التحكم في شد آلة لف الأنابيب: شرح أربع طرق

1. ابدأ بالسرعة وعزم الدوران ونصف القطر

تحدد عملية السحب سرعة الأنبوب الوارد، بينما تدور البكرة بسرعة تتغير مع تراكم الطبقات. العلاقة الهندسية بينهما هي v = ωR: سرعة الخط v تساوي السرعة الزاوية ω مضروبة في نصف قطر الملف R. وبالتالي فإن مضاعفة نصف القطر تؤدي إلى خفض سرعة الدوران المطلوبة إلى النصف عند نفس سرعة الخط.

عزم الدوران المفيد للملف هو تقريبًا M = TR، حيث T هو شد الأنبوب. هذه العلاقة المستمرة تستبعد التسارع والخسائر الميكانيكية. ومن الناحية العملية، يجب على محرك الأقراص أيضًا التغلب على الاحتكاك وتسريع المجموعة الدوارة؛ أثناء التباطؤ، يجب أن يزيل الطاقة من هذا التجميع.

فكر في 30 N·m المثالي لعزم دوران البكرة المفيد عند نصف قطر 0.15 m و0.60 m. يتغير التوتر من 200 N إلى 50 N. عند سرعة الخط 20 m/min، تكون سرعات البكرة المقابلة 21.2 و5.3 rpm تقريبًا. توضح هذه الأرقام العلاقات. فهي ليست إعدادات شد لأنبوب معين.

وهذا ما يفسر تمييزًا مهمًا: الحفاظ على عزم الدوران ثابتًا لا يحافظ على ثبات التوتر. للحفاظ على نفس التوتر الثابت مع نمو الملف، يجب أن يزيد عزم الدوران المفيد مع نصف القطر. إن عزم دوران لوحة المحرك لا يكون تلقائيًا هو عزم الدوران المتوفر على البكرة، لأن نسبة علبة التروس والكفاءة مهمة أيضًا.

2. لماذا يغير الأنبوب اختيار التحكم

يمكن للأنابيب المموجة ذات الجدار الواحد أن تغير شكلها قبل أن تنكسر. قد يؤدي السحب المفرط إلى فتح درجة التموج أو تغيير المظهر الجانبي أو ترك قسم مشوه بعد الفك. ولذلك يجب أن يشمل الفحص التموجات والأبعاد النهائية، بدلاً من الاعتماد فقط على ما إذا كان الأنبوب سينجو من اللف أم لا.

يستجيب أنبوب HDPE ذو الجدار الصلب بشكل مختلف. قد يتحرك المدى الحر القصير قليلاً جدًا، وقد يفرض راقص الاتصال الصغير الكثير من القوة المحلية أو انحناءًا شديدًا. يمكن أن تؤدي المسافات الأطول ونصف قطر التوجيه الأكبر وترتيب الاستشعار المناسب إلى تحسين التصميم. قطر الأنبوب وحده لا يحدد ما إذا كان الراقص سيعمل أم لا.

للحصول على شعاع بسيط مستقيم ومدعوم ببساطة، يتم قياس انحرافه باستخدام F L³ / (48 E I). يساعد هذا في تفسير سبب تأثير طول الامتداد والمعامل وصلابة القسم على الحركة. إن حلقة الأنبوب المنحنية ذات الدعامات والانحناء المتبقي ودرجة الحرارة المتغيرة لا تتصرف تمامًا مثل هذا النموذج. استخدم تجربة مع الأنبوب الفعلي لتأسيس قوة سفر واتصال قابلة للاستخدام.

المدخلات ذات الصلة هي المادة، OD، سمك الجدار أو SDR، المظهر الجانبي، درجة الحرارة عند اللف وقطر الانحناء المسموح به. لا يمكن لحساب قوة الشد العام بحد ذاته تحديد شد ملف مسموح به للأنابيب المموجة أو ذات الجدران الصلبة.

3. الطريقة الأولى: لف محرك عزم الدوران

تستخدم آلة اللف التقليدية ذات محرك عزم الدوران خاصية تشغيل المحرك وإعداد عزم الدوران القابل للتعديل لسحب الأنبوب إلى البكرة. اعتمادًا على تصميمه، يمكن للمحرك أن يعمل على نطاق واسع منخفض السرعة بينما يقيد الأنبوب سرعة البكرة الفعلية. قم بتأكيد الواجب المسموح به وظروف التبريد والتوقف من بيانات المحرك المحددة.

في الترتيب الأساسي، لا يوجد قياس لتوتر الأنابيب. إذا ظل عزم الدوران المفيد للبكرة ثابتًا تقريبًا، فإن أصغر نصف قطر للملف ينتج أعلى توتر ثابت. بالنسبة لتغيير نصف القطر بمقدار أربعة إلى واحد، يكون شد البداية أربعة أضعاف الشد النهائي عند نفس عزم الدوران. تقارن هذه النسبة بين نصفي القطر؛ إنه ليس أربع مرات كل إعداد محدد بواسطة المشغل.

النداء عبارة عن آلة مباشرة مع عدد قليل نسبيًا من أجهزة التحكم. يمكن أن يناسب تطبيقات الأنابيب ذات الجدران الصلبة التي تم التحقق منها حيث يكون تغيير التوتر عبر الملف مقبولاً. يكمن القلق بشأن المظهر الجانبي المموج الدقيق في أن زيادة عزم الدوران لتشديد الطبقات الخارجية يزيد أيضًا من قوة السحب على الطبقة الأولى من الملف التالي.

قم بضبط حالة البداية والتحقق منها أولاً، ثم قم بفحص حزمة الملف الكامل. عندما يحتاج التطبيق إلى تحكم وثيق، يمكن أن يؤدي تعويض القطر والمحرك المناسب إلى تغيير أمر عزم الدوران أثناء بناء الملف. تؤدي إضافة ردود الفعل أو الكبح إلى تغيير قدرة الآلة بأكملها؛ لا يحدد نوع المحرك وحده ما إذا كانت البكرة يمكن أن تتوقف بشكل فعال.

• تحقق من عزم الدوران المفيد للبكرة بعد التعشيق، وليس فقط لوحة اسم المحرك.
• فحص الطبقات الأولى للتمدد والطبقات الخارجية للارتخاء.
• قم بتأكيد استجابة القطع ومسافة التوقف وإعادة التشغيل بشكل منفصل.

4. الطريقة الثانية: التحكم في التشغيل والإيقاف الكهروضوئي

يقوم مستويان من التبديل بمراقبة حلقة الأنابيب الحرة بين السحب وملف اللف. عندما تصبح الحلقة قصيرة جدًا، يتوقف الملف أو يتباطأ. عندما يقوم الأنبوب الوارد بملء الحلقة، فإنه يصل إلى المستوى الآخر ويستأنف اللف. تعتمد حالة المستشعر الدقيقة على موضع الشعاع والأسلاك؛ والنتيجة المطلوبة هي احتياطي ثابت من الأنابيب.

يستخدم النظام الأساسي أمر تشغيل محرك الأقراص بدلاً من موضع الحلقة المقاس باستمرار. يمكن أن يوفر تحكمًا اقتصاديًا لأنابيب مرنة بدرجة كافية ومعدل إنتاج متواضع. تعمل الحلقة الحرة على عزل فرق السرعة، لكن وزنها وهندستها وصلابتها لا تزال تؤثر على التوتر.

يمكن أن يؤدي التسارع والتباطؤ المتكرر إلى إزعاج الملف الثقيل. إن الاجتياز الذي يستمر في التحرك أثناء توقف البكرة مؤقتًا قد يؤدي أيضًا إلى وضع المنعطفات التالية بشكل غير صحيح. لذلك يجب تنسيق أوامر Reel وtraverse، مع مطابقة إعدادات التسريع للمخزن المؤقت المتوفر.

للحصول على دورة مثالية ذات حالتين، دع ΔL هو طول الأنبوب المخزن القابل للاستخدام بين مستويات التبديل، v السرعة الواردة، وk نسبة سرعة تشغيل الملف إلى السرعة الواردة. بتجاهل المنحدرات، يكون الفاصل الزمني للتوقف هو ΔL/v والفاصل الزمني للتشغيل هو ΔL/((k - 1)v). مع ΔL = 0.30 m، v = 10 m/min و k = 1.2، تستغرق الدورة الواحدة 10.8 seconds: حوالي دورات 333 في الساعة. في 20 m/min يصبح حوالي دورات 667 في الساعة.

عند نسبة سرعة زائدة ثابتة وطول المخزن المؤقت، يرتفع تردد الدورة بما يتناسب مع سرعة الخط. المسافة العمودية بين المستشعرات لا تساوي تلقائيًا ΔL: فهي تعتمد على هندسة الحلقة. تؤدي المنحدرات والتباطؤ الفعلي أيضًا إلى تغيير الدورة، لذا استخدم الحساب لفهم الاتجاه بدلاً من وصف تباعد أجهزة الاستشعار.

• يمكن أن يؤدي وجود احتياطي حلقة أكبر قابل للاستخدام إلى تقليل تردد التبديل، إذا كانت حدود التصميم وانحناء الأنابيب تسمح بذلك.
• تحقق من تسلسل التسارع والتوقف بالكامل عند البكرة الفارغة والكاملة.
• تأكد من الكشف المستقر على سطح الأنبوب الفعلي واللون ومسار الحركة.

5. الطريقة الثالثة: التحكم بالراقصة بمقياس الجهد

يتبع الذراع المتحرك أو الأسطوانة الراقصة حلقة الأنبوب. يؤدي موضعه إلى تشغيل مقياس الجهد، مما ينتج عنه إشارة كهربائية متغيرة باستمرار. يستخدم العاكس هذه الإشارة مباشرة، أو من خلال وحدة تحكم، لضبط سرعة اللف. إجراء التغذية الراجعة المقصود بسيط: إذا كان اللف يستهلك الحلقة بسرعة كبيرة، فقم بتقليل سرعة البكرة؛ إذا تراكمت الأنابيب الزائدة، قم بزيادتها.

بالمقارنة مع التحكم الأساسي في البدء والإيقاف، يمكن تشغيل البكرة بتصحيحات أصغر للسرعة المستمرة. يمكن أن يقلل هذا من السحب المفاجئ ويساعد في الحفاظ على اجتياز منظم. إنه ترتيب مفيد للخرطوم المرن والأنابيب المموجة ذات الجدار الواحد، بشرط أن يحرك الأنبوب الراقص بحرية وألا تؤدي الأدلة إلى إتلاف المظهر الجانبي.

لا تُبلغ إشارة موضع الراقصة بشكل مباشر عن التوتر بالنيوتن. ينتج التوتر من تحميل الذراع، ووزن الأسطوانة، والهندسة المحورية، والاحتكاك، ومسار الأنبوب. تؤثر الأثقال الموازنة أو النوابض أو التحميل الهوائي على تلك القوة. يمكن أن يدعم الإعداد الأخف التعامل اللطيف، لكنه لا يزال يحتاج إلى سلطة تحكم كافية لتجنب التراخي أو الصيد.

يختلف مقياس جهد السرعة الذي يتم تشغيله يدويًا عن مقياس الجهد المرتبط بالراقصة. يوفر المقبض أمر المشغل؛ يتطلب التصحيح التلقائي آلية ردود فعل متحركة فعلية أو مستشعر آخر. عند مراجعة عرض الأسعار، اسأل ما الذي يحرك مقياس الجهد وكيف يستجيب محرك الأقراص.

أثناء التشغيل، تحقق من اتجاه التصحيح عند السرعة المنخفضة، وقم بإنشاء منطقة تشغيل مفيدة في منتصف السير، وقم بتعيين حدود السير. ثم تحقق من التذبذب، وارتداء المحاور، وضوضاء الإشارة، واستجابة محرك الأقراص المتأخرة. قد يحتاج الأنبوب الصلب إلى تخطيط ميكانيكي مختلف أو استشعار عدم الاتصال، بدلاً من ذراع أثقل على نفس الراقصة الصغيرة.

المرجع: Siemens SIMATIC اللفاف والتحكم في التوتر. تصف الشركة المصنعة التحكم في وضع الراقص وتأثير قوة الراقصة وهندستها. لا تزال الإعدادات الخاصة بالأنابيب تتطلب إجراء فحوصات للتطبيق.

6. الطريقة الرابعة: ردود الفعل حلقة بالموجات فوق الصوتية

يقوم جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بقياس المسافة إلى حلقة الأنبوب بدون ذراع اتصال. تقوم وحدة PLC أو وحدة التحكم المخصصة أو المحرك المناسب بمقارنة الموضع المقاس بالهدف وتصحيح سرعة البكرة من خلال العاكس. يمكن أن يوفر مرجع سرعة الخط وتقدير نصف القطر أمر السرعة الأساسي، مع ترك وحدة التحكم في الحلقة لتصحيح عدم التطابق المتبقي.

الميزة الرئيسية هي إزالة قوة الاتصال وآلية السفر الميكانيكية للراقصة. يمكن أن يساعد ذلك في الحالات التي يصعب فيها توجيه الأنابيب الصلبة من خلال ترتيب اتصال صغير، أو عندما تكون المراقبة المستمرة للحلقة مفيدة. ولا يؤدي ذلك إلى إزالة متطلبات نصف قطر انحناء الأنبوب أو إنشاء حركة حلقة قابلة للقياس حيث لا يوفر التخطيط أي شيء.

يقوم المستشعر بقياس المسافة وليس التوتر مباشرة. وتعتمد إشارتها القابلة للاستخدام على تحرك الأنبوب داخل منطقة الاستشعار. تحقق من المنطقة العمياء للمستشعر وحجم الهدف وزاويته ونطاقه ومعدل التحديث والاستجابة للصدى المفقود. تتطلب الأهداف المستديرة الصغيرة والحركة الجانبية اهتمامًا خاصًا. اختبر الأنبوب الفعلي خلال رحلة الحلقة المتوقعة.

يجب أن يستوعب ضبط التحكم التغييرات من الطبقة الأولى إلى البكرة الكاملة. قد يكون تعويض القطر أو تعديل الكسب أو التصفية مفيدًا، اعتمادًا على محرك الأقراص والميكانيكا. التصحيح المفرط يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع الأنبوب. التصفية المفرطة يمكن أن تجعل الحلقة تنفد من السفر. تأتي الإعدادات المناسبة من الاستجابة الكاملة للجهاز.

تعد التغذية المرتدة بالموجات فوق الصوتية أحد الخيارات جنبًا إلى جنب مع الراقصة المصممة بشكل صحيح أو الاستشعار البصري عن بعد أو نظام شد خلية التحميل المناسب. اختره لأن ترتيب القياس والتحكم الخاص به يتناسب مع التطبيق، بدلاً من التعامل مع قطر أنبوب معين كمتطلبات تلقائية لنوع مستشعر واحد.

المرجع: تقنية الاستشعار بالموجات فوق الصوتية IFM. يشرح قياس المسافة والمناطق العمياء ونطاق الاستشعار المعتمد على الهدف. تحقق من بيانات المستشعر المحدد للتثبيت الفعلي.

7. تعامل مع اكتشاف القطع والكبح بشكل منفصل

عندما يقوم قاطع المنبع أو المشغل بقطع الأنبوب، يجب إدارة الذيل المتبقي أثناء تباطؤ البكرة. يحتاج النظام إلى إشارة موثوقة للقطع أو فقدان الأنابيب، وأمر إيقاف مناسب، وطريقة مؤكدة للتحكم في الذيل. يمكن أن يساهم مستشعر الحلقة في الكشف، لكن تغيير المسافة وحده لا يثبت أنه سيتم اكتشاف كل قطع.

يعد وقت الاكتشاف ومعالجة وحدة التحكم واستجابة المحرك ووقت التوقف الميكانيكي كميات منفصلة. لا يعني الأمر الكهربائي السريع أن البكرة المحملة تتوقف في نفس الوقت. تحقق من التسلسل الكامل عند الحد الأقصى لسرعة الخط وحمل الملف المحدد، بما في ذلك أي خطأ في المحرك أو إشارة مستشعر مفقودة.

الطاقة الدوارة هي E = ½Jω²، في حين أن عزم الكبح القصوري التقريبي للتباطؤ المستمر هو M = Jω/t. بالنسبة إلى القصور الذاتي الكلي لجانب البكرة 140 kg·m²، والسرعة الزاوية 0.37 rad/s ووقت التوقف 0.5 s، تبلغ الطاقة حوالي 9.6 J وعزم الدوران بالقصور الذاتي حوالي 104 N·m. يبلغ متوسط ​​إزالة الطاقة خلال تلك المحطة حوالي 19 W، لكن قوة الكبح بالقصور الذاتي الأولية تبلغ حوالي 38 W. وبالتالي فإن متوسط ​​الطاقة المنخفض لا ينشئ تصنيفًا مناسبًا لعزم الدوران.

يتضمن الاختيار الحقيقي أيضًا القصور الذاتي للمحرك وعلبة التروس المشار إليه في نفس العمود، والخسائر، والأحمال الخارجية، وواجب التوقف المتكرر، وتيار القيادة، والمقاومة المسموح بها لمقاوم الفرامل وطاقة النبض. يجب أن يتم تصنيف الفرامل القابضة للتوقف الديناميكي إذا تم استخدامها بهذه الطريقة. اتبع تصميم التوقف والحراسة الخاص بالشركة المصنعة للمعدات.

المرجع: دليل محرك ABB ACS550 - الكبح المقاوم. يأخذ اختيار الفرامل في الاعتبار القوة القصوى والسلوك الحراري وواجب الكبح. المثال الرقمي أعلاه عبارة عن حساب ميكانيكي مبسط، وليس مواصفات مكون.

8. قارن بين الترتيبات الأربعة

يقارن الجدول الترتيبات الأساسية الموصوفة هنا. يمكن لتعويض القطر الإضافي أو محرك مختلف أو فرامل مخصصة أو وحدة تحكم أكثر تطوراً أن يغير أداءها. لا يحدد نوع المستشعر وحده سعة حجم الأنبوب أو السرعة القصوى أو القدرة على التوقف.

9. تسلسل اختيار عملي

ابدأ بالأنبوب ومتطلبات الإنتاج. للحصول على شكل مموج دقيق، قم بمراجعة تصحيح السرعة المستمر اللطيف والقوة التي يطبقها كل دليل. بالنسبة لأنبوب ذو جدار صلب أكثر صلابة، حدد ما إذا كان التخطيط يوفر حركة كافية للتغذية المرتدة وما إذا كان نصف قطر التوجيه مناسبًا. يمكن أن يعمل مبدأ التحكم نفسه بشكل مختلف تمامًا مع آليات مختلفة.

بعد ذلك، حدد هندسة الملف الفارغ إلى الكامل والوزن المتوقع. وهي تحدد نطاق السرعة المطلوب وتؤثر على التسارع والتوقف. قد يكون محرك الأقراص البسيط مناسبًا لمجموعة واحدة وغير مناسب لبكرة أثقل وبسرعة خط أسرع.

وأخيرًا، اتفق على كيفية عرض الأداء. تشمل تجربة القبول المفيدة البدء، والتشغيل الثابت، والتغيرات في سرعة الخط، والانعكاسات العرضية، والملف الكامل، وتسلسل القطع، وإعادة التشغيل. افحص حزمة الجرح والعينة بعد فكها.

• يتم توفير مادة الأنابيب، OD وسمك الجدار أو SDR، بالإضافة إلى عينة أو رسم جانبي.
• حدد سرعة الخط العادية والحد الأقصى، والملف ID، OD، والعرض، والطول المطلوب، والوزن المتوقع للملف بالكامل.
• حدد من يقوم بقطع الأنبوب، وكيف يستقبل جهاز اللف هذا الحدث أو يكتشفه، وسلوك التوقف المطلوب.
• اطلب المستشعر الفعلي وآلية التغذية المرتدة والقيادة وتنسيق الحركة ومعدات الكبح في التكوين المقترح.

10. مطابقة التحكم في التوتر مع هندسة الملف

يحدد قلب الملف انحناء الطبقة الأولى. إن إضافة سحب محوري غير ضروري أو ضغط طبقة مفرط يمكن أن يجعل التعامل أكثر تطلبًا، في حين أن التحكم غير الكافي يمكن أن يترك المنعطفات فضفاضة أو متقاطعة. إن الطريقة المناسبة للتحكم في التوتر تكمل قطر الملف المعتمد؛ لا يمكنها صنع نواة صغيرة جدًا مناسبة للأنبوب.

تعمل بعض التطبيقات على تقليل مستوى التوتر المستهدف مع بناء الملف، وهو ما يسمى عادةً بالشد المستدق. تعتمد الكمية المفيدة على الأنابيب وبناء الملف ومتطلبات المناولة. لا توجد نسبة عالمية للطبقة الخارجية لجميع الأنابيب البلاستيكية. تأكد من أن العبوة تظل مستقرة دون سحق الطبقات الداخلية.

قم بمراجعة القطر الأساسي، وتوجيه الاتصال، وسحب الملف، واجتياز درجة الصوت، وقطع الاستجابة معًا. أفضل ترتيب هو الذي ينتج أنبوبًا مقبولًا وملفًا يمكن التحكم فيه عبر نطاق التشغيل الكامل، مع إعدادات يمكن للمشغلين تكرارها.