管路法兰盘自动焊接及除锈、喷漆装置在煤矿的研发与应用
曹贵阳
（宁夏回族自治区灵武市宁东镇石槽村煤矿751400）
摘要 自行设计的管路法兰盘自动焊接及除锈、喷漆装置在石槽村煤矿的现场应用，介绍了该装置的原理、功能、组成及带来的经济效益。该装置具有成本低、效率高、施工质量好等特点，大大降低了施工人员的劳动强度，改善了作业环境，减少了材料的浪费及有害气体对人体的伤害，且只需一人遥控操作设备即可，值得大力推广。
关键词 管路 自动 焊接 除锈喷漆 研发与应用
1概 述
石槽村煤矿机电一队担负矿井所有供风、供水管路的喷漆及连接法兰盘的焊接工作。随着矿井接续的不断延伸，井下供水、供风管路不断增加，而管路法兰的焊接，一直由机电一队机修车间电焊工采用手工电弧焊接来完成，投入人员多、效率低，加之电焊产生的烟雾对人体呼吸系统造成极大的损伤，且浪费材料严重。同时，由于施工人员技术水平参差不齐，焊接质量不稳定，现场安装使用时，时常出现跑冒滴漏现象，影响使用效果和文明生产。综上所述，自主研发、设计、制作管路法兰盘自动焊接及除锈、喷漆装置。
该装置能够实现自动上管、下管、自动焊接法兰盘、自动除锈、自动喷漆。从而省去了人工搬运、焊接、除锈、喷漆的繁重劳动工作量，提高工作效率。
2管路自动除锈、喷漆装置结构及工作原理
2.1管路自动除锈、喷漆装置结构
2.1.1钢丝绳牵引系统
钢丝绳牵引系统主要由驱动电机、减速箱、皮带轮、防护罩、钢丝绳、尾绳支撑装置、尾绳夹紧装置等主要部件构成，见图1。
2.1.2管路旋转系统
管路旋转系统主要由驱动电机、减速箱、前顶尖、后顶尖、液压缸、液压缸基座等主要部件构成。
2.1.3导轨系统
导轨系统主要由上料导轨、下料导轨、移动导轨、推移液压缸、连杆机构、支撑槽、支撑液压缸等主要部件构成。
2.1.4喷枪系统
喷枪系统主要由轨道小车（载体）、喷枪、储漆槽、密封隔板、储气压力罐、阀门、橡胶软管等主要部件构成。
2.1.5除锈系统
除锈系统主要由角磨机及钢丝刷头组成，在管路两侧各安装1组。
2.1.6液压系统
液压系统主要由电动机、压力表、液压马达、液压缸、控制阀组、高压管路等主要部件构成。
2.1.7电控系统
电控系统主要由电气控制箱、信号接收装置、遥控器、限位传感器等主要部件组成。
图1管路自动除锈、喷漆装置
2.2管路自动除锈、喷漆装置工作原理
2.2.1上料
该装置的上料工作由推移液压缸驱动完成，当管路进入上料导轨时，作业人员操纵手动控制阀，操作液压缸推动上料导轨做抬升动作，此时管路被缓慢地抬起，当达到一定角度后，管路的下滑分力大于管路与轨道间的静摩擦力时，管路便顺着预定轨道缓慢地滑入支撑槽中。但是由于管路自身较重，动能大，管路往往冲过预定的支撑槽而直接滑入下料导轨中，为此专门在支撑槽处预留槽口，并设计一个连杆机构，连接上料导轨与槽口处钢板。静止状态时，槽口处呈闭合状态，当液压缸驱动上料导轨开始向上运行时，通过连杆机构，槽口处钢板下沉，留出预留槽口，当管路下落到该位置时，有效卡住管路，防止管路滑入下料导轨，至此完成整个上料过程。
2.2.2夹紧
管路进入预定位置后，作业人员通过操纵手动控制阀控制液压缸的升降。当液压缸升起时，支撑槽把管路升高到预定位置，后顶尖在另外一个液压缸的驱动下伸出与前顶尖相互配合把管路夹紧。在试验中由于顶尖的效果不是特别理想，围绕前顶尖在360度范围内焊接了金属条，以减少接触面积，增大压强，效果很明显，管路在前后顶尖作用下牢固可靠，没有发生滑动现象。
2.2.3除锈、喷漆
自动除锈装置安装在移动小车内，主要由角磨机及钢丝刷头组成，在管路两侧各安装1组。施工人员操作液压阀组实现管路自动上管、定位、夹紧后，使用遥控器，管路旋转启动，再启动角磨机，最后启动移动小车。钢丝绳牵引小车横向往复移动，角磨机对管路进行除锈。
喷漆作业由两部分动作组成：一是管路沿中心线旋转；二是钢丝绳牵引小车沿管路做轴向往复运动。管路的旋转由电机、减速机来驱动，电机与减速器之间采用直联形式，减速器通过前顶尖带动管路旋转，后顶尖起到固定夹紧作用，在前顶尖的作用下随管路一起旋转。钢丝绳牵引小车的移动则由电机、减速机和钢丝绳来实现，电机与减速机之间采用带传动形式，初期试验中由于小车移动速度过快，喷到管路上的油漆呈螺旋线形。为了将小车移动的速度控制在合理的区间内，经过精确的计算，最终确定了电机（转速1380 r/min）轴径15 mm，减速机轴伸端直径480 mm，减速器内部齿比13∶58，使得小车在往复一个循环内便可以完成喷漆作业，达到漆厚均匀，以此兼顾喷涂效率与质量之间的平衡。喷枪系统则由储气压力罐、漆槽、漆枪、橡胶软管等主要部件构成，喷枪的设计形式采用真空式，首先给储气罐充气，然后打开阀门让气流顺着软管从喷枪喷出，而软管与喷枪的连接采用Y型连接，一端连接储气罐，另一端连接入储漆槽，当高速气流从喷枪喷出后，喷枪内腔形成负压，储漆槽内的油漆在外部大气压的作用下把油漆压入喷枪，在高速气流的带动下，从枪口喷出，周而复始形成不间断的循环。该喷漆装置的电控系统由电控箱、遥控器和信号接收等主要部件组成，管路的旋转和小车的移动都是由作业人员手中的遥控器来实现，通过电控箱内部的继电器来实现电机的启停和正反转，作业人员在操作时，只需要站在泵站旁边操作遥控器便可完成喷漆作业，见图2。
图2除锈、喷漆
2.2.4下料
当喷漆结束，作业人员通过操纵手动阀将支撑槽降下，然后操作液压缸使后顶尖退出管路，让管路下降到槽口中。而前述的上料导轨在将管路送入预定位置夹紧后，其位置保持抬高状态并未改变，这时再将上料导轨缓慢降下，连杆机构在导轨下落的过程中将槽口处钢板抬高。在设计制造初期考虑到管子在喷涂完毕后，要自动下料，因此槽口处的钢板在设计时有一个倾斜角度，倾斜方向就是朝向下料轨道的方向。当连杆机构将槽口处钢板抬高时，因为有了这个斜角便可以顺利将管道推入下料轨道中，管道则在自身重力的作用下顺着下料导轨滑入成品区，此时喷漆装置所有部件均回到原始位置，至此完成整个作业循环。
3管路法兰盘自动焊接装置结构及工作原理
3.1管路法兰盘自动焊接装置结构（图3）
图3管路法兰盘自动焊接装置
3.1.1机械部分
机械部分主要由液压传动系统（自动上管、管路定位、管路夹紧、自动下管）、减速传动系统（采用齿轮减速电机调速，控制管路旋转速度）等组成。
3.1.2电控部分
电控部分主要由信号接收装置、遥控装置、电焊机电源、液压电控系统等组成。
3.1.3焊接部分（两套）
焊接部分主要由NB-500IGBT逆变式CO2气体保护焊机、CO2气体瓶、送丝机、焊枪及焊枪调节架等组成，见图4。
图4焊机、焊丝、焊枪示意图
3.2管路法兰盘自动焊接装置工作原理
3.2.1自动上管、定位、夹紧、下管
自动上管：由操作人员将管路移至上管位置，操作1#液压阀组操作杆，管路由导轨上升至指定位置。
自动定位：操作2#液压阀组操作杆，将管路顶起定位。
自动夹紧：操作3#液压阀组操作杆，使前、后顶尖伸出，将管路夹紧。
自动下管：操作2#液压阀组操作杆将管路顶起归位。操作1#液压阀组操作杆，使管路升起导轨下落。焊接完毕后，操作3#液压阀组操作杆，使前、后顶尖归位，管路沿预定轨道下落。
3.2.2自动焊接
管路定位并夹紧后，由操作人员调节两端焊枪支架，使焊枪枪头处于焊接位置并固定。送电焊机电源，调节输出电压（22~28 V）、电流（180~230 A），调节CO2气体瓶低压阀，使用遥控装置启动减速机及送丝机，管路旋转开始焊接。焊接时间2分钟，焊接完毕后，自动停机。
3.2.3电控原理
为了使管路转动、送丝机工作及保护气体供给同步启动和停止，在时间继电器后部接入小型中间继电器，当按下启动按钮后，中间继电器常开接点闭合，主接触器线圈吸合供电，驱动电动机转动，通过减速装置带动主轴按预先设定速度旋转；继电器另一副接点闭合，启动焊机工作，同时送丝机送丝，实现整机同步启动自动控制。当完成一圈焊缝后，预先设定的时间继电器动作，常开接点由闭合状态转换为断开状态，控制中间继电器断开，同时控制主电机停止，焊机及送丝机停止工作。
4结语
以往管路除锈、喷漆、法兰盘焊接需4人，劳动强度大、效率低、施工环境差、材料浪费严重、施工质量不稳定，且严重影响施工人员身体健康。每班每天除锈、刷漆及焊接法兰盘约30根左右。使用管路自动除锈、喷漆及法兰盘焊接装置后，每6分钟除锈、喷漆及焊接一根钢管，单班次可完成约80根。相比，该装置具有成本低、效率高、施工质量好等特点，大大降低了施工人员的劳动强度，改善了作业环境，减少了材料的浪费及有害气体对人体的伤害，成套装置运行只需一人遥控操作设备即可，每年预计创效约20万元，为我矿增收节支做出了突出贡献。
参考文献
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作者简介
曹贵阳，在国能宁煤集团石槽村煤矿工作，从事机电运输管理工作。