全自动钢管移料作业机

何昭洁 韩霞 张馨月

摘 要：本文介绍的全自动钢管移料作业机是集输送机构、调心机构、旋转支撑装置、位置补偿装置、齿轮式步进横移机构为一体的作业机。主要作用是将钢管或油套管加工生产线中可连续执行和操作的工位较密集地安排在一起，如对齐、检查、车丝、接箍预拧、拧扣、管端探伤、带丝扣保护帽等，根据工艺安排任意调整组合，其特点在于工位设计密集，统一取料、放料，适合连续作业的工艺工位。具有自动化程度高、占用空间小、结构紧凑、工作效率高、设备成本低、连续安全可靠等优点。

关键词：钢管步进 热轧 生产线 多工位 辅机

中图分类号：T-0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0110-02

钢管作为石油钻采、建筑、冶金、炼化等行业的基本材料，使用广泛，特别是近几年来我国热轧、直缝焊管加工技术的提高，使得我国热轧线、直缝焊管线配套设备有了更高的要求，更关注于效率、产能、节能、环保、控制技术等方面。目前在用生产线中最常见的是“惠斯顿杠杆机构”，命名为“惠斯顿”移钢机。它在一次旋转中完成钢管的升降运动和旋转运动，在旋转一周完成一次接钢、移钢、放钢的工作循环中，始终保证托架开口的方向朝上。然而在移钢机工作中也存在很多不足：（1）单托架结构，每一个周期中只能完成一根钢管，工作效率低。（2）单托架结构力矩不平衡，需加配重增加了设备重量。（3）链条传动精度低，需配张紧机构，结构复杂。针对这些不足，本文介绍的新型“全自动钢管移料作业机”，解决了以上所有的不足。

1 主要结构

如图1、图2所示，钢管移料作业机中，设备主要由齿轮式步进横移机构、输送机构、位置补偿机构、调心机构、旋转支撑机构等五大部分组成；在钢管生产线中，各个工位按工艺安排完成一系列加工，将钢管加工中可以连续执行和操作的工位安排在一起，如：对齐、检查、车丝、预拧接箍、拧扣、管端探伤、带丝扣保护帽等。设备布置从整个跨的钢管进料方向，第一个工位是输送机构组成的对齐工位，第二个工位是调心机构组成的调心工位，第三个工位是旋转支撑机构组成的旋转工位，第四个是位置补偿装置组成的位置补偿工位；这些工位，沿钢管方向均由接近开关检测来料信号，PLC程序控制协调个工位之间的动作间隔时间。

齿轮式步进横移机构的作用是将钢管连续移送到各个工位；沿钢管轴线的垂直方向，布置5台齿轮式步进横移机构，各单体之间通过安装在主动轴上的连接法兰同万向联轴器相连接，动力传动部分放置在靠近钢管线跨中轴线附近，动力传动靠液压马达通过齿式联轴器、驱动减速器，减速器的输出轴通过万向联轴器分别同位于两边的两齿轮式步进横移机构的主动轴上的连接法兰相连接；这样5台齿轮式步进横移机构的动力输入通过万向联轴器连接成一条轴线。保证5台齿轮式步进横移机构齿轮转动角度的一致性。整个动力传递为：液压马达→减速机→万向联轴器→齿轮箱主动轴→小齿轮→大齿轮→曲柄支撑总成→取料板→各工位钢管；整个设备的控制靠PLC程序协调控制动力源（变频电机→油泵→溢流阀→电磁比例阀→液压马达）来完成。

2 各工位机构工作原理

管端对齐机构，由5组输送机构组成，分别安装在5只齿轮式步进横移机构的上方，安装时5组滚轮中心对齐，钢管放置后，通过电机涡轮蜗杆减速器驱动滚轮转动调整钢管的端面位置，对齐工位的轴线上安装有接近开关，检测到钢管后，通过PLC程序控制5组输送机构完成设定动作；管端线附近，有根据生产线要求的管端位置停靠板，管端触碰后，所有滚轮电机停止，且控制上采用变频控制，根据不同的管径调整速度。

调心机构，主要是配合主机设备，根据不同的钢管直径调整中心高；由5组调心机构组成，每组调心机构分别固定在滑动支架的顶端，滑动支架可沿滑槽上下移动。滑动支架下支撑面设计为斜面，放置在导向块的斜面上，导向块可沿底槽滑动，5组滑槽通过连杆连接在一条轴线上。驱动液缸上装有位移传感器，生产线可根据加工钢管管径的变化，来调整钢管加工中心高。

旋转支撑机构，由滚轮支撑座、主动滚轮、从动滚轮、电机减速器组成；沿钢管轴线方向布置5组旋转支撑机构；滚轮支撑座用螺栓固定在齿轮式步进横移机构箱体上表面， 主动滚轮轴通过轮轴安装在滚轮支撑座设计的滑动轴承内，轴的一端连接电机减速器作为驱动；从动滚轮轴通过轮轴安装在滚轮支撑座设计的滑动轴承内，两端用轴承盖封死；5组旋转支撑机构的驱动靠PLC程序控制。本工位工艺一般用于生产线中丝扣检查、预拧接箍、带保护套工位，旋转速度变频可调，旋转方向可以自动切换。

位置补偿机构，主要功能是将钢管放置在工位上以后，既可以对钢管端面位置进行调整，也可以对钢管中心高度进行调整。钢管端面位置进行调整结构同输送机构，相当于在调心机构上方安装有可上下调整高度的滚轮输送机构总成，共5组，通过液缸连杆统一调解。本工位工艺一般用于生产线中如打钢字、接箍拧扣等。

齿轮式步进横移机构，由齿轮箱体、前支撑总成、后支撑总成、小齿轮、主动轴、大齿轮、曲柄支撑总成、取料支架组成；齿轮箱由安装在最下方的小齿轮驱动，同时啮合两只大齿轮，分别安装在小齿轮两侧的上方，齿轮减速比很大；小齿轮安装在主动轴靠前支撑总成和后支撑总成分别支撑在齿轮箱体的前后立板上。大齿轮内圈空套轴承安装在从动轴上，从动轴前端设计为悬臂轴，后端安装在大齿轮轴套内，大齿轮轴套焊接在齿轮箱箱体上；在从动轴的后端连接有旋转编码器，用压板和紧定螺钉固定在大齿轮轴套上。在两只大齿轮相同半径的轮缘位置安装有曲柄支撑总成，通过曲柄轴用紧定螺母、挡圈固定在大齿轮轮缘上，紧定螺母端头设计有开口销。整体取料板用两点安装在两只曲柄支撑总成上，在大齿轮的作用下，整体做圆周运动。

3 主要特点

（1）设备工位设计密集，统一取料、放料，适合连续作业的工艺布置。

（2）具有自动化程度高，占用空间小、结构紧凑、工作效率高、设备成本低、安全可靠等优点。

（3）设备主要针对大型热轧、直缝焊钢管、棒料生产线等多种自动化主机所需工艺动作而设计。

（4）解决了以往设备自动化程度低、设备设计较原始、工序繁琐、占用空间大、能源浪费等缺点。

4 结语

本全自动多工位钢管移料机，自2010年研制成功以来，经过三次大的改进，目前已经系列化，根据管径及管重进行分级，管径￠60～￠508mm，管重100～3000kg；设备已成功应用于山东墨龙、黑龙江建龙、宝钢等钢管热轧线及套管生产线。事实证明，本设备设计巧妙、结构合理、性能可靠，克服了传统移钢机工作效率低、力矩不平衡的不足。

参考文献

[1] 何富春，卫卫.双头齿轮行星机构移钢机[J].机械，2008，38（8）：72-74.

[2] 陶维英.惠斯顿杠杆的设计与计算[J].包钢科技，2001（2）：59-61.

[3] 刘广哲.惠斯顿移钢机组成原理和运动分析[J].机械制造与研究，2009（1）：40-42.

[4] 武汉钢铁（集团）公司.往复式连续移钢机：中国，201220024174.8[P].2012-01-17.

[5] 蒋文凤，林国湘，娄臣臣，等.基于模糊可靠度约束的单级2K-H行星齿轮装置的糊优化设计[J].机械研究与应用，2010，23（3）：69-70.

[6] 李佩泉，毕长飞.基于ADAMS的行星齒轮传动系统运动学仿真分析[J].机械，2009，36（10）：19-21.