孫國(guó)慶

（太原科達(dá)重工成套設(shè)備有限公司，山西 太原 030027）

近年來無縫鋼管在我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量中所占的比重越來越大，由于其用途的廣泛性和重要性，對(duì)其質(zhì)量提出了較高的要求，而壁厚偏差是無縫鋼管的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)［1-2］。穿孔是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中最重要的變形工序之一，毛管的壁厚精度直接影響熱軋成品管的壁厚精度。在穿孔過程中，頂桿偏移、毛管甩動(dòng)是引起毛管壁厚不均的主要原因。為了將頂桿準(zhǔn)確地控制在軋制中心線上，限制毛管在軋制過程中的甩動(dòng)，穿孔機(jī)后臺(tái)設(shè)置有多架定心導(dǎo)向裝置。通過四輥定心裝置的優(yōu)化液壓系統(tǒng)，高效、經(jīng)濟(jì)地解決了這些問題。

1 機(jī)械方案設(shè)計(jì)

2013年太原科達(dá)重工成套設(shè)備有限公司給浙江某鋼管公司設(shè)計(jì)了一套Φ720 mm穿孔機(jī)組，穿孔機(jī)后臺(tái)設(shè)置5架三輥定心裝置，由于穿孔機(jī)中心線距第1架三輥定心裝置中心線為3 900 mm，造成穿孔頂頭在穿孔時(shí)與支撐頂桿的第1架三輥定心裝置形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，使頂頭在穿孔過程中不規(guī)則跳動(dòng)，造成頂頭受力不均，引起壁厚偏差［2］。為了利于頂桿的穩(wěn)定，在第1架三輥定心裝置和穿孔機(jī)本體之間增加一套四輥定心裝置，該四輥定心裝置在不影響結(jié)構(gòu)布置、操作空間下盡可能地靠近頂頭，四輥定心裝置安裝在穿孔機(jī)牌坊出口側(cè)，其中心線距穿孔機(jī)中心線為1 950 mm，大大改善了頂頭在穿孔過程中受力不均的情況，四輥定心裝置安裝結(jié)構(gòu)如圖 1 所示［3］。四輥定心裝置安裝在穿孔機(jī)牌坊出口側(cè)，液壓缸的液壓驅(qū)動(dòng)上下滑塊控制定心輥抱頂桿和抱毛管的位置；定心輥裝配在上下滑塊上，滑塊在機(jī)架的U型滑道里上下移動(dòng)，U型滑道保證了定心輥前后左右方向的定位；液壓缸與滑塊通過球面墊撓性連接，以防止滑塊在上下移動(dòng)中因摩擦力的不均衡而卡位，造成液壓缸缸桿頭部斷裂。通過調(diào)整調(diào)節(jié)限位塊2的位置來控制四輥定心裝置的毛管開口度，同時(shí)也為液壓系統(tǒng)2提供了校正基準(zhǔn)。

圖1 四輥定心裝置安裝結(jié)構(gòu)示意

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四輥定心裝置在穿孔生產(chǎn)中的主要作用是：①定位頂桿，保證頂頭的穿孔中心線與軋制中心線在一條線上；②支撐頂桿，與后臺(tái)5架三輥定心裝置共同使頂桿形成一個(gè)連續(xù)的梁，保證頂桿在穿孔過程中有足夠的剛度，也使其能繞軋制中心線旋轉(zhuǎn)；③導(dǎo)向毛管，毛管穿軋至四輥定心裝置時(shí)，定心輥能快速有效打開，對(duì)毛管進(jìn)行導(dǎo)向，使毛管中心線與軋制中心線在一條線上，減小頂桿的振動(dòng)［4-7］。

液壓缸帶內(nèi)置位移傳感器與比例閥構(gòu)成位置閉環(huán)控制（液壓系統(tǒng)1）如圖2所示，此液壓系統(tǒng)使四輥定心裝置能實(shí)現(xiàn)上述功能。

圖2 液壓缸帶內(nèi)置位移傳感器與比例閥構(gòu)成位置閉環(huán)控制（液壓系統(tǒng)1）

常規(guī)采用液壓系統(tǒng)1，但該液壓系統(tǒng)一次投資大、運(yùn)營(yíng)成本高、維修難度大，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢人員和技術(shù)人員的水平要求高。因此采用全新的設(shè)計(jì)思路：去掉缸內(nèi)位移傳感器，增加兩個(gè)調(diào)節(jié)限位塊；設(shè)計(jì)出液壓系統(tǒng)2，常規(guī)液壓缸與常規(guī)閥構(gòu)成串聯(lián)同步控制回路（液壓系統(tǒng)2）如圖3所示。

圖3 常規(guī)液壓缸與常規(guī)閥構(gòu)成串聯(lián)同步控制回路（液壓系統(tǒng)2）

兩種液壓系統(tǒng)的工作原理如下。

（1）液壓系統(tǒng)1通過位置閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)定心輥抱頂桿位和抱毛管位。圖2中減壓閥根據(jù)毛管和頂桿規(guī)格設(shè)定不同值，保證定心輥有足夠的力抱頂桿而又不抱死；定心輥抱毛管時(shí)壓力需切換到系統(tǒng)壓力，以保證其有足夠的剛度對(duì)毛管進(jìn)行導(dǎo)向；通過位移傳感器與比例閥位置閉環(huán)控制毛管開口度的大小［8-11］。

（2）液壓系統(tǒng)2通過串聯(lián)油缸實(shí)現(xiàn)上下定心輥同步動(dòng)作，換向閥5.1實(shí)現(xiàn)定心輥的抱頂桿和抱毛管，換向閥5.2實(shí)現(xiàn)定心輥的修正和標(biāo)定［1，12-13］。減壓閥1是保證定心輥有足夠的力抱頂桿又不抱死，當(dāng)頂桿小車帶動(dòng)頂桿（頂頭）運(yùn)行至工作位Y1b得電減壓后的壓力經(jīng)單向閥4、換向閥5.1、單向節(jié)流閥6.1傳入上缸上腔，由于上下液壓缸的下腔通過鋼管串接成連通體，上下缸同步運(yùn)動(dòng)，下缸上腔的油液回油箱，完成四輥定心裝置的同步定心；當(dāng)毛管穿軋至四輥定心裝置時(shí)，熱檢發(fā)訊Y1a得電四輥定心裝置同步打開至毛管位，四輥定心裝置機(jī)架上的調(diào)節(jié)限位塊調(diào)節(jié)毛管開口度的大小。由于四輥定心裝置工作環(huán)境的惡劣、油液黏度的變化、活塞密封的老化以及管接頭液壓油的滲漏等原因會(huì)造成四輥定心裝置的不同步和累計(jì)誤差，直接影響頂桿定心不準(zhǔn)，頂頭偏離穿軋中心線，造成毛管壁厚不均［7］。為此設(shè)計(jì)了專門的補(bǔ)償修正回路，在每次抱毛管位完成后FD2發(fā)訊Y2b得電對(duì)上下液壓缸的下腔連通體進(jìn)行泄漏補(bǔ)償，保證每次抱頂桿都能將頂桿準(zhǔn)確地控制在軋制中心線上。同時(shí)為了防止補(bǔ)償油液的擾動(dòng)造成下缸的過校正，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，將上下液壓缸的上活塞桿設(shè)計(jì)為Φ110 mm，下活塞桿設(shè)計(jì)為Φ125 mm，上腔面積為10 603 mm2，下腔面積為7 834 mm2，上下腔面積比1.35；同時(shí)在液壓系統(tǒng)上增設(shè)進(jìn)油節(jié)流閥6.2，通過調(diào)節(jié)進(jìn)油節(jié)流閥的開口度，進(jìn)一步防止液壓油補(bǔ)償時(shí)的擾動(dòng)，雙重保險(xiǎn)保證了校正的準(zhǔn)確性和可靠性。設(shè)置單向閥4可防止頂桿在穿軋過程中的不規(guī)則跳動(dòng)，保證頂頭中心線與穿軋中心線在一條線上。多方面考慮的設(shè)計(jì)，保證了四輥定心裝置的準(zhǔn)確定心和強(qiáng)有力的導(dǎo)向功能。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和使用效果

2014年5—8月該設(shè)備經(jīng)過了3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，現(xiàn)已投入正常生產(chǎn)，試生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 2014年5—8月四輥定心裝置的試生產(chǎn)數(shù)據(jù)

從試生產(chǎn)的數(shù)據(jù)看，荒管的壁厚偏差均達(dá)到甚至超過了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)頂桿運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作：頂桿預(yù)旋轉(zhuǎn)順暢、軋制運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)不甩動(dòng)、熱檢檢測(cè)到荒管后定心輥能快速由抱頂桿位動(dòng)作轉(zhuǎn)到抱荒管位，完全達(dá)到四輥定心裝置的功能設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語

穿孔機(jī)四輥定心裝置液壓控制思路新穎，投資成本低、運(yùn)行成本低、維修保養(yǎng)方便。從四輥定心裝置投入生產(chǎn)以來，定心準(zhǔn)確，抱毛管穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)運(yùn)行可靠，長(zhǎng)時(shí)間無故障、免維護(hù)、自修正；故障率、檢修率同比大幅降低；完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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