CN203509317U - 螺旋焊管切割装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种螺旋焊管切割装置，包括带有等离子切割喷枪的切割小车，还包括切割跟踪机构，切割跟踪机构包括钢板前进速度控制机构和切割小车前进速度控制机构；钢板前进速度控制机构包括安装于三辊成型机和钢卷开平机之间钢板下表面的摩擦轮，与摩擦轮连接的齿轮加速器及与齿轮加速器连接的光电码盘一；切割小车前进速度控制机构包括承载切割小车的由双丝杠和两只平行的同规格双孔螺母构成的丝杠螺母机构，与双丝杠连接的齿轮减速器，与齿轮减速器连接的直流伺服电机及与直流伺服电机连接的光电码盘二。切割小车与螺旋焊管之间没有力的接触，只有火焰接触。伺服跟踪误差小于1cm，远小于机械刀轮跟踪的误差，大大提高了切割后钢管的成品率。

Description

螺旋焊管切割装置

技术领域

本实用新型涉及一种螺旋焊管生产设备，尤其是螺旋焊管的切割装置。

背景技术

螺旋焊管由一定宽度的钢板经钢卷开平机、三辊成型机整平后卷制焊接而成，直径可以做到2000mm以上，是生产大口径钢管的一种有效工艺。螺旋焊管焊接成型后要切割成一定长度的钢管，方便工程使用。传统的钢管定长切割多数采用刀轮机械跟踪，在刀轮与钢管相切滚动的过程中，刀轮在钢管圆周上留下一道刻痕。只要刻痕有一定深度，就能限制刀轮只沿钢管圆周方向相切滚动，不会发生沿钢管轴线方向的滑移。带有等离子切割喷枪的小车通过汽缸被刀轮架起，小车被刀轮带动在轨道上前进，喷枪沿钢管横断面切割一周，完成钢管垂直切断。

然而，螺旋焊管切割时，焊接工序同时也在进行，钢管不仅作周向旋转，还沿轴线伸长，即钢管上任意一点均作螺线运动。理想情况下刀轮带动小车以钢管的轴向分速度沿轴向运动，也就是轴向相对静止。利用刻痕限制小车与钢管之间的轴向相对运动，迫使等离子切割喷枪的火焰仅沿钢管周向切割。

实际工作中，刀轮轴存在机械间隙，有间隙刀轮就可能跑偏，刀轮不能保证在钢管的一个横断面内运动，导致切割缝起点与终点不重合，有时误差可达到1-3cm。机械间隙总是存在的，而且是难以精确控制的，实践表明机械刀轮跟踪法，很难保证切口断面垂直于钢管轴线，起点终点难以重合，降低成品率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服目前螺旋焊管定长切断装置的上述缺点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种螺旋焊管切割装置，包括带有等离子切割喷枪的切割小车，还包括切割跟踪机构，切割跟踪机构包括钢板前进速度控制机构和切割小车前进速度控制机构；钢板前进速度控制机构包括安装于三辊成型机和钢卷开平机之间钢板下表面的摩擦轮，与摩擦轮连接的齿轮加速器及与齿轮加速器连接的光电码盘一；切割小车前进速度控制机构包括承载切割小车的由双丝杠和两只平行的同规格双孔螺母构成的丝杠螺母机构，与双丝杠连接的齿轮减速器，与齿轮减速器连接的直流伺服电机及与直流伺服电机连接的光电码盘二；钢卷开平机钢板输出方向与螺旋焊管轴线之间的夹角为α，切割小车前进速度等于螺旋焊管伸长速度V_管，V_管与钢卷开平机的送板速度V_板之间的对应关系为：V_管=sinα·V_板。

还包括调节所述sinα大小的调节旋钮。

所述双丝杠采用长度2200mm，有效螺纹长度1800mm，外径32mm，导程10mm的滚珠丝杠。

本实用新型采用伺服跟踪，误差虽不可能完全消除，至少跟踪速度可以调整，直到切割小车前进速度与螺旋焊管轴向伸长速度同步，把误差控制在切割缝宽度范围内。切割小车不再靠自重压在刀轮上，因此不会引起螺旋焊管失圆变形而使切割路线偏离横断面。切割小车与螺旋焊管之间没有力的接触，只有火焰接触。伺服跟踪误差小于1cm，远小于机械刀轮跟踪的误差，大大提高了切割后钢管的成品率。

附图说明

图1是刀轮跟踪切割装置结构示意图；

图2是钢板前进速度控制机构摩擦轮安装位置示意图；

图3是切割跟踪机构原理图；

图4是切割小车跟踪及驱动机构示意图；

图5是钢卷开平机与螺旋焊管轴线夹角α示意图。

图中：1、螺旋焊管，2、刀轮，3、等离子切割喷枪，4、刻痕，5、切割缝，6、切割小车，7、钢卷开平机，8、三辊成型机, 9、钢板，10、摩擦轮， 11、齿轮加速器，12、光电码盘一，13、直流伺服电机，14、光电码盘二，15、齿轮减速器，16、双丝杠，17、螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是传统的刀轮跟踪切割装置结构示意图，通过切割小车6的刀轮2在螺旋焊管1上留下的刻痕4，使刀轮2在刻痕4内运动，保证等离子切割喷枪3在切割缝5的范围内切割。

图2是钢板前进速度控制机构摩擦轮安装位置示意图， 摩擦轮10安装于

三辊成型机8与钢卷开平机7之间的钢板9的下表面；图3是切割跟踪机构原理图，钢板前进速度控制机构由摩擦轮10、齿轮加速器11和光电码盘一12顺次连接而成，切割小车前进速度控制机构由齿轮减速器15、直流伺服电机13和光电码盘二14顺次连接而成；图4是切割小车跟踪及驱动机构示意图，图3中的切割小车前进速度控制机构与双丝杠16连接，与双丝杠16配合的两只平行的同规格双孔螺母17承载带有带有等离子切割喷枪3的切割小车6，切割小车在直流伺服电机13的驱动下在双丝杠16上作直线运动，其运动速度等于螺旋焊管1的伸长速度V_管；图5是钢卷开平机与螺旋焊管轴线夹角α示意图，V_管与钢卷开平机的送板速度V_板之间的对应关系为：V_管=sinα·V_板。

钢板9从螺旋焊管生产线的钢卷开平机7出发，进入三辊成型机8之前，用光电码盘一12测出钢板前进速度即钢卷开平机的送板速度V_板。虽然在卷管成形过程中任何位置钢板9运动的瞬时速度都相等，测量位置可以任意选取，越靠近切割小车6信号传输线路越短，干扰越小，安装也方便，但是对螺旋运动的钢管表面测速不易准确。进入三辊成型机8之前钢,9最平整，测速最准。在朝下的平面上测量尤佳，原因是螺旋焊管生产企业有时可能暂停生产若干天，大件生产车间灰尘多，停机数日钢板9朝上的一面落满灰尘，摩擦轮10受到污染，影响测速精度。

正常生产情况下，钢板9前进速度约为2-10m/min，选用直径10cm的摩擦轮10，转速仅为3-15rpm，显然转速太慢，采用65536脉冲/转的光电码盘一12测速，每秒钟脉冲数最低仅4000脉冲，每个脉冲钢板9前进的距离d为：d=100π/65536=0.5mm 。脉冲数过少，控制精度低，故采用齿轮加速器11加快转速后与光电码盘一12相连。如果齿轮加速器11速比为100:1，每个脉冲钢板9前进的距离d为0.005mm，控制精度大大提高。由于直流伺服电机13转速较快，因此另一路测速传感器光电码盘二14直接安装在直流伺服电机13的出轴端，测出切割小车6的实际运行速度V_管。直流伺服电机13通过齿轮减速器15带动双丝杠16旋转，螺母17带动带有等离子切割喷枪3的切割小车6以速度V_管前进。如果螺旋焊管1直径为D，钢板9宽度为W，则钢板9每卷绕一周螺旋焊管1伸长W-L(L为切割缝宽度)，与钢板送板距离 QUOTE

之比K ，即sinα为： QUOTE

。典型的钢板宽度W，切割缝宽度L，螺旋焊管直径D与K值关系见表1。

表1 典型的K值与钢板宽度、重叠尺寸与管径的关系

小车前进速度应等于钢管伸长速度V管。与钢板送板速度V板关系应为：

V_管=K·V_板,其中K= sinα。

如果把切割小车6前进速度V_管与钢板前进速度V_板之比刚好调节到表中的K值，由于传动***误差，切割起点和终点还是不可能刚好重合，此时可用调节旋钮微调钢板前进速度与小车前进速度之间的比例系数K，在一定程度上修正机械误差。

取消刀轮2后，切割小车6自重大大减轻，仅仅是等离子切割喷枪3和双丝杠16及螺母17的重量。无论制造多大直径的螺旋焊管1，切割一周切割小车6沿螺旋焊管1轴向的行程均为钢板9宽度W与切割缝宽度L之差W-L，常用冷轧钢板宽度为1250mm，切割缝宽度L为20mm，则切割小车6的行程为1230mm。考虑钢板9宽度有一定变化范围，选用长度2200mm，有效螺纹长度1800mm，外径32mm，导程10mm的滚珠双丝杠16。以钢板宽度W=1250mm，切割缝宽度L=20mm，制作直径D=1153mm的螺旋焊管1为例，螺旋角即钢卷开平机7与螺旋焊管1轴线夹角α为：α=arctg[ (W-L) /πD]= artg 0.3396 = 161.24°。以4m/min的钢板送板速度V_板为例，螺旋焊管1伸长速度即小车前进速度V_管为4×0.32153=1.2861m/min，也就是双丝杠16旋转速度为1286.1/10=128.61圈/min，选用额定转速1500rpm的直流伺服电机13，调节直流伺服电机13的参数使之以1200rpm运转时，双丝杠16转速为128.61圈/min，齿轮减速器15速比为1200/128.61=9.33，采用与此最接近的速比为10的齿轮减速器15。此时，把系数K的调节旋钮置初值0.32153(有液晶显示)，这样一来必须重新调节直流伺服电机13的参数，使之以1286.1rpm运转，此时双丝杠16转速为128.61圈/min。如果切割小车6跟踪误差δ在允许范围内最好，否则微调比例系数K。

调节系数K的方法为，ΔK=(1-δ/1230)/ 0.32153，很显然δ<0说明切割小车6前行过慢，δ>0说明切割小车6前行过快。实际操作时，不必仔细计算，根据大致误差程度适当调节系数K。在关闭等离子切割喷枪3情况下，在等离子切割喷枪3下方做一个记号，切割小车6立即开始跟踪，让切割小车6空走一个行程，看起点和终点之间的误差。再次调节K，再空走一个行程，如此反复几次，误差逐渐缩小，满意即可。

控制精度取决于光电码盘的位数和调节旋钮输出模拟电压A/D采样位数，如果采用80000脉冲/圈的光电码盘，调节旋钮模拟量A/D转换位数16位，理论控制精度计算如下：

STC12C2052AD单片机计数器0工作于16位计数方式，光电码盘一12每转过65536个脉冲执行一次中断服务子程序，由于每次计数到0后又开始计数。可以略去重装计数初值指令：

MOV TH0, #00H

MOV TL0, #00H

这就实现了16位自动重装计数方式，基本不丢失计数脉冲。可能的最大误差为光电码盘一12的65536个脉冲对应的小车行程，为0.32153×100π×(65536/80000)/10=8.2749mm。

实际上钢板9前进的同时切割小车6不会停止不动，而是以上一次测速反馈的速度前进。如果钢板9匀速前进，理论上测速采样间隔对跟踪误差不产生影响。伺服控制策略变得非常简单，变成了光电码盘一12每转过65536脉冲，控制切割小车6前进8.2749mm，也就是双丝杠16转过0.82749圈，直流伺服电机13转过8.2749圈，对应80000×8.2749脉冲，如此多的脉冲数需要把单片机的计数器1进行软硬件联合计数。

计数器1仍采用16位计数方式，计数初值也设为0，这就实现了本来不可能实现的16位自动重装计数方式工作。计数器1直接对与直流伺服电机13同轴的光电码盘二14的脉冲计数，每计满65536个脉冲，自动重新计数，保证脉冲不丢失。计数器1的中断服务子程序进行软件计数。每中断一次，中断次数值N +1。

计数器0的中断服务子程序除了停止计数器0、1计数外，完成反馈脉冲计算：65536×N+n (n为计数器1最后一次的计数值)。反馈脉冲应等于：80000×8.2749=661989个脉冲，如果实际反馈的脉冲数不等于该值。单片机通过D/A输出模拟电压，控制直流伺服电机13的转速，伺服电压改变量ΔU=U0×[(65536×N+n)-661989]/661989，16位D/A理论误差为(65536×2)-1, 切割小车6行程理论误差为：1230×(65536×2)-1=0.01mm，也就是说伺服跟踪误差可以忽略不计，最终误差取决于机械精度。

在双光电码盘模拟测试装置上进行了伺服跟踪试验，跟踪行程与实际生产直径1.153m的螺旋焊管1时相同，钢板9前进 QUOTE

，切割小车6轴向理论上应该行走一个W-L=1.200-0.020=1.180m，切割小车6的10次跟踪试验实际行程见表2。 试验表明，该随动***切割行走误差小于1cm，跟踪精度满足生产要求。

表2 实验***10次跟踪结果（单位：m）

两路光电码盘可以实现切割小车6的行走反馈控制，精度满足生产要求。调节旋钮微调送板速度与小车速度之间的比例系数，可使跟踪精度达到要求。***工作时要调节两个比例关系，第一个比例关系——伺服控制电压与所需送板速度之间的比例关系：调试的时候，调节控制电压，送板速度符合要求时该比例关系由此确定。第二个比例关系，也就是送板速度与小车前进速度之间的比例关系，这个系数就是sinα，该比例关系刚好等于sinα时，说明这时的伺服控制信号电压正好合适，如果不相等就要把该系数微调，使切割小车6前进与螺旋焊管1伸长同步。

Claims (3)

1.一种螺旋焊管切割装置，包括带有等离子切割喷枪的切割小车，其特征在于：还包括切割跟踪机构，切割跟踪机构包括钢板前进速度控制机构和切割小车前进速度控制机构；钢板前进速度控制机构包括安装于三辊成型机和钢卷开平机之间钢板下表面的摩擦轮，与摩擦轮连接的齿轮加速器及与齿轮加速器连接的光电码盘一；切割小车前进速度控制机构包括承载切割小车的由双丝杠和两只平行的同规格双孔螺母构成的丝杠螺母机构，与双丝杠连接的齿轮减速器，与齿轮减速器连接的直流伺服电机及与直流伺服电机连接的光电码盘二；钢卷开平机钢板输出方向与螺旋焊管轴线之间的夹角为α，切割小车前进速度等于螺旋焊管伸长速度V_管，V_管与钢卷开平机的送板速度V_板之间的对应关系为：V_管=sinα·V_板。

2.根据权利要求1所述的螺旋焊管切割装置，其特征在于：还包括调节所述sinα大小的调节旋钮。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋焊管切割装置，其特征在于：所述双丝杠采用长度2200mm，有效螺纹长度1800mm，外径32mm，导程10mm的滚珠丝杠。

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