直缝埋弧焊管出料控制的新方法

□李 钢 □韩保材 □汤圣先北钢管业（营口）有限公司 辽宁营口 115007

直缝埋弧焊管出料控制的新方法

□李 钢 □韩保材 □汤圣先
北钢管业（营口）有限公司 辽宁营口 115007

国内大多数的焊管生产线中，钢管出料普遍采用斜台架滚动的形式或者V型辊道输送的方式。针对大范围的直缝埋弧焊管产品规格，提出了最新的出料控制方式，该方案设备简单，投资较少，装置运行安全可靠，实用性很强。

在焊管生产线中，钢管出料的控制作为全线生产工艺过程的最后一道工序，其好坏直接影响到整条生产线的节奏和效率。目前国内大多数的焊管生产线中，考虑到设备成本，钢管出料普遍采用斜台架滚动的形式或者V型辊道输送的方式。

近年来，随着国内输油气管线工程［1-2］的推进，市场对优质、高钢级直缝埋弧焊管的需求越来越多（见表1）。从已经投入使用的几条油气管线用管情况比较来看，国内制管行业在高端及海洋管产品方面还有很大的发展空间。已经建成和计划新建的直缝埋弧焊管生产线［3］，都对钢管产品规格进行了调整，调整后的钢管产品覆盖范围都比较广，管径趋于大型化［4］、厚壁、高钢级［5］，钢管最长长度也由原来的12.5 m增加到18.4 m，因此，对生产线中最终的钢管出料方式也提出了较高的要求。

表1 X70管线直缝管国产化情况

1 以往出料方式的弊端

以往传统制管线的出料方式，大多采用翻管器加斜台架的方式，或者V型辊道输送的方式，这两种出料方式都有比较明显的弊端。

1.1 翻管器加斜台架出料方式

设备投入比较简单，资金投入少，很多制管企业采用此种方式。翻管器将成品钢管从V型输送辊道上举升、翻转后放置在斜台架上，斜台架有一定的倾斜角度，钢管在斜台架上利用自重偏心产生滚动力矩，沿着斜台架无需动力驱动而自行滚动。当钢管规格较小时，此出料方式还可以使用，当钢管规格提升、钢管自重变大时，斜台架的出料方式就会出现问题。

首先，斜台架的倾斜角度选择是个难点，无法适应大范围的钢管产品，如果倾斜角度选择较小，小管径钢管滚动阻力大，无法保证每根钢管顺利滚到台架末端位置；如果倾斜角度选择较大，小管径钢管滚动问题解决了，大管径钢管的滚动速度就会太快，操作起来很不安全。

其次，为了在斜台架上多储存钢管，斜台架一般会较长，为满足钢管能顺利滚动，制管企业斜台架角度［7］一般均选择较大，此时无法克服钢管在滚动时的相互冲击力，不仅噪声大，而且存在安全隐患，钢管表面可能因撞击而损伤。如果为防止钢管撞击严重，减小撞击力，就得缩短斜台架长度，这样台架上储存的钢管数量又会减少，增加倒料频次，失去斜台架储料的经济性。

1.2 V型辊道输送出料方式

此种方式要求横移车和V型辊道结合，设备的整体投入较多、成本较高。因为辊道传输，没有储料功能，需要料场天车随时将出管吊走，吊车会实时占用，所以较少企业使用此种出料方式。

2 新建生产线概述

北钢管业的JCOE埋弧直缝焊管生产线设计能力为年产25万t各种规格钢管，其中直径规格范围为：406～1 626 mm；长度范围为：9～18.5 m；壁厚范围为：6～65 mm；钢管单根最轻为850 kg，最重钢管为46 t。通过对现有制管企业出料方式的对比总结，决定采用一种钢管出料控制的新方法。

3 出料控制新方法

3.1 设备的组成

直缝埋弧焊管出料控制新方法涉及设备包括钢管横移车、横移车导轨、1.5°斜台架、直线辊道、激光测距传感器［8-9］。其中，直线辊道用于钢管的纵向输送，在横移车接料工位与横移车导轨交叉；横移车用于钢管的横向输送，横移车通过PLC程序［10-11］进行控制，可在横移车导轨上进行往复行走，并可通过自身液压举升装置［12］将钢管升起和落下；斜台架固定在基础上，钢管能在上面滚动，用于储存钢管；激光测距传感器为长距离激光测距传感器，用于检测物料的位置，并将检测的数据传送给横移车电控系统PLC，通过程序运算，计算出横移车运输钢管需要行走的距离，从而将钢管依次传输到斜台架上，完成钢管的出料。

控制系统选用Siemens公司的S7-300（CPU 315-2DP）系列的PLC控制器，该PLC具有PROFBUS-DP接口，能满足现场高速数据传输的需要，同时，CPU315-2DP运算速度快、存储量大，系统信息的采集、分析和传送能够可靠、准确地进行。

3.2 控制方法的实现

V型直线辊道将车间生产检验合格后的钢管输送出来，当钢管传输到横移车接料工位停稳后，横移车已经在接料工位等待，横移车液压举升装置启动，将钢管举起，与此同时，激光测距传感器开始工作，检测出斜台架上最后一根钢管距离传感器的距离d。通过距离d和斜台架角度1.5°，可计算出激光测距传感器安装位置到上一根钢管激光测距点的垂直距离D：

D=dcos1.5 （1）式中：d为斜台架上最后一根钢管距离传感器的距离，mm。

激光测距传感器安装在斜台架端部，其发出的激光束平行斜台架，与台架距离为60 mm，可以理论计算出当斜台架上放置本生产线最大钢管规格φ1 626 mm时，上一根已经存放的钢管激光测定点与下一根拟存放钢管的最外端之间的垂直距离OP：其中：最大规格钢管直径为1 626 mm；最大规格钢管半径为813 mm；激光束与斜台架距离为60 mm。

从而可以设定横移车从起始点（钢管接料工位）M点到钢管拟存放位置需要行走的距离K：

K=D+L-1.5×2 132 （2）

式中：L为横移车接料工位与钢管激光测距传感器安装位置间的直线距离，mm；1.5为安全因数。

其中，1.5×2132=3198mm为最大管径1 626的钢管沿1.5°斜台架滚下的安全距离。因为是以最大管径进行的安全距离设定，所以比其小的所有钢管规格都不会有干涉碰撞的现象发生，如图1所示。

图1 出料控制计算示意图

激光测距传感器将测定值传输给控制系统PLC进行运算，PLC对横移车发出指令，横移车托举钢管开始沿导轨横向移动，其移动的距离通过车载测距编码器实时反馈给PLC系统，当横移车移动的距离与激光测距传感器测定值一致时，横移车即走到了PLC设定的位置，横移车停止；横移车液压举升装置将运输的钢管落到斜台架上，该钢管沿斜台架向下滚动，直至与前一根钢管挨上停止；而后横移车沿导轨返回到接料工位停止，一根钢管的出料过程结束。

后续需要出料的钢管重复上述过程，从而完成全部钢管的出料，直至斜台架堆满。料场天车将斜台架上的钢管统一转运走后，又可以重复上述过程进行钢管的出料。

4 结论

笔者针对钢管出料的方法，提出了一种新的方案，目前在一家制管企业投入使用，效果很好，具有以下的优点。

（1）本出料控制方法特别适用于钢管产品规格范围广、质量和跨距大的生产线。

（2）采用出料控制新方法与其它出管方式相比较，设备简单，整体质量小，一次资金投入量较少。

（3）可以有效地避免质量大钢管间相互撞击的问题。

（4）斜台架上的钢管是一根挨着一根排布，所以能更多地储存钢管。

（5）采用本出料控制新方法后，设备整体运行安全、稳定、可靠，可以实现无人操作，设备维护量小，企业运行成本较低，适用性强。

［1］李鹤林.油气输送钢管的发展动向与展望 ［J］.焊管，2004，27（6）：1-11.

［2］黄志潜.以西气东输工程的成功经验推动我国输气管道的技术进步［J］.焊管，2004，27（5）：1-8.

［3］李延丰，孙奇.JCOE直缝埋弧焊钢管生产线的研发和应用［J］.焊管，2004，27（6）：48-53.

［4］严圣祥，钟倩霞.我国应发展大口径直缝焊管技术［J］.钢铁，2001（5）：73-76.

［5］庄传晶，冯耀荣，霍春勇，等.国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向［J］.焊管，2005，28（2）：10-14.

［6］闻邦椿.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［7］方宏明.机械设计、制造常用数据及标准规范实用手册［M］.北京：当代中国音像出版社，2004.

［8］宫淑贞，王冬青，徐世许.可编程序控制器原理及应用［M］.北京：人民邮电出版社，2002.

［9］程周.可编程控制器技术与应用［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［10］张功铭.新型传感器及传感器检测新技术［M］.北京：中国计量出版社，2006.

［11］王元庆.新型传感器原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［12］毛好喜.液压与气动技术 ［M］.北京：人民邮电出版社，2009：94-136.

Most domestic welded pipe production lines commonlyuse slopingskid or V-type roller toconvey the steel pipes.Aim at a wide range of specifications of LSAW pipe products，a newdischarge control mode was proposed here.This program features simple in equipment with less investment，safe and reliable in operation but very practical.

直缝焊管；横移车；激光测距传感器；斜台架

LSAW；Traversing Car；Laser Distance Sensor；Sloping Skid

TG142

B

1672-0555（2015）04-048-04

2015年7月

李钢（1969-），男，硕士研究生，工程师，主要从事直缝埋弧焊管生产工艺与设备维护工作