馮 瑤， 楊明秦， 任國慶， 楊 勇， 盧永兵， 李 莉

（渤海裝備江蘇鋼管公司， 江蘇 揚州225128）

0 前 言

近年來， 頂管施工技術(shù)在市政工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。 頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)， 不需要開挖面層就能穿越地面構(gòu)筑物、 地下管線、 公路、 鐵路及河道， 相比開挖敷設(shè)技術(shù)，能夠大大節(jié)省投資和工期。 同時， 由于其施工面由線縮成點， 占地面積小； 地面活動不受施工影響， 對交通干擾??； 噪音和震動低， 城市中施工對居民生活環(huán)境干擾小， 不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用， 屬于真正的無污染、 高效率的施工技術(shù)。 某市長江引水工程部分管線就是采用頂管施工法來建設(shè)全市供水網(wǎng)絡(luò)。 該工程所采用的頂管為螺旋埋弧焊接鋼管， 且工程要求短尺頂管收庫長度為5.5～6.5 m， 由于焊管生產(chǎn)單位的螺旋埋弧焊管飛焊機組線上切管長度范圍是8～24 m，因此需增設(shè)線下切管裝置， 將生產(chǎn)的12 m 定尺焊管進行對切。 按照工程要求， 上述短尺頂管兩端均需加工角度30°～35°、 鈍邊0.8～2.4 mm 的坡口， 因此設(shè)計了雙坡口一次切割裝置。 該裝置不僅可對切12 m 定尺焊管， 而且實現(xiàn)了對切兩側(cè)雙坡口的一次成型。

1 雙坡口一次切割裝置

雙坡口一次切割裝置如圖1 所示， 從圖1 可以看出， 該裝置主要由主動旋轉(zhuǎn)輥、 被動旋轉(zhuǎn)輥、 切割組件以及切割組件固定底座組成。 工作時， 雙坡口一次切割裝置依靠待切焊管做圓周運動、 切割槍頭靜止不動實現(xiàn)焊管對切與雙坡口加工制作。 主動旋轉(zhuǎn)輥與被動旋轉(zhuǎn)輥可使焊管在對切過程中平穩(wěn)、 可靠的進行圓周運動， 并支撐對切后的2 根短尺焊管， 保證對切后短尺焊管的平穩(wěn)放置。

圖1 雙坡口一次切割裝置結(jié)構(gòu)示意圖

切割組件固定底座結(jié)構(gòu)如圖2 所示， 該底座由上安裝板、 下安裝板、 槽鋼與三角筋板拼焊而成， 上安裝板與切割組件軸承座依靠螺栓連接，下安裝板與主動旋轉(zhuǎn)輥1 依靠螺栓連接， 可通過調(diào)整槽鋼長度制作多種高度切割組件固定底座以適應(yīng)不同管徑螺旋焊管的對切工作。

圖2 切割組件固定底座結(jié)構(gòu)示意圖

切割組件結(jié)構(gòu)如圖3 所示， 該組件由切割組件軸承座、 仿形刀輪機構(gòu)、 等離子切割機構(gòu)與橫移桿組成， 切割組件軸承座安裝在固定底座上安裝板處， 如圖2 所示。

圖3 切割組件結(jié)構(gòu)示意圖

仿形刀輪機構(gòu)如圖4 所示， 該機構(gòu)由刀輪、角鋼、 十字夾具與十字轉(zhuǎn)軸組成， 十字轉(zhuǎn)軸貫穿處采用焊接法固定， 十字轉(zhuǎn)軸粗軸安裝于十字夾具豎直孔， 刀輪通過角鋼與十字轉(zhuǎn)軸連接， 并可隨十字轉(zhuǎn)軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。

圖4 仿形刀輪機構(gòu)示意圖

圖5 等離子切割機構(gòu)示意圖

等離子切割機構(gòu)如圖5 所示， 該機構(gòu)由等離子切割槍、 等離子切割槍夾持器、 坡口角度調(diào)節(jié)器、 槍頭位置調(diào)節(jié)桿與十字夾具組成。 等離子切割槍夾持器可繞螺桿轉(zhuǎn)動， 調(diào)節(jié)槍頭相對于待對切焊管管壁的距離并通過螺母鎖緊；坡口角通過旋轉(zhuǎn)坡口角度調(diào)節(jié)器進行調(diào)整； 槍頭相對于待對切焊管的高度， 通過滑動槍頭位置調(diào)節(jié)桿進行調(diào)整， 并通過螺母鎖緊； 圖3 中的橫移桿同時穿過仿形刀輪機構(gòu)中的十字夾具水平孔、 等離子切割機構(gòu)1 中的十字夾具水平孔以及等離子切割機構(gòu)2 中的十字夾具水平孔，這種連接方式使得等離子切割機構(gòu)1 與等離子切割機構(gòu)2 跟隨刀輪十字轉(zhuǎn)軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動， 橫移桿右側(cè)加工了其3/4 長度的直齒， 因此等離子切割機構(gòu)1 與等離子切割機構(gòu)2 可通過旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)整兩者在橫移桿上的位置， 從而間接調(diào)整了對切焊管時雙坡口的相對位置； 其位于橫移桿左側(cè)剩余1/4 長度， 該部位未加工直齒， 僅通過滑動橫移桿調(diào)整仿形刀輪機構(gòu)在橫移桿上的位置， 從而間接調(diào)整了仿形刀輪機構(gòu)相對于待對切焊管的位置。

在對切焊管的過程中， 仿形刀輪與待對切焊管外壁滾動配合， 仿形刀輪利用其自動調(diào)節(jié)功能， 可以彌補有圓度誤差的焊管在做圓周運動時所產(chǎn)生的位置誤差， 仿形刀輪的行走軌跡面始終與焊管軸線垂直， 因此保證了等離子切割槍與焊管外壁距離以及切割角度的穩(wěn)定不變。 雙坡口一次切割裝置的具體工作過程如圖6所示。

圖6 雙坡口一次切割裝置工作流程

2 使用中的常見問題及解決辦法

2.1 使用中的常見問題

該雙坡口一次切割裝置在調(diào)試階段通過手拿白色石筆靠在固定位置沿旋轉(zhuǎn)待對切鋼管劃線，發(fā)現(xiàn)所劃圓周起始點與結(jié)束點存在28 mm 的錯牙， 若不進行調(diào)整， 在實際切管過程中會導(dǎo)致所切管端坡口出現(xiàn)同樣大小的錯牙， 增大短尺頂管在后期焊接施工時的對口焊接難度， 無法滿足工程使用要求。

2.2 解決辦法

經(jīng)分析， 導(dǎo)致錯牙產(chǎn)生的原因是： 至少存在一個旋轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)動軌跡面與待對切螺旋焊管軸線存在一定夾角α， 當旋轉(zhuǎn)輥旋轉(zhuǎn)時， 旋轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)動作用在待對切螺旋焊管管壁上的速度vs會分解為沿焊管圓周方向上的線速度vu和平行于焊管軸線的水平速度vp， 速度分解情況如圖7 所示， 螺旋焊管在旋轉(zhuǎn)一周后， 所切坡口出現(xiàn)向左錯牙的現(xiàn)象； 若旋轉(zhuǎn)輥偏轉(zhuǎn)方向與圖7 所示方向相反， 旋轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)動作用在待對切螺旋焊管管壁上的速度v′s會分解為沿焊管圓周方向上的線速度v′u和平行于焊管軸線的水平速度v′p， 偏轉(zhuǎn)方向及速度分解情況如圖8 所示， 螺旋焊管在旋轉(zhuǎn)一周后， 所切坡口出現(xiàn)向右錯牙現(xiàn)象。

圖7 坡口向左錯牙分析圖

圖8 坡口向右錯牙分析圖

結(jié)合上述分析， 針對切管錯牙問題， 總結(jié)出下述3 點糾正切管錯牙的經(jīng)驗：

（1） 選擇主動旋轉(zhuǎn)輥1 或者主動旋轉(zhuǎn)輥2 作為糾正切管錯牙的關(guān)鍵點， 若選擇主動旋轉(zhuǎn)輥1，需要使主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩輥座開檔間距略小于主動旋轉(zhuǎn)輥2、 被動旋轉(zhuǎn)輥1 與被動旋轉(zhuǎn)輥2 上的兩輥座開檔間距， 以保證主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩個包膠輥與待對切螺旋焊管接觸最為緊密， 即主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩個包膠輥對待切螺旋焊管作用力最大， 此時僅通過調(diào)整主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩個包膠輥偏轉(zhuǎn)方向便可起到糾正切管錯牙的作用。

（2） 當切管錯牙向左時， 需按照圖7 所示的旋轉(zhuǎn)輥偏轉(zhuǎn)方向（即按照逆時針旋向） 旋轉(zhuǎn)主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩個包膠輥； 當切管錯牙向右時需按照圖8 所示的旋轉(zhuǎn)輥偏轉(zhuǎn)方向（即按照順時針旋向） 旋轉(zhuǎn)主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩個包膠輥。

（3） 為了方便主動旋轉(zhuǎn)輥1 上的兩組包膠輥旋轉(zhuǎn)， 制作了如圖9 所示的旋轉(zhuǎn)工裝， 連接塊與包膠輥軸承座焊接固定， 依靠螺桿調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)包膠輥旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)角度， 使調(diào)整更加靈活便捷。

圖9 旋轉(zhuǎn)輥旋轉(zhuǎn)工裝示意圖

3 結(jié) 論

（1） 雙坡口一次切割裝置在鋼制短尺頂管加工過程中的應(yīng)用， 使管端坡口加工速度提升了1 倍多。

（2） 雙坡口一次切割裝置可以糾正切管錯牙問題。