高强度油气管道钻铣切管机系统结构设计.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第 1 O期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 0 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 1 2 高强度油气管道钻铣切管机系统结构设计 葛汉林，吴明， 辽 宁石油化工大学， 姜芳 ，胡志勇 辽 宁抚 顺 1 1 3 0 0 1 摘要针对 X 7 0 、X 8 0高强度油气管道的切割与坡口作业 ，介绍了钻铣切管机的组成及工作原理，设计 了切管机的固 定盘、活动盘、夹持支腿、钻铣头、仿形坡口装置及液压系统的结构，同时选择了铣刀及装夹方式。 关键词X 8 0钢；油气管道；切管机；铣削；液压驱动 中图分类号 T H 1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 41 00 4 2 3 St r uc t u r e De s i g n o f Hi g h S t r e n g t h Oi l a n d Ga s Pi p e l i ne s Dr i l l i n g a nd M i l l i ng Cut t i n g M a c h i n e GE Ha n l i n，WU Mi n g ，J I ANG F a n g ，HU Z h i y o n g L i a o n i n g S h i h u a ， U n i v e r s i t y ，F u s h u n L i a o n i n g 1 1 3 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o X7 0， X 8 0 h i g h s t r e n g t h p i p e l i n e c u t t i n g a n d b e v e l i n g o p e r a t i o n r e q u i r e me n t s ，t h e c o mp o s i t i o n a n d w o r k i n g p ri n c i p l e o f d ri l l i n g a n d mi l l i n g ma c h i n e w e r e i n t r o d u c e d， t h e s t r u c t u r e s o f c u t t i n g ma c h i n e fi x e d d i s k，mo v a b l e d i s k ，c l a mp i n g l e g s ，d ri l l i n g a n d mi l l i n g h e a d， c o p y i n g g r o o v e f r a me a n d t h e h y d r a u l i c s y s t e m we r e d e s i g n e d ．At t h e s a me t i me ，mi l l i n g c u t t e r a n d t h e c l a mp i n g wa y w e r e c h o s e n ． Ke y wo r d s X8 0 s t e e l ；Oi l a n d g a s p i p e l i n e ；Cu t t i n g ma c h i n e ；M i l l i n g ；Hy d r a u l i c d riv e 无论输送何种介质 的管道 ，在运行 中除了进行有 计划的维修和改造外 ，更避免不了突发性事故的抢修 如带压抢修 、更 换腐蚀 管道 、加装 装置 、分 输改造 等作 业 。在 抢修 中，对 于管道更换 ，一般是 在破 损 位 置的两端进行管道切割 ，然后对管端做坡 口，最后 将管道进行焊接⋯。所以管道切管机是管道施工中的 重要设备之一 。 切管机的类型很多，国内如浙江奥太机械有限公 司生产的 I S D电动坡 口机等 ，但都是针对城市管线的 小管径、铸铁管道 ，而且采用小型电机或气动马达。 国外 最 具 有 代 表 性 的是 美 国 WA C H S公 司 生 产 的 T R A V L一 爬管 式切 割机 和 S F 、H D S F分 瓣 式切 割坡 口机 ，但其主要缺点是在线切管时容易夹刀、切割时 间过长 、无 法 切 割 X 8 0等 高 强 度 大 壁厚 的 管 道 。 作者设计的钻铣切管机主要针对长输油气管道，切割 管道材 质 为 X 7 0 、X 8 0等 高 强 度 管线 钢 ，管 径 范 围 4 5 7～1 2 1 9 m m，管道壁厚 2 8 m m以内。 1 钻铣切管机的组成及工作原理 1 ． 1 钻铣切管机的组成 钻铣切管机由液压马达驱动，主要包括固定盘、 活动盘、夹持支腿、钻铣头、传动装置、仿形坡 口车 刀架、液压系统等部件。其机体三维示意图如图 1 所 示。 图 1 钻铣切管机机体三维示意图 1 ． 2 钻铣切管机工作原理及优势 1 工作原理 。在 机械 冷 加工 中 ，为 了要 从 工 件上切去一部分金属 ，刀具 与工件之 间必 须完成一定 的切削运动。常用的机械冷加工有车削、铣 削、刨 削 、镗 削 、锯 削等 。美 国 WA C H S公 司 的切 管机 工作 原理有锯切 、卧式铣削、车削等，如图2 a 、 b 、 C 所 示 。作者 设计 的钻 铣 切管 机工 作原 理 采用 立 铣刀立式铣削 ，如图2 d 所示。切管机利用一个 液压马达驱动立铣刀旋转，形成切削主运动 ；利用另 一 个液压马达驱动活动盘旋转，形成周 向进给运动， 而管道静止不动 ，这样就实现了铣刀与管道的切削运 动 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 6 作者简介葛汉林 1 9 7 7 一 ，男，博士研究生，讲师，从事机电液一体化设备、油气管道维抢修设备研究开发。Em a i l s u t g h l 1 6 3． c o m。 第 1 0期 刘玉 等流量伺服阀在液压系统仿真中的描述方法探讨 1 3 9 3 流量压降特性插值描述方法 通常流量伺服阀的样本都给出了在标准压差下的 额定流量 ，还会给出在开 口度最大的情况下的流量压 降曲线。通过截取流量压降曲线上的对应关键点，形 成流量 、压降、开口度的对应矩阵 ，每一个开口和压 降的组合将得到一组流量。同理，矩阵内的元素越 多，描述越精确，两点之间采用插值的方法进行描 述。适用于直接采用伺服阀样本给出数据进行流量伺 服阀的负载流量特性描述。 2 伺服阀性能仿真测试结果 为了测试整个伺服阀的描述性能，采用 MA T L A B 软件 S i m h y d r a u l i c s 液压仿真工具箱 ，搭建测试模型如 图 7所 示 。测 试 模 型 中 ，伺 服 阀 A、B出 口直 接对 接 ，形成双边压降，同时在模型中增加必要的流量传 感器 、压力传感器 ，用于检测模型中间数据。采用动 态反馈阀芯描述方法和流量压降特性插值描述方法对 伺服阀进行描述 ，以 M O O G公 司 D 6 6 1 一 G - A系列 流量 伺服阀，额定流量 8 0 L ／ m i n为例，得到的伺服阀性 能仿真曲线如图8所示。 图7 伺服阀性能描述测试模型 稳 皇 ● 删 壤 O 5 l O l 5 2 0 2 5 3 0 时间／ ms a 阀芯 响应 变化 规律 指 令信 号， ％ b 指令信号与流量 之 间的 变化 规律 l 一 阀芯给 定信 号2 5 ％ 2 -- 阀芯给定信号5 0 ％ 3 一 阀芯 给定信 号7 5 ％ 4 -- 阀芯 给定信 号1 0 0 ％ 2 刍 1 鲁 二 1 岫l 媾 0 2 0 4 0 6 0 8 01 O 01 2 0 l 4 0 压 [ ／ MP a c 压 降与 流量 之 间 的变 化规 律 图 8 伺服阀性能仿真曲线 图8中分别描述了阀芯响应变化规律、指令信号 与流量之 间的变化规律、压降与流量之间的变化规 律。与样本 给出的数 据进行对 比后 ，变化规律基本一 致 ，表明测试 模型和描述方法可以应用到伺服系统 的 性能仿真 中。 3结论 针对采用功率键合图的液压系统仿真建模方法 ， 对流量 伺 服 阀 的 建 模 原 理 进 行 了详 细 描 述 。采 用 S i m h y d r a u l i c s 软件搭建了物理测试模型并进行了建模 验证 ，为建立高精度液压伺服系统仿真模型奠定了基 础 。 参考文献 [ 1 ]刘勋， 刘玉， 李新有． 基于 S i m h y d r a u l i c s 软件的电液伺服 系统仿真分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 1 0 4 1 4 5 ． [ 2 ]MO O G D 6 6 1 一 G伺服阀样本， MO O G公司， 2 0 1 0 ． [ 3 ]S i m h y d r a u l i c s U s e r s G u i d e [ M] ． T h e m a t h w o r k s T M， 2 O 0 8 ． 上接第4 4页 刀莫氏锥柄装入筒夹的莫氏孔内，并用螺钉与筒夹拉 紧；筒夹装入钻铣头 主轴 7 2 4锥度 内锥孔 里 ，再用 端面键与夹紧螺帽锁紧，此时铣刀、筒夹 、主轴三者 可靠连接成一体 。 6结束语 针对大管径、大壁厚、高强度的 X 8 0油气管道 切割与坡口要求，介绍了钻铣切管机的组成与工作原 理 。采用 的立铣刀立式铣削 的方案具有切 口宽 、摩擦 力小、接触面积小、切削速度快等优势。根据该机的 工作环境及要求 ，动力源采用液压驱动的方式。对钻 铣切管机的系统结构进行了设计。该机器具有操作简 单、切管速度快、坡 口精度高等优点。 参考文献 [ 1 ]中国石油管道兰州输气分公司． 长输油气管道抢修手册 [ M] ． 兰州 兰州大学出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ]张峰， 梁君直． 大口径管道管端坡口整形机[ J ] ． 石油工 程建设 ， 2 0 0 2 ， 2 8 3 4 9 5 0 ． [ 3 ]S Y ／ T 0 5 1 8 ． 2 0 0 2 ． 油气管道钢制对焊管件设计规程[ S ] ． [ 4 ]S Y ／ T 4 1 0 3 - 2 0 0 6 ． 钢质管道焊接及验收[ s ] ． [ 5 ]A P I S P E C 5 L - 2 0 0 7 ． 管线钢管规范[ S ] ． 4 4版． [ 6 ]成大先． 机械设计手册单行本 液压传动[ M] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 7 ]王益群， 高殿荣． 液压工程师技术手册 [ M] ． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 8 ]杨伟群． 数控工艺培训教程 数控铣部分[ M] ． 2版． 北 京 清华大学出版社 ， 2 0 0 6 ．