吳鵬飛

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞721008）

0 前 言

內毛刺清除裝置是保證焊管質量的關鍵設備,其良好運行關系到整個生產(chǎn)線能否正常工作。內毛刺清除質量穩(wěn)定不僅可以提高焊管的質量，還可以減少生產(chǎn)線的停車次數(shù)，提升焊管的產(chǎn)量和成材率。2010年寶雞石油鋼管有限責任公司引進了1條年產(chǎn)30萬t的高頻焊管生產(chǎn)線，可生產(chǎn)φ114.3～219.1 mm， 壁厚 4.8～13.8 mm 的高端油套管管坯。該機組采用奧地利Linsinger公司銑邊機、美國Abbey公司成型系統(tǒng)和飛鋸以及美國Thermatool公司高頻焊機等設備。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，該機組的內毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)存在壓力波動、溫升過快等問題,影響生產(chǎn)的順利進行。技術人員通過對現(xiàn)場的調研與數(shù)據(jù)分析,對原液壓系統(tǒng)進行了改進。改進后的液壓系統(tǒng)工作正常，性能穩(wěn)定可靠。

1 內毛刺清除裝置工作原理及存在問題

該高頻焊管機組采用在線刀切削法清除內毛刺裝置。把端部帶有刀具的芯棒安裝于精成型機架后的支座上，芯棒伸進高頻直縫焊管的內側，將刀頭調整到與內焊縫相對應的位置及靠近高頻直縫焊管內壁的高度進行工作。內毛刺清除裝置是通過PLC控制液壓系統(tǒng),由2個液壓缸的伸縮實現(xiàn)其動作。一個液壓缸安裝于內毛刺清除裝置支座上，通過液壓缸的伸縮可實現(xiàn)芯棒的升降；另一液壓缸安裝于芯棒的另一端，通過液壓缸的伸縮可實現(xiàn)內毛刺的在線定尺切斷。內毛刺清除裝置結構如圖l所示，主要由切斷刀、芯棒、阻抗器、冷卻管及切斷油缸等組成。

圖1 內毛刺清除裝置結構簡圖

1.1 內毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)工作原理

原液壓系統(tǒng)采用1臺定量齒輪泵提供動力源,主要由壓油過濾器、回油過濾器、溢流閥和液壓缸等組成，具有體積小、結構緊湊、液壓元件少、制造成本低等特點。該系統(tǒng)壓力21 MPa,工作流量18 L/min,油箱容量40 L,工作介質為46#抗磨液壓油。其工作原理如圖2所示。

圖2 原內毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)原理圖

該液壓系統(tǒng)中壓力過濾器用來濾除可能侵入閥類元件的污染物，保護除泵以外的閥類元件。壓力過濾器上設有壓差發(fā)訊器，當濾芯被污染堵塞到進出口壓差為0.5 MPa時，即發(fā)出開關信號，此時應清洗或更換濾芯，以達到保證系統(tǒng)安全的目的。單向閥防止系統(tǒng)中的流體沖擊而影響泵的工作。溢流閥用來調節(jié)系統(tǒng)的工作壓力?；赜瓦^濾器用來濾除油液流入油箱以前的污染物，為泵提供清潔的油液，并設置旁通閥、濾芯污染堵塞發(fā)訊器等裝置，保護過濾器和液壓系統(tǒng)的正常工作。

毛刺切斷裝置由液壓缸驅動，固定剪刃安裝于芯棒底部，動剪刃通過連桿安裝于毛刺切斷油缸上，通過PLC定時器控制其換向閥電磁鐵每隔50 ms通斷電一次，實現(xiàn)內毛刺的在線定尺切斷。液壓泵啟動后，毛刺切斷缸縮回。當芯棒升降換向閥電磁鐵左位通電時，芯棒落下；右位通電時，芯棒升起；開車時，內毛刺芯棒升起，毛刺切斷裝置動剪刃往復運動，實現(xiàn)內毛刺的在線剪切。

1.2 存在問題

液壓系統(tǒng)的正常工作是保證內毛刺清除質量的關鍵，但在生產(chǎn)初期，生產(chǎn)線運行一段時間后，常出現(xiàn)機組異常停車、內毛刺刮削質量不穩(wěn)定等現(xiàn)象，通過現(xiàn)場調研與分析,發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾點問題。

（1）系統(tǒng)發(fā)熱導致機組停車。溢流閥與泵并聯(lián)，油泵輸出的壓力油只有一部分進入執(zhí)行元件，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。因原系統(tǒng)未設計冷卻器，溢流閥的壓力和流量損失轉化為熱量，造成系統(tǒng)油溫持續(xù)升高。液壓油正常工作溫度應控制在15～55℃，若油溫過高，會造成油液粘度下降、泄露增加、執(zhí)行元件爬行、油液氧化變質等現(xiàn)象，將嚴重影響系統(tǒng)的正常工作。系統(tǒng)運行1 h后，油箱溫度超過60℃，系統(tǒng)發(fā)熱嚴重，是導致機組強制停車的主要原因。

（2）方向閥的頻繁換向引起的系統(tǒng)壓力波動是造成內毛刺刮削質量不穩(wěn)定的主要原因。內毛刺切斷電磁換向閥每隔50 ms通斷電一次，換向頻繁，引起系統(tǒng)液壓沖擊，不僅會損壞密封裝置和液壓元件，還會產(chǎn)生噪聲，有時沖擊會使某些液壓元件如壓力繼電器、順序閥等產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作。

2 改進方案

針對上述問題，通過查詢相關資料，確定了兩種改進方案，具體方案如下。

（1）方案一。在原液壓系統(tǒng)的基礎上，進行如下改進：①安裝回油冷卻器，除了對已經(jīng)發(fā)熱的主系統(tǒng)回油進行冷卻外，還將溢流閥與回油路并聯(lián)，從而冷卻溢流閥溢出的油液，這樣就解決了因系統(tǒng)油溫過高問題導致的機組異常停車問題；②在液壓系統(tǒng)中增加單向閥和蓄能器，保持系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定，吸收和減少壓力沖擊，這樣就解決了因系統(tǒng)壓力波動，造成內毛刺刮削質量不穩(wěn)定的問題。其液壓原理如圖3所示（圖中虛線框中為增加項）。

（2）方案二。在原液壓系統(tǒng)的基礎上，進行如下改進：①安裝回油冷卻器，除了對已經(jīng)發(fā)熱的主系統(tǒng)回油進行冷卻外，還將溢流閥與回油路并聯(lián)，冷卻溢流閥溢出的油液，這樣就解決了因為系統(tǒng)油溫過高問題導致的機組異常停車問題；②將原來的齒輪泵更換成雙聯(lián)泵，采用雙聯(lián)泵供油的互不干擾回路，使兩個執(zhí)行元件在完成各自的動作時彼此互不影響，這就避免了因毛刺切斷換向閥頻繁換向引起系統(tǒng)壓力波動，造成內毛刺刮削質量不穩(wěn)定的問題。同時，在各支路中增加1組電磁溢流閥，當電磁閥在常態(tài)位時，系統(tǒng)卸荷，降低了泵的功率損耗。增加雙單向節(jié)流閥是為了調節(jié)油缸運行速度。其液壓原理如圖4所示。

圖3 按方案一改進后的液壓系統(tǒng)原理圖

圖4 按方案二改進后的液壓系統(tǒng)原理圖

3 改進措施和效果

通過對上述兩種方案的分析與比較，兩種方案均在原液壓系統(tǒng)上進行改進，都需增加冷卻器，但方案一只需增加一組蓄能器和單向閥，結構簡單，施工量小，改造成本低。方案二雖采用互不干擾回路，優(yōu)于方案一，但增加了雙聯(lián)泵、電磁溢流閥、雙單向節(jié)流閥等液壓元件的采購成本，施工量相對較大。綜上所述，決定按照方案一進行改進，改進后系統(tǒng)運行穩(wěn)定，滿足了工況使用要求。

4 結 語

（1）在線刀切削法是一種較為理想的內毛刺清除方法。但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)內毛刺清除余高不穩(wěn)定、刮偏等現(xiàn)象，刀具調整頻繁。

（2）采用以上措施對內毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)進行全面改進后，系統(tǒng)運行正常,有效地解決了因液壓系統(tǒng)問題而出現(xiàn)停機、毛刺清除余高不穩(wěn)定等現(xiàn)象。尤其方案二對內毛刺清除裝置液壓系統(tǒng)的設計與改進有一定的參考價值。

[1]趙子瑜.新編焊接鋼管生產(chǎn)技術與質量檢測標準匯編實用全書[M].北京：北京工業(yè)大學出版社，2006.

[2]西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.機械原理（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]于恩林.焊管機組的研究與進展[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[4]劉克璋，國外直焊管毛刺清除技術與設備 [J].重型機械，1980（08）：27-42.

[5]李壯云.液壓氣動與液力工程手冊（上）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6]姜繼海.液壓與氣壓傳動[M].北京：高等教育出版社2006.

[7]邵俊鵬，周德繁.液壓系統(tǒng)設計禁忌[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[8]李松晶，從大成，姜洪洲.液壓系統(tǒng)原理圖分析技巧[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[9]聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[10]岑軍健.非標準機械設計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.