钢管外壁除锈装置的设计与研究

2019-03-08王继宗徐向红

天津冶金 2019年1期

王旭，王继宗，徐向红

（天津赛瑞机器设备有限公司，天津300301）

0 引言

在环境和时间的影响下，钢管外壁会产生铁锈及杂质，严重影响钢管的使用性能。随着市场对钢管外壁质量要求的提高，对钢管在线除锈设备的需求量日益增加。天津赛瑞机器设备有限公司承揽了集团公司钢管外壁除锈装置机械及电气系统的设计、制作及相关技术服务，主要用于钢管在线除锈任务。本文介绍了一种钢管外壁除锈装置，以其设备简单、易于维护的优点迅速占领市场。

1 工作原理与设备技术参数

1.1 工作原理

钢管外壁除锈装置是通过电机带动皮带轮将动力传给主轴，主轴上装有多个钢丝刷，钢丝刷的末端配有重锤，主轴在电机驱动下高速旋转，旋转时产生离心力，重锤在离心力的作用下可以将钢丝刷压向钢管，从而使钢丝刷在旋转过程中，能将铁锈及杂质从钢管表面除去。在不除锈的情况下，移动小车带动整体设备移出，离线检修。

1.2 技术参数

主轴电机：5.5 kW；

主轴转速：150～450 r/min，变频调速；

钢管外径：Φ139.7～Φ273 mm；

钢管长度：6 000～15 000 mm；

钢管最大单重：2 000 kg；

钢管全长弯曲度：≤全长的0.2%；

钢管表面状态：热处理或热轧后钢管。

2 基本结构

除锈装置包括机械设备、水路系统、气路系统、润滑系统及电气系统。

2.1 机械设备

除锈装置机械结构如图1所示，包括移动装置、升降机构、传动装置、主轴装置、喷水环及吹气环等。

2.1.1 移动装置

移动装置由移动小车、轨道、小车压紧装置组成。设备工作时，两个气缸将整套装置压紧，避免震动；在不除锈的情况下，移动小车带动整体设备移出，离线检修。

2.1.2 升降装置

图1 除锈装置结构

升降机构由升降基座及气缸组成，更换钢管规格时，气缸工作带动升降基座，拖动整套设备上下调整，对准钢管中心。

2.1.3 传动装置

传动装置由电机、皮带轮及皮带组成。皮带轮安装在主轴上，通过电机驱动，使主轴旋转完成除锈任务。

2.1.4 主轴装置

主轴装置结构如图2所示。主轴支撑在支撑装置上，支撑装置内装有滚动轴承，主轴可以高速旋转。主轴由3个分段轴连接而成，主轴二段安装滚动轴承，主轴一段和三段安装钢丝刷及摆杆等部件。由于在除锈过程中，水、锈等杂质比较多，长时间在这样的环境下运转必然影响除锈效果与使用寿命，因此主轴两端的一段和三段设计为锥形，并在主轴内筒壁上开长孔，这样在离心力的作用下，水、锈等杂物便会顺锥形孔甩出或者直接从内筒壁的长孔流出，减少杂质在主轴内侧的沉积，从而延长使用寿命和减少清洗难度。皮带轮固定在主轴二段上，电机带动皮带轮使主轴旋转。旋转过程中，摆杆装置控制钢丝刷移动并压紧钢管，停止旋转后，钢丝刷装配会借助钢丝刷杆上的弹簧进行复位。

2.1.5 润湿喷水环

喷水环由底座和圆环组成，圆环上设有一圈喷嘴，钢管进入除锈机前，检测钢管来料时，阀自动打开，喷水环喷水，润湿钢管。

2.1.6 清洗喷水环

图2 主轴装置结构图

清洗喷水环结构和润湿喷水环相同，钢管完成除锈后，传感器检测到钢管，阀自动打开，喷水环喷水，将钢管外壁杂质进冲洗干净。

2.1.7 吹气环

吹气环设有三排喷嘴，喷嘴与钢管成一定角度。传感器检测到钢管，阀自动打开，吹气环吹气，将水吹干。

2.2 水路系统

水路系统包括接水池、沉淀池、净水池，一台泵、球阀、止回阀及管路附件等。设备底部设有接水池，接水池中的水自动流入沉淀池内，经过沉淀流入净水池，净水池底设有一台自吸泵，将水供给喷水环，循环利用。

2.3 气路系统

用气装置为吹气环、锁紧气缸及升降机构气缸，气动管路接厂房压缩空气，并在管路上设有球阀。

2.4 润滑系统

轴承均为干油点润滑，做机上配管将润滑点引到设备外。

2.5 电气系统

电气系统包括电机传动系统、PLC和现场操作台及光电开关。

除锈电机由1台变频器驱动，采用ABB ACS800系列变频器，根据钢管外径设定旋转速度；1台传动柜，安装于就近电气室；润湿喷水环前设有钢管检测开关，当检测到钢管时，润湿喷水环喷水，除锈机出口设有钢管检测开关，当检测到钢管管端时，除锈机电机启动进行除锈，同时清洗喷水环、吹气环依次延时开启、关闭，自动完成钢管除锈工作；现场操作台主要控制气缸压紧小车和检修时手动操作，并通过除锈机电机速度选择开关设定转速。

3 设计特点

3.1 摆杆装置

摆杆装置见图3。摆杆装置由支架、摆杆一、摆杆二、套筒、弹簧、磁铁、钢丝刷及重锤等组成。两个摆杆用于限制钢丝刷运动，主要通过主轴的旋转，使重锤产生离心力，并通过弹簧将钢丝刷压在钢管外壁上，从而达到除锈的效果。另外，钢丝刷在不工作时，弹簧能够及时复位，避免钢丝刷头由于复位不及时而造成损坏，从而减少成本。摆杆一和套筒为螺纹连接，可以根据钢管规格调整钢丝刷的起始位置；末端内部装有磁铁，刷头直接吸到磁铁上，可以比较方便地更换刷头。摆杆二上设置长孔，可以有效防止离心力过大而使钢丝刷对钢管产生过大的压力，并通过计算分析，设置了可以变化的重锤重量，从而使其能够根据钢管直径来进行变化，达到更好的除锈效果。钢丝刷分布于传动轴的两侧，每一侧分为两层，交错分布，如此布局不仅可以增强钢管外壁的除锈效果，更换刷子时也能够更加方便快捷，从而进一步节省人力，提高效率。

图3 摆杆装置图

3.2 升降机构

钢管除锈过程中，由于钢管外径规格不同，在辊道上的中心高度不同，故钢管管体除锈装置要具备除锈机主机中心位置可调的性能。升降机构包括调节用的螺栓螺母及标尺，4个升降用的气缸及相应的节流阀，导向装置及行走机构。除锈机的主体上升靠4个气缸举起，下降靠自重及气缸的拉力，用标尺及螺母的调整来确定对于不同外径规格的钢管进行除锈的主机的中心位置。