PE管焊接专用对口装置的研制PPT课件

1、-1-,马鞍山港华燃气有限公司,-2-,郑蒲港区域位置图,50公里,马鞍山位于南京都市圈核心层，长三角城市群，拥有国家卫生城市、国家园林城市、中国优秀旅游城市、中国人居环境范例城市的称号。,禄口机场,40公里,50公里,350公里,上海,-3-,小组概况,课题类型：创新型 成立时间：2011年6月 活动时间：2012年1月-7月 小组注册号：MAS2009010 课题登记号：MAS2012006,-4-,术语解释,名词一：PE管。PE管是一种以聚乙烯为主要原料的管道。PE管分为中密度聚乙烯管和高密度管两类。主要用于输送气态的人工煤气、天然气、液化石油气。与钢管相比，施工工艺简单，柔韧性好，防腐

2、性能好，使用寿命长。缺点：抗冲击能力差。,名词二： PE燃气管热熔焊接（以下简称：PE管焊接）。 PE管焊接是指对PE管的管端部位加热至熔化，在外压力作用下，迅速使两加热端压紧，实现充分融合，以达到焊接的目的。,名词三：PE管对口。 PE管道对口是指焊接前调整A、B管道，使之平行且同轴。,名词四：龙门吊。龙门吊是指门型起重机，有一定跨度，两侧有支架。,名词五：滚筒。滚筒是用于减少焊接过程中PE管摩擦力的承托装置,-5-,课题研究背景,-6-,课题研究背景,存在误差,1,2,3,4,聚乙烯燃气管道工程技术规程（CJJ63-2008）5.2.3条第1款，明确规定错边量不应大于管道壁厚的10%。这就

3、意味着SDR17.6200的PE管道对焊时，最大错边量不能大于1.13mm，否则视为不合格。为达到此标准，耗废了大量的人力、物力和时间，如何节约对口时间、提高焊接质量，是我们此次研究的关键所在。,-7-,课题研究背景,PE管焊接中影响焊接效率的几点要素,大气温度、湿度及风速的影响,施工现场状况，如作业面是否平整,施工人员数量和业务技能,机器设备的工作性能,-8-,课题研究背景:流程分析,平整场地,人力清理平整,装配机器,由专业技术人员 负责机器安装调试,抬运管道,需要人力扶持 抬运,焊接对口,需要人力扶持 和调整,管道焊接,由机器控制调整,管道焊接冷却,由机器控制调整,焊接结束 冷却,-9-,

4、课题研究背景：完成各项流程所需时间,小组成员收集了不同工地的8个焊口数据，在进行比对后我们剔除那些不可更改的项目（焊接时间，冷却时间）剩下的3项（抬管时间，对口时间，焊接完成后抬运时间）的平均用时为17分08秒。,-10-,课题研究背景：完成各项流程所需人数,焊接时抬管、对口所需人员较多，焊接本身需要人员较少。所以想要缩短焊接施工时间，减少施工人数的关键在于如何解决抬管、对口的问题。,-11-,课题研究背景：总结分析,为了可以清楚地找到问题所在，我小组成员选择了SDR11315的PE管道，此类管道每米重约27千克，本次试验选用长度为10米的这种管道，其单根重量为270千克. 由上表可以看出，焊

5、接和冷却时间则是固定不变的，而焊接工程活动的时间主要是对口时间，而且由于不可控因素较多，所以此项工作时间很不确定，平均时间为17分钟左右. 其中，在人力调整对口的环节上，浪费时间较多，如果能有一种工具可以迅速的将管道托起，并且保持稳定性，最好能同时兼顾在管道托运过程中减小摩擦力，使管道能够顺畅的通过焊接机器，就一定可以大量的减少抬管对口的时间。,最后总结：针对PE管焊接，研制一种可以自动调整管道高度，并且可以实现管道前后自由移动的新装置,-12-,小组成员通过头脑风暴法，针对如何缩短焊接工程时间提出了以下方案，并用亲和图归纳整理。,选择课题计划选择课题,-13-,课题一：制作龙门吊,网络调查,

6、1,2,-14-,方案选择1 龙门吊的可行性进行讨论,小组成员通过反复讨论，确定把上图2种微型简易龙门吊作为可实施对象。很快大家就发现了一个主要问题，即龙门吊的体积过大，而且为了能够承受大型PE管的重量，其自身的重量必须也要同步增加。于是大家发现存在以下几个问题： 1.体积大 ，不易搬运 2.现场适应性差 ，需要较大较平整的场地 3.不便于管道的拖运,鉴于以上几点，小组决定排除简易龙门吊方案。,-15-,方案选择2 专用快速对口装置的研制,专用装置设计构想,图1,图2,在多年的管道作业中，我们也制作了一些简易滚筒。如图（1） 滚筒的作用是利于管道倒运，小组讨论是否可以利用简易滚筒的框架来制作专

7、用工具。如图（2） 专用工具必须是可以自由升降，且单位升降的幅度宜小不宜大； 专用工具必须符合管道可以自由地前后移动的要求； 专用工具必须可做管道支架，方便倒运管道；,-16-,课题二：模拟实验1,我小组成员把PE管放置于平坦地面上，此时利用人力将管道抬起并迅速将老式滚筒放置于管道中间部位（计算时间)然后利用杠杆原理将其一端向下压，使管道另一端抬高到机器平台的高度（计算时间）以此判断管道A放置于机器平台上的时间此步骤计算人数。,在将管道A放置在机器平台后，我们将管道B也用人力抬到滚筒上（记录时间）将管道B放置稳定后管道基本处于一个平面上，这时需要对管道作精确调整，我们在这里使用人工模拟就是让人

8、力始终抬着管道上下起降，直到找到合适的角度，我们再将老式滚筒架好（滚筒底部垫砖或者木料）此时（记录时间和人数）。,-17-,课题二：模拟实验2,焊口,焊接机架,第一步：人力模拟 定位装置将管道抬离机架,人力1,人力2,人力3,人力4,第二步：人力模拟 管道已放置于定位 装置上并向前移动,第三步：人力模拟 定位装置将管 道放回机架,前方需要 人力 牵引 数目： 4到5人,-18-,课题二：模拟实验3,上图为4个人用两根麻绳，两根竹杠，采 用人工模拟的方式，把管道稳定在空中， 并实现对口，对口的时间降下来了，但 在数据采集的时候，发现人力辅助的稳定 性差。但是小组成员相信，如果装置成型 ，一定还会

9、大幅度的减少对口时间。,在平地上用一支架支撑滚筒，将管道放置滚筒上进行升降（人工模拟）。记录抬管对口时间数据,6个焊口非关键环节的平均焊接时间为12分钟,-19-,确定课题,-20-,确定课题,小组成员通过查阅大量资料、咨询集团和同 行发现：现在的市场上和同行业中还没有一 种针对PE管焊接的专用对口装置于是我小组确认 课题：,燃气PE管焊接快速对口装置的研制,小组就（液压，升降平台，滚筒）等关键词进行了查询，结果没有发现类似我们老式滚筒结构的装置，只有像右图1的电动液压平台（装置放置平地上且难以移动，价格昂贵）或者右图2的手推式脚踩液压升降滚筒平台（体积庞大，而且需要固定轨道，价格昂贵）。 然

10、后我们查询了国家知识产权局，也没有发现专门用于管道焊接快速定位的滚筒装置。,-21-,目标设定,目标分钟,原来7分钟,可行性分析： 1.通过人工模拟实验，缩短对口时间的目标可以实现； 2.对口精确度提高，降低错边量，保证工程质量。,目标：通过可行性分析，小组将目标定为：在确保工程安全和质量的前提下，对口时间由原来的7分钟降低到分钟。,-22-,龙门吊,提出方案并确定最佳方案,专用快速对口装置,底座,管材,滚筒平台,滚轴,升降系统,升降方式,外框,升降边柱,千斤顶底槽,滚轴底座,千斤顶底座,主体形式,外层橡皮套材料,两侧支柱材料,伸缩行程,管材,-23-,提出方案并确定最佳方案,高度 18厘米,

11、长度60厘米,-24-,升降结构选择,-25-,提出方案并确定最佳方案,1,2,3,上表所知如果想要利用老式滚筒的结构，急需解决液压器具的选择问题，只有合适的液压器具才能从原则上支持液压滚筒的升降问题。小组成员立即进行了液压器具的资料收集。,虽然液压器具品种繁多但是组员很快就根据其结构确定下以上3种千斤顶 1 卧式液压千斤顶 2 剪式机械千斤顶 3 立式液压千斤顶,-26-,提出方案并确定最佳方案,以上3种千斤顶的各种型号和数据收集 好以后组员进行了比对和选择，最后根 据我们管道的重量270KG*2=540KG的需要： 卧式选择2吨型，立式选择1.6吨型，剪 式选择2吨型。,-27-,提出方案

12、并确定最佳方案,由上图可以看出，立式千斤顶起降进程过短与原有设置不匹配；剪式千斤顶的操作时间过长也不符合要求，我小组决定使用卧式液压千斤顶作为我们 PE管焊接液压升降辅助工具的核心部件，即升降系统 。下面我小组将就如何把这个升降系统合理利用进行设计也就是外形框架的设计。,-28-,材料选择,小组成员通过查阅资料和手册,对管材进行选择。 并请教专业电焊工帮助我们对比每种材料的各种型号,最后我们选择材料如下： 角钢 40mm*40mm 槽钢 80mm规格 钢筋 14mm,-29-,根据亲和图，小组决定从以下几方面进行新装置的试验和分析,管材方案的选择,管材,装置底座,角钢,槽钢,钢筋,底座边框,侧

13、边框,左边升降支柱,右边升降支柱,液压千斤顶滚槽,滚轴底座,-30-,伸缩行程的分析,图1,图2,图3,我们小组对于PE管焊接机器和卧式液压千斤顶进行了比对得到如下数据： 最卧式液压千斤顶 450*210*150MM（长*宽*高） 低高度为150MM 最高高度为350MM 升降行程为200MM 我们的PE管全自动焊接机器放置地面后，从地面到夹装管道的夹具高度为180MM,如果更换不同型号的夹具最高也只会达到260MM，这样我们就可以轻松的对管道进行调整，这样的工作我们一起至少需要24个工人一起工作（如图3） 为了调整这样的焊口4个人要抬着10米长270公斤重的管道上下调整，费时费力不说因为缺乏

14、稳定性，还影响了焊接质量。 如果拿卧式液压千斤顶进行调整要不了半分钟就好了，而且还会纹丝不动 实验到了这里小组的成员都兴奋了起来，都盼望着新型液压辅助工具的尽快完成。,-31-,滚筒方案选择,滚轴的构造分为以下几方面： 1、主体：主体主要是滚轴又称滚子轴承。滚子轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。 2、外层橡胶皮套：是指包裹在滚轴表层的耐磨防滑胶层，又因用途不同分为：耐磨橡胶包胶 ， 聚氨酯包胶，硅胶包胶 ，乙柄胶包胶。 3、两侧支柱：是指放置滚轴两端伸出的轴承杆的支架，一般可自行制作.,选择了滚

15、轴作为滚筒部分的主材料,市场上可以拿来为我所用的主要有:1 滚轴 2轴承 优缺点对比:,-32-,滚筒方案选择,从上图可知，最终我们选择了滚轴作为滚筒部分的主材料，把滚轴两端的轴承杆放置在两边的支架上，当我们焊接的管道在滚轴上被前后移动时就会因为滚轴的自身结构顺畅滚动，从而达到省时省力的面的。 而滚轴筒外层的橡皮包胶因为用途的不同有多项选择，我们因为用途单一只选择了耐磨橡胶包胶。 具体的滚轴尺寸我们根据老式滚筒和液压千斤顶的尺寸初步定定下，轴承杆 1.5CM （直径） 滚轴筒 5CM （直径）,-33-,滚筒结构,装置底座,升 降 柱,滚轴,滚轴支架,滚轴底座,-34-,小组成员在归纳整理亲和

16、图的基础上，绘制出树图,提出方案并确定最佳方案,框架,滚轴,卧式千斤顶,滚筒,液压装置,专用对口装置,角钢,槽钢,钢筋,底座,千斤顶底槽,15mm,升降边柱,升降方式,手动摇杆,滚轴底座,槽钢,外框,角钢,50mm,滚轴筒,轴承杆,-35-,对策实施表,-36-,对策实施1 数据模型制作,水平滚筒使用时可能存在稳定性差的 问题，而V型的或者是凹型的滚筒结 构，可以保证管道在滚轴上运动时不 会向两侧偏移，这利于我们的管道对 口时，A 、B管道始终在滚筒中间部 位，确保对口精度，保证焊接质量。,300MM,720MM,-37-,对策实施2 框架制作,依据模型设计，我们制作了多个框架，经 过了多次的

17、修改，最终确定框架尺寸分别 为： 滚筒的尺寸为：长72cm 宽40cm 高40cm 液压槽底部到滚轴槽中心高度为15cm,-38-,对策实施 3 整体成型,卧式千斤顶的平时高度为14cm 完全升起后的高度为31cm 其长度为36cm 千斤顶的支点正好顶到滚轴槽的底部中心卡槽 无负载试验中完美工作,-39-,在实际作业中的应用情况（施工条件优）,现场测试情况,在现场测试的情况看来，大家对滚筒的液压升降功能很满意，特别没想到的是在焊机平台左右各放置一个液压滚筒后，焊接完成后的管道托运变得异常轻松，可以说给了我们一个意外的惊喜，但是随后我也发现了一个问题，因为卧式液压千斤顶的支点只有一个，在承载31

18、5MM管径的PE管时会有向两侧偏移的情况，虽然幅度不大，但是在一定程度上影响了焊接焊口的稳定性。,-40-,现场测试情况,现场测试发现，滚轴支架沿升降柱运动，不能实现有效固定，受力后，会被卡死，甚至使滚筒倒向一侧； 经反复讨论并实践确定，对升降柱作出改进，即把升降柱改成升降槽。在升降轴筒两侧增加滚轮，通过滚轮解决了滚轴有效定位问题，又解决了滚轴上下移动问题。 虽然整体重量稍有增加，但是其工作稳定性更好，结构也更趋于合理,加装滚轮入内,-41-,效果分析检查,未使用专用工具前,使用专用工具后,存在误差,-42-,效果分析检查,如上表可以看出，对口和抬管的时间提高一倍的效率，人力成本也下降了3分之

19、一,-43-,效果分析检查,-44-,效果分析检查,目标实现：PE管焊接时间由原先17分钟降至8分钟,-45-,有形得益,计算公式 : 1.工作时间一天为8小时，正常准备工作除外需要7个小时工作时间，760=420分钟,420分钟42060=25200秒 2.实施前焊口耗时为 （抬管6分24秒+对口5分36秒+焊接2分54秒+冷却9分02秒+焊接后抬运5分08秒）=28分24秒=(2860)+24+600=2304秒 实施前每天焊接量:25200/2304=10.9焊口 3.实施后焊口耗时为（抬管3分16秒+对口2分20秒+焊接2分54秒+冷却9分02秒+焊接后抬运2分49秒）=20分21秒=（20