钢管外圆砂轮（砂带）磨削装置的原理及应用

陈松涛

（中原起重机械总厂有限公司，河南 新乡 453400）

外圆砂带(砂轮)磨削装置，共有5组，前3组磨头安装砂轮；后2组为砂带磨头，采用砂轮和砂带，对工件外圆进行磨削和抛光加工，工件自转并连续送进。具有加工精度稳定、表面品质好、工效高、加工成本低、劳动强度低的特点。

磨削过程采用干磨方式，更能稳定控制磨削品质和改善生产环境，适合于管材和棒材零件外圆表面加工的批量生产。

1 设备的主要参数

（1）砂带规格（周长×宽）4 000 mm×150 mm；

砂带粒度24＃~36＃；

（2）砂轮规格Φ 610 mm×Φ 203mm×75 mm；

砂轮使用最小直径Φ 350 mm；

砂轮粒度16＃~24＃；

材质锆钢玉；

（3）工件直径范围 Φ（400～820）mm；

（4）工件长度范围4～12.5 m；

（5）工件材料 20 钢，15CrMo，12 CrMoV，1Cr5Mo等合金钢管；

（6）工件允许弯曲度3/1 000 mm；

（7）磨削压力5～8 kN；

（8）表面粗糙度 Ra≤25 μm；

（9）单个工件净质量≤12 000 kg；

（10）砂带接触轮规格（直径×宽度）

Φ 400 mm×150 mm；

（11）托轮直径（直径×宽度）Φ400 mm×170mm；

（12）托轮转速（变频可调）10～40 r/min；

（13）工件支承小车轴向进给速度0.1～4.5m/min；

（14）砂带线速度30 m/s；

（15）砂轮线速度80 m/s；

（16）砂轮磨头电机功率(3台)75 kW；

（17）砂带磨头电机功率(2台)30 kW；

（18）托轮驱动电机功率(2台，变频调节)7.5 kW；

（19）磨头抬刀调整电机功率(5台)0.75 kW；

（20）电源交流三相380 V/50 Hz；

（21）输入功率300 kW；

（22）气源 0.4～0.6 MPa，18 m3/h。

2 设备的结构

该设备主要由砂带（砂轮）磨头装置、托轮小车装置、电气及控制系统等部分组成。

2.1 磨头机构

总共有5组均布排列组成，每套磨头主要由磨头主体、磨头抬刀机构组成。

（1）磨头主体。主要由砂带气动张紧机构、砂带调偏机构、驱动电机、皮带传动机构、砂带（砂轮）、磨头主轴、接触轮、铰链机构和砂轮法兰盘等组成。磨头主体为设备的核心部件。通过磨头电机带动皮带机构，驱动磨头主轴和接触轮（砂轮）作高速旋转，配合磨头浮动机构压力可调（通过触摸屏调节浮动气缸的压力值，来调节磨削压力，触摸屏能直接显示磨头压力，5个磨头压力能以压力值增减的方式实现单独调节）沿铰链机构上下浮动，用砂带或砂轮压住工件外圆表面进行磨削。

砂带采用气缸张紧，通过控制气缸进气/排气，完成砂带的张紧/换带。

砂带调偏机构用于调整砂带位置确保砂带位于接触轮中间。

（2）磨头抬刀机构。主要完成磨头的进给和退让功能。主要由减速机、抬刀浮动气缸组成。该机构通过丝杆升降机构调整磨头与工件的初始位置，再由气缸控制磨头的进刀和抬刀，其目的是保证磨头有一个恒定的抬刀量，以控制磨头接触工件外圆时的平稳性，防止磨头冲击工件。

（3）位置传感器安装支架。用于安装传感器检测工件位置实现磨头的自动进、退刀。安装支架可手动任意调节位置，来满足对不同直径大小工件的检测。

2.2 托轮小车装置

该机构主要由前后小车、被动托轮、主动托轮、托轮驱动机构、托轮同步移动调整机构、小车传动装置组成，在前后两个小车之间，放置一根加工的钢管。在减速电机的驱动下，主动托轮带动工件作旋转运动；小车传动装置在钢绳拉动下，实现轴向移动。

2.3 电气控制系统

（1）系统功能。其一，完成设备主机、辅机以及各系统部件的电气控制和电动功能；其二，完成设备的半自动/手动加工控制；其三，对整个加工过程中的各个要素如气压不足、磨头过载、托轮驱动过载、托轮滑车过载等进行实时监控和报警显示（声光报警提示）。

（2）系统配置。自动化控制设备及元件为：常用低压电器元件选用施耐德产品；设备动作位置传感器选用天津图尔克接近开关；托轮调速驱动变频器选用西门子产品，并留有合理的过载裕量；电气控制主控单元PLC可编程控制器选用西门子S7-200型系列。

对变频传动装置的主要配置要求，是进线配置开关（施耐德）；出线滤波器（磁环滤波）。对软件的要求，是采用软件为授权软件，提供PLC应用程序的源程序，数据库不加密。

对PLC配置要求，是输入/输出点15%装机备用。

变频调速控制的电机，系选用变频电机。

（3）PLC信号。开关量信号为DC24V；信号内容为：待料信号、正在加工信号、故障报警信息（气压不足、磨头过载、断带）等；提供砂轮、砂带电机电流检测缩小信号（转换为0～20 mA），用于气动电力比例阀控制信号。

（4）系统图。在设计审查时确定。

（5）主要元件的型号。具体型号详见附件2第三项电气元件外购清单，在设计审查时确定。

（6）提供的电源条件。低压为AC380 V±10%，三相；生产线低压配电方式为三相四线；频率为49～50.5 Hz或（50±2）Hz；电气系统总装机容量为300kW。

（7）供货设备内部的控制电压要求。交流控制电压为AC 220 V/50 Hz；直流控制电压为DC 24 V；电磁阀电压为DC 24 V。

（8）对电气柜、操作台、接线箱的要求。电气柜靠墙单面安装、安装在车间内机旁现场；操作台（尺寸为高1.0 m，宽0.8 m，厚0.45 m）布置在设备的正前方2 m处或操作室内；外接电气元件必须经接线箱接入电气柜，其防护等级不低于IP54；置于车间内机旁现场电气柜、操作箱、I/O箱、接线箱，防护等级不低于IP54；动力线与控制线必须分开布线，以防干扰。

2.4 气动系统

（1）系统功能。满足砂带的张紧与更换；满足磨头离开和接触工件；满足在磨削过程中磨头接触工件压力的可调性。

（2）系统配置。由三联件、压力表及压力表开关、电磁阀、调压阀、执行气缸及管线组成。

（3）主要参数为0.3～0.5 MPa。

3 结束语

外圆砂带（砂轮）磨削装置的开发，使自动化控制技术、气动技术、定位技术、砂带（砂轮）磨削技术等，在钢管加工行业中得到充分利用，对科技进步起到了巨大的推动作用。大大提高了Φ 820 mm及其以下系列热轧钢管的磨削品质及效率，满足了各行业对大口径无缝钢管的需求。

[1]闻百灵，李君君，宋海波.简述无缝钢管弯曲工艺及发展状况[J].化学工程与装备，2009，（11）：22-24.

[2]秦建平，朱艳春.大直径厚壁黑皮管内外圆修磨机的设计特点[J].山西冶金，2008，（3）：76-77.

[3]吴建华.钢管生产技术进步和发展趋势[J].工程建设与设计，2005，（7）：52-53.

[4]李 群.天津钢管集团股份有限公司为国家重点工程大规模配送无缝钢管[J].钢管，2008，（4）：14-15.