芯棒转运装备的制作方法

1.本实用新型属于钢管生产技术领域，涉及一种芯棒转运装备。


背景技术：

2.限动芯棒连轧机是钢管生产设备的重要组成部分，作为热轧无缝钢管生产的主要变形工序之一，限动芯棒连轧机主要功能是减壁，将空心毛管的壁厚轧制到接近成品壁厚。毛管壁厚减小是在连轧机轧辊与芯棒共同作用下实现的，芯棒为关键的内变形工具。
3.芯棒在轧制过程中，全程被高温毛管包裹，芯棒表面温度会迅速升高，高温状态下芯棒的润滑效果会降低，摩擦力增大，芯棒表面会出现损伤，进而影响钢管质量；为了延长芯棒的使用寿命、保证钢管的产品质量，轧制结束的芯棒需要进行冷却、润滑处理。为了保证冷却、润滑效果，且不影响生产节奏，连轧生产线上，通常有6～7根芯棒循环使用，1根在线轧制，其余芯棒进行冷却、润滑等工序。
4.现有钢管连轧生产线上，使用2套惠斯顿机构(旋转移送机构)，分别完成轧后芯棒从轧制中心线拨到返回辊道的动作，和下一根要上线轧制芯棒从润滑后辊道拨入到轧制中心线的动作。但惠斯顿机构运行距离较长，运行速度受限，芯棒上下料动作时间偏长，导致连轧机的周期时间增加，生产线的生产节奏降低，影响生产线的产量及效益。
5.为解决以上问题，本实用新型公开了一种芯棒转运装备及其使用方法，该装备设置了一种新的芯棒转运装置，可以快速完成芯棒上下料动作，缩短芯棒的循环周期，提升钢管生产设备的生产节奏，提高生产线产量。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型提供了一种芯棒转运装备，其特征在于：包括：
7.芯棒转运装置，所述芯棒转运装置用于将芯棒转运至芯棒限动循环装置参与钢管生产后再转运出芯棒限动循环装置，所述芯棒转运装置包括上料装置和下料装置，所述上料装置用于将芯棒转运至芯棒限动循环装置，所述下料装置用于将参与钢管生产后的芯棒从芯棒限动循环装置转运出；
8.芯棒限动循环装置，所述芯棒限动循环装置设置于芯棒转运装置的下方位置处用于控制芯棒在钢管生产过程中的运动。
9.进一步，所述上料装置包括上料横移机构、上料升降臂和上料臂，所述上料臂通过上料升降臂以可被控制的沿竖直方向运动的方式安装于上料横移机构；所述下料装置包括下料横移机构、下料升降臂和下料臂，所述下料臂通过下料升降臂以可被控制的沿竖直方向运动的方式安装于下料横移机构。
10.进一步，还包括用于搭载芯棒转运装置的导向支撑装置，所述芯棒转运装置以可沿水平方向移动的方式设置于导向支撑装置，所述导向支撑装置包括水平设置的支撑座，所述支撑座的底部设置有若干用于支撑所述支撑座的支撑腿。
11.进一步，所述芯棒转运装置还包括控制单元和托座，所述控制单元用于控制芯棒
转运装置的运动，所述托座用于将芯棒限位，托座的表面设置有用于保护芯棒外表面的柔性保护层，所述上料臂和下料臂上均设置有托座。
12.进一步，所述上料横移机构以可被控制的沿水平方向移动的方式设置于支撑座，所述下料横移机构以可被控制的沿水平方向移动的方式设置于支撑座，所述控制单元控制上料横移机构和下料横移机构在支撑座上的移动。支撑座上设置有导轨、导槽或齿条等导向机构，上料横移机构和下料横移机构则通过与上述导向机构配合实现在支撑座上沿水平方向左右移动。
13.进一步，所述芯棒限动循环装置设置有用于上料的芯棒润滑后辊道、用于下料的芯棒返回辊道和用于承托芯棒的芯棒支撑辊道，所述芯棒润滑后辊道和芯棒返回辊道分别设置于芯棒支撑辊道水平方向的两侧，所述上料装置往复运动于芯棒润滑后辊道和芯棒支撑辊道之间位置处，所述下料装置往复运动于芯棒支撑辊道和芯棒返回辊道之间位置处。
14.进一步，所述上料升降臂可伸缩，所述上料升降臂竖直安装于上料横移机构的底部，所述上料臂水平安装于上料升降臂的末端并位于上料升降臂靠近芯棒支撑辊道侧的位置处，所述上料臂随上料升降臂的伸缩在竖直方向上下运动，所述控制单元控制上料升降臂的伸缩；所述下料升降臂可伸缩，所述下料升降臂竖直安装于下料横移机构的底部，所述下料臂水平安装于下料升降臂的末端并位于下料升降臂靠近芯棒支撑辊道侧的位置处，所述下料臂随下料升降臂的伸缩在竖直方向上下运动，所述控制单元控制下料升降臂的伸缩。上料升降臂和下料升降臂通过电动推杆、液压推杆或者滚珠丝杆组件等实现伸缩功能。
15.进一步，所述上料升降臂有若干个，若干个上料升降臂沿上料横移机构长度方向间隔设置于上料横移机构的底部，上料臂对应上料升降臂的数量设置有若干个；所述下料升降臂有若干个，若干个下料升降臂沿下料横移机构长度方向间隔设置于下料横移机构的底部，下料臂对应下料升降臂的数量设置有若干个。设置若干个上料升降臂和下料升降臂是为了在转运芯棒的过程中对芯棒实现多点支撑，增大支撑面积，使得转运更为平稳，上料升降臂和下料升降臂的数量以及具体的布置位置可根据芯棒的长度进行具体调整。
16.进一步，所述芯棒限动循环装置设置有上料等待位和下料等待位，所述上料等待位设置于芯棒支撑辊道上方靠近芯棒润滑后辊道的位置处，所述下料等待位设置于芯棒支撑辊道下方靠近芯棒返回辊道的位置处；所述上料臂在芯棒润滑后辊道、上料等待位和芯棒支撑辊道之间位置处做往复运动；所述下料臂在下料等待位、芯棒支撑辊道和芯棒润滑后辊道之间位置处做往复运动。
17.进一步，所述控制单元包括信号接收模块、中央处理模块和指令输出模块，所述信号接收模块接收指令信号并将指令信号传输至中央处理模块，所述中央处理模块接收信号接收模块传输的指令信号并将其转换为动作信号传递至指令输出模块，指令输出模块接收动作信号并控制芯棒转运装置做出相应动作。控制单元可通过人工控制的方式控制芯棒转运装置做出相应动作，也可通过传感器配合或自动化程序控制芯棒转运装置。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型公开了一种芯棒转运装备及其使用方法，该装备可以快速完成芯棒上下料动作，缩短了芯棒上下料周期，进而提升了钢管生产设备的生产节奏，提高生产线产量。
附图说明
20.图1为本实用新型的左视图；
21.图2为本实用新型的主视图；
22.图3为图1中a处的局部放大图；
23.图4为本实用新型控制单元的控制框图；
具体实施方式
24.图1为本实用新型的左视图；图2为本实用新型的主视图；图3为图1中a 处的局部放大图；图4为本实用新型控制单元的控制框图；
25.需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.下面结合芯棒转运装备的实际使用对本实用新型公开的技术方案做进一步阐述。
27.如图所示，本实用新型提供了一种芯棒转运装备，包括芯棒转运装置、导向支撑装置和芯棒限动循环装置12，所述芯棒转运装置用于将芯棒转运至芯棒限动循环装置12参与钢管生产后再转运出芯棒限动循环装置12，所述芯棒转运装置以可沿水平方向移动的方式设置于导向支撑装置，所述芯棒限动循环装置12 设置于芯棒转运装置的下方位置处用于控制芯棒参与和退出钢管的生产。本实施例中，芯棒限动循环装置12上设置有限动齿条，芯棒限动循环装置12通过限动齿条控制芯棒以设定速度穿入钢管内部，随后与钢管一起进入钢管生产设备进行轧制，轧制结束后，钢管从钢管生产设备出口离开，芯棒限动循环装置则控制芯棒返回。本实施例中钢管生产设备指代的是连轧机，连轧机对穿设有芯棒的钢管进行连扎生产则由自带的控制系统控制实现，此为现有技术，在此不再赘述。本实施例的左右方向以图1中芯棒限动循环装置12的左右方向为基准。
28.本实施例中，所述芯棒转运装置包括上料装置和下料装置，所述上料装置用于将芯棒转运至芯棒限动循环装置12，所述下料装置用于将参与钢管生产后的芯棒退回至芯棒限动循环装置12的芯棒从芯棒限动循环装置12转运出；所述上料装置包括上料横移机构1、上料升降臂3和上料臂5，所述上料臂5通过上料升降臂3以可被控制的沿竖直方向运动的方式安装于上料横移机构1；所述下料装置包括下料横移机构2、下料升降臂4和下料臂6，所述下料臂6通过下料升降臂4以可被控制的沿竖直方向运动的方式安装于下料横移机构2。
29.本实施例中，所述芯棒转运装置还包括控制单元和托座7，所述控制单元用于控制芯棒转运装置的运动，所述托座7用于将芯棒限位，所述上料臂5和下料臂6上均设置有托座7。如图所示，托座7为“v”型结构，托座7表面设有柔性材料，保护芯棒，避免运输过程中损伤芯棒表面镀层，同时“v”型结构可以很好地将芯棒限位于上料臂5或下料臂6上避免转运时芯棒滑落。
30.本实施例中，所述导向支撑装置包括水平设置的支撑座8，所述支撑座8的底部设置有四根用于支撑所述支撑座8的支撑腿9，如图所示，支撑座8为矩形框架结构，四根支撑腿9分别安装于支撑座8的四角，所述上料横移机构1以可被控制的沿水平方向移动的方式设置于支撑座8，所述下料横移机构2以可被控制的沿水平方向移动的方式设置于支撑座8，
所述控制单元控制上料横移机构1 和下料横移机构2在支撑座8上的移动。支撑座8上设置有滑轨，上料横移机构 1和下料横移机构2则设置有通过电动机驱动的滑轮16，所述电动机驱动滑轮 16在导轨上移动，进而实现了上料横移机构1和下料横移机构2在支撑座8上的移动，滑轨还可以限制上料横移机构1和下料横移机构2的移动行程；控制单元则通过控制电动机的启停和正反转控制上料横移机构1和下料横移机构2的移动以及上料横移机构1和下料横移机构2移动的方向，此技术为现有技术在本实施例中的应用，在此不再赘述。
31.本实施例中，所述芯棒限动循环装置12设置有用于芯棒上料的芯棒润滑后辊道10、用于下料的芯棒返回辊道11和用于承托芯棒的芯棒支撑辊道13，所述芯棒润滑后辊道10和芯棒返回辊道11分别设置于芯棒支撑辊道13水平方向的两侧，所述上料装置往复移动于芯棒润滑后辊道10和芯棒支撑辊道13之间位置处，所述下料装置往复移动于芯棒支撑辊道13和芯棒返回辊道11之间位置处。
32.本实施例中，所述上料升降臂3可伸缩，所述上料升降臂3竖直安装于上料横移机构1的底部，所述上料臂5水平安装于上料升降臂3的末端并位于上料升降臂3靠近芯棒支撑辊道13侧的位置处，所述上料臂5随上料升降臂3的伸缩在竖直方向上下运动，所述控制单元控制上料升降臂3的伸缩；所述下料升降臂 4可伸缩，所述下料升降臂4竖直安装于下料横移机构2的底部，所述下料臂6 水平安装于下料升降臂4的末端并位于下料升降臂4靠近芯棒支撑辊道13侧的位置处，所述下料臂6随下料升降臂4的伸缩在竖直方向上下运动，所述控制单元控制下料升降臂4的伸缩。本实施例的上料升降臂3和下料升降臂4是通过电动推杆实现的伸缩，电动推杆通过自身的电动机驱动实现伸缩，控制单元只需控制电动机即可控制电动推杆的伸缩和启用，同时电机驱动的电动推杆精度高，可中停，故可以很好地控制上料臂5和下料臂6悬停于上料等待位和下料等待位。
33.本实施例中，所述上料升降臂3有五个，五个上料升降臂3沿上料横移机构 1长度方向均匀的间隔设置于上料横移机构1的底部，上料臂5对应上料升降臂 3的数量设置有五个；所述下料升降臂4有五个，五个下料升降臂4沿下料横移机构2长度方向均匀的间隔设置于下料横移机构2的底部，下料臂6对应下料升降臂4的数量设置有五个。设置五个上料升降臂3和下料升降臂4是为了在转运芯棒的过程中对芯棒实现多点支撑，增大支撑面积，使得转运更为平稳，上料升降臂3和下料升降臂4均匀布置是为了使芯棒受力更为均匀。
34.本实施例中，所述芯棒限动循环装置12设置有上料等待位和下料等待位，所述上料等待位设置于芯棒支撑辊道13上方靠近芯棒润滑后辊道10的位置处，所述下料等待位设置于芯棒支撑辊道13下方靠近芯棒返回辊道11的位置处；所述上料臂5在芯棒润滑后辊道10、上料等待位和芯棒支撑辊道13之间位置处做往复运动；所述下料臂6在下料等待位、芯棒支撑辊道13和芯棒润滑后辊道10 之间位置处做往复运动。
35.本实施例中，所述控制单元包括信号接收模块、中央处理模块和指令输出模块，所述信号接收模块接收指令信号并将指令信号传输至中央处理模块，所述中央处理模块接收信号接收模块传输的指令信号并将其转换为动作信号传递至指令输出模块，指令输出模块接收动作信号并控制芯棒转运装置做出相应动作。控制单元可通过人工控制的方式控制芯棒转运装置做出相应动作，也可通过传感器配合或自动化程序控制芯棒转运装置。本实施例中，由于芯棒限动循环装置12 和导向支撑装置的位置是固定的，故可以建立空间坐标系，将上料等待位、下料等待位、芯棒润滑后辊道10、芯棒支撑辊道13和芯棒返回辊道11等
部件的位置转化为空间坐标，将芯棒转运装置的各部分运动轨迹带入空间坐标系，并由控制单元控制芯棒转运装置按照运动轨迹进行运动，同时也可以将控制单元接入连轧机的控制系统，与连轧机协调同步动作，进而使得整个装备的上、下料和连扎生产开展的更为顺畅。
36.一种芯棒转运装备的使用方法，包括上述的芯棒转运装备，包括以下步骤：
37.a.上料装置将当前需参与钢管生产的芯棒ⅰ14由芯棒润滑后辊道10转运至芯棒支撑辊道13，芯棒限动循环装置12将芯棒ⅰ14以设定速度推入预设位置待生产的钢管内部，随后与待生产的钢管一起进入钢管生产设备连轧机进行轧制，下料装置位于下料等待位；
38.b.芯棒ⅰ14生产的同时，上料装置将下一根需要生产的芯棒ⅱ15由芯棒润滑后辊道10转运至上料等待位；
39.c.钢管生产完成后，芯棒限动循环装置12将芯棒ⅰ14抽拉回退至芯棒支撑辊道，下料装置将芯棒ⅰ由芯棒支撑辊道13转运至芯棒返回辊道11，再返回下料等待位，同时上料装置将芯棒ⅱ15由上料等待位转运至芯棒支撑辊道13，芯棒限动循环装置12再将芯棒ⅱ15推入以设定速度推入预设位置待生产的钢管内部，随后与待生产的钢管一起进入钢管生产设备连轧机进行轧制参与钢管生产；
40.d.重复步骤a-c进行芯棒的连续上下料及钢管生产。
41.连轧机轧制过程中，芯棒上料装置的上料臂提前将下一根要上线轧制的芯棒ⅱ横移运输到当前在线的芯棒ⅰ斜上方的上料等待位，芯棒下料装置的下料臂在当前在线的芯棒ⅰ另一侧斜下方的下料等待位；连轧机通过限动齿条控制芯棒进行轧制或退出轧制，当限动齿条回退到所有上料臂和下料臂的动作范围之外时，芯棒下料装置的下料臂启动横移，将取料臂的托座快速运行到当前在线芯棒的正下方；待当前在线的芯棒ⅰ的回退运行速度降低到设定值时，芯棒下料装置的下料臂启动快速上升、横移，将轧制完成的芯棒ⅰ运输到返回辊道上，然后芯棒下料装置的下料臂返回下料等待位，准备下一个周期下料动作；芯棒上料装置的上料臂从上料等待位延时启动横移、下降，将下一根要上线轧制的芯棒ⅱ运输到芯棒支撑辊道的轧制中心线上后，芯棒上料装置返回到芯棒润滑后辊道下方，待下一根要上线轧制的芯棒到位并停止运动后，芯棒上料装置启动上升、横移，将下一根要上线轧制的芯棒运输到上料等待位，准备下一个周期上料动作。
42.接下来以以国内某高水平φ89动芯棒连轧机组为例，进一步说明本实用新型。
43.国内某高水平φ89动芯棒连轧机组，其连轧机最快生产节奏可达到130p/h 以上；该机组的芯棒上下料使用惠斯顿机构，采用芯棒上料惠斯顿现将芯棒举到高点的控制方法，芯棒上下料惠斯顿运行轨迹见附图3；该机组实际生产数据如下：取放料阶段惠斯顿旋转速度为～6rpm，最大旋转速度～19rpm；芯棒下料惠斯顿从启动到离开干涉区，旋转141
°
，用时约2.4s；芯棒下料惠斯顿离开干涉区后上料惠斯顿启动运行，从二次等待位到离开干涉区，旋转141.5
°
，用时约2.6s；从芯棒上料惠斯顿启动到芯棒下料惠斯顿到达安全位，包括启动延时及电气设备反应时间，动作运行总时间约为5.2s。
44.上述惠斯顿旋转臂的臂长～1m，取料阶段旋转速度为～6rpm，竖直方向最大分速度～0.63m/s；运行阶段最大旋转速度为～19rpm，水平方向最大分速度～1.95m/s；在相同条件下对比节奏时间，本实用新型公开的芯棒转运装置速度设定如下：上料臂和下料臂接触芯棒时的竖直方向速度＜0.6m/s，上料横移机构和下料横移机构的水平方向横移速度
1m/s，加速度2m/s2。
45.φ89连轧机机组的最大芯棒直径～130mm，考虑一定安全余量，设定干涉区范围：芯棒下料装置下料臂提升200mm，芯棒尾柄与芯棒夹持机构脱离；芯棒下料装置的下料横移机构返回辊道方向横移250mm，芯棒下料装置离开与芯棒上料装置的干涉区，为下料安全区；芯棒上料装置的上料横移机构从等待位向轧制中心线方向横移250mm，下一根芯棒位于轧制中心线正上方；芯棒上料装置上料臂下降350mm，将芯棒放入芯棒夹持机构内，继续下降离开与限动齿条的干涉区。干涉区之外的动作时间与其它生产节奏时间重合，不需重复考虑。
46.计算动作节奏时间：
47.1)芯棒下料装置
48.下料臂提升动作：从静止加速0.6m/s，以0.6m/s的速度匀速一段，再减速停止，总行程200mm，总用时0.634s。
49.下料横移机构横移动作：从静止加速1m/s，行程250mm，用时0.5s。
50.2)芯棒上料装置
51.上料横移机构横移动作：从静止加速0.7m/s，以0.7m/s的速度匀速一段，再减速停止，总行程250mm，总用时0.708s。
52.上料臂下降动作，从静止加速0.6m/s，以0.6m/s的速度匀速一段，总行程 350mm，总用时0.734s。
53.芯棒下料、上料的横移动作同时启动，节奏时间重合0.5s；
54.综上计算，本实用新型的芯棒转运装置周期动作的理论节奏时间为2.076s；结合工程实际情况，收到启动信号到设备速度改变的电气设备反应时间＜0.1s，本实用新型的芯棒转运装置周期动作的实际节奏时间＜2.3s。与上述惠斯顿机构相比，可节约节奏时间约2.9s。
55.常规限动芯棒连轧管线的生产节奏为30s(120p/h)，使用本实用新型中的芯棒转运装置，生产节奏可提升到27.1s(132.8p/h)，生产节奏提升约10％。如果适当提高取料臂、横移升降机构的运行速度及加速度，上下料节奏时间还能进一步降低，节约更多的节奏时间，进一步提升生产节奏。
56.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。