量，传统的机械定尺装置不仅定尺精度较低，同时生产效率比较低，影响了焊管企业的生产效益。

本文将对传统机械定尺装置的弊端进行分析，并且进一步研究焊管机械定制装置的改进措施。

【关键词】焊管机械定尺定尺装置
机械定尺装置是焊管生产线中较为关键性的辅助设备，其具有结构简单、操作方便、适用性强等较多的优点，因而在众多中小焊管厂家得到了广泛的应用。

但是，传统的机械定尺装置往往是由继电器控制，同时在结构方面也缺乏一定的协调性，故其本身也具有定尺误差大、噪音大、焊管切口质量差等弱点，这些因素遏制了焊管质量的进一步提升，同时也难以满足日益增长的市场需求。

也就是说，对于焊管机械定制装置的研究与改进已经成为焊管行业进一步发展的关键。

一、传统机械定尺装置的研究与分析
一般来说，传统的机械定尺装置均由行程开关进行控制，其具体的工作流程为：钢板经过挤卷成型后，会经过高频焊接工艺形成焊管，经过水冷工艺，焊管会以每秒0.1-0.5m的速度行进，当达到某一定尺尺寸要求以后会触动长度检测行程开关，其中两个电磁阀会分别控制小车的推力气缸和运行气缸，以压力为500～700kpa的空气压力迫使气缸相继运动，从而使小车行进，与此同时，另一个电磁阀会控制夹紧气缸，将推动夹紧装置对焊管进行夹紧，这样小车、锯切系统与钢管会形成一个同步行进的系统，此时控制锯切系统运动，将焊管切断。

然后，小车、锯切系统以及夹紧装置会自动复位，等待下一周期的运作。

传统机械定尺是由传感器-接触器对焊管的尺寸精度进行保证，同时采用气动压力对机械定尺结构进行驱动，其本身存在着尺寸误差较大，系统可靠性低的特点。

其主要原因在于：
（一）由继电器控制的定尺检测系统常会出现电气故障，定时也不精确。

（二）空气驱动装置较不稳定，当气压较低时，会导致夹紧装置不能够有效的控制焊管的运动，出现“打滑”的现象，不仅影响到了定尺的精度，同时也容易造成锯切系统出现故障，影响焊管生产系统的正常运行。

二、对焊管机械定尺装置的改进措施
事实上，对于焊管机械定尺装置的改进研究已经不是一个新课题，对于焊管机械定尺装置的改进途径也绝不仅限于某一种或某几种，只要对机械定尺结构进行认真的研究分析，就会找到现有机械定尺系统的优点与弊端，也就能够对某种焊管机械定尺装置进行合理化的改进。

（一）PLC控制机械定尺装置的研究。

PLC控制的出现促使一些机械设备从电气化控制时代走向了自动化控制的时代，PLC控制的核心在于利用旋转编码器对机械定尺装置中的各部分动作进行精确的控制，如为了避免“打滑”现象的出现，可以在各部分动作开始之前，使用PLC 控制系统中的自动定时系统，对锯切动作与小车动作进行延时。

也就是说，当生产钢管的长度接近于L时，启动小车，使小车的运行速度略小于钢管的输出速度，始终保持这种状态直到焊管达到定尺要求，而后在启动夹紧装置，进行锯切动作，这样能够降低小车与钢管之间的相对速度，有利于钢管的夹紧。

（二）计算机传感技术在机械定尺装置的应用。

事实上，机械定尺装置中，主要影响定尺精度误差的因素在于定尺尺寸存在着误差，因而可以对现有的机械定制装置进行改造，整个定尺系统可以由计算机进行自动控制，如可以结合激光传感技术以及其他现代化传感技术对于焊管机械定尺装置进行改造，当焊管达到某一长度后，传感器会通过通信系统以及信号感应系统，将焊管的尺寸信号反馈到计算机控制中心，进而由计算机控制锯切系统的动作，这样不仅能够在一定程度上提高机械定制装置的精度，同时也提高了锯切系统的稳定性。

（三）限位器定尺技术的研究与应用。

为了能够有效控制PLC编码器可能存在的问题，目前国内一些厂家经过技术改革，采用感应器、挡板、碰球等限位装置控制定尺长度，即当管头进入感应器感应区域或与挡板、碰球接触时，锯切装置动作，对焊管定尺锯切。

采用限位器定尺，定尺过程与速度变化无关，系统误差可以忽略，且其定尺精度可直接通过调整限位器安装位置进行调节。

如采用精密丝杠调节，精度可控制在0.01mm以内，故其安装形位误差也可以忽略。

因此，系统的定尺精度主要取决于限位器自身的检测精度和反应灵敏度。

目前用作限位器的电气元件主要有行程开关、电感性BERO接近开关、电容性BERO接近开关等。

（四）光电装置在机械定尺装置中的应用。

光电开关具有频率响应快、动作稳定、抗干扰性强等优点，故障在设备改造中得到广泛的应用、从某种意义上来说，光电传感技术在焊管生产系统中会受到一定的限制，其主要原因在于，光电传感器所发射出的红外检测信号的覆盖范围较小，当焊管的位置偏离检测信号较远时，就会造成定尺偏差。

虽然，光电传感技术本身存在着一定的不足，但是，如果能够与PLC控制技术相结合，就会提升光电开关的性能，如将某一机械定尺系统中的限位器改造为漫反射式光幕开关，当焊管管头接近光幕开关的检测区域时，锯切装置会启动并随着焊管运动进行锯切动作；当焊管管材偏离光幕开关的检测区域时，PLC控制的计长编码器会发出相应的长度超差指令，强制切断锯切动作，避免造成焊管生产状态的不稳定。

实际上，定尺精度主要取决于光电开关的控制精度以及反应灵敏度，通过光电开关的技术参数可知，常用的光电开关响应时间小于2ms，定尺误差较小。

为了保证定尺的精确性其指向角可以选择3°～10°，或者1°～5°，如果管头在射束方向错动30mm（受直管弯曲度限制，
10m一般仅能错动10mm），则其最大定尺误差δmax=2.6mm，仍符合精确定尺要求。

对定尺精度要求特别高的小直径焊管，也可以使用激光光电开关作为控制元件，其发散角小于
0.18°。

综上，对于焊管机械定尺装置改进的研究可以极大的推进机械定尺装置的发展，同时也能够提高焊管的尺寸精度且能够提高其生产效率，为企业带来一定的经济效益。

但是在对焊管机械定尺装置改进时，要综合考虑到整个定尺装置的相关因素，进而能够保证改造后的机械定尺结构的协调性。

参考文献：
[1]朱汉鸣，陈连龙，曾田，吴建平.焊管机械定尺装置的研究与改进[J].轧钢，1991，（05）.
[2]宋正和，金家楣.飞锯应用机械定尺的可行性及运动分析[J].北京工业大学学报， 2010，（12）.
[3]朱汉鸣，陈连龙，吴建平.焊管定尺装置的改进[J].江西冶金，1991，（Z1）.。