周曉宇， 賈云瑞， 韓賀永

（1.太原科達(dá)重工成套設(shè)備有限公司， 山西 太原 030027； 2.太原科技大學(xué)， 山西 太原 030024）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

常寶新型三輥穿孔機(jī)的開發(fā)應(yīng)用★

周曉宇1， 賈云瑞1， 韓賀永2

（1.太原科達(dá)重工成套設(shè)備有限公司， 山西 太原 030027； 2.太原科技大學(xué)， 山西 太原 030024）

剖析了常寶原有的三輥穿孔機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所存在的問題。重點(diǎn)對新型三輥穿孔機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)性能等方面進(jìn)行了分析研究，對其關(guān)鍵的開式機(jī)架技術(shù)、壓下平衡裝置、技術(shù)送進(jìn)角調(diào)整技術(shù)、軋輥鎖緊技術(shù)等內(nèi)容的進(jìn)行了設(shè)計開發(fā)。并將這些技術(shù)成功的應(yīng)用到三輥穿孔機(jī)的改造中。實踐證明，通過改造使得產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升、設(shè)備調(diào)整更加方便、自動程度顯著提高、生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠。該新型三輥穿孔機(jī)技術(shù)先進(jìn)、操作方便，可以作為傳統(tǒng)的三輥穿孔機(jī)改造的換代產(chǎn)品，具有重要推廣價值。

無縫鋼管 三輥穿孔機(jī) 工藝 設(shè)備

在無縫鋼管生產(chǎn)中，三輥穿孔是一種具有較高軋制精度的無縫鋼管斜軋穿孔工藝。其變形過程為從加熱爐出來的毛坯，經(jīng)過穿孔機(jī)入口臺，由推坯機(jī)送入主機(jī)，經(jīng)過三個同向旋轉(zhuǎn)的軋輥咬入軋制，實現(xiàn)了毛管的穿孔的變形過程。

江蘇常寶鋼管股份有限公司（全文簡稱常寶）于2016年8月對CPE機(jī)組的三輥穿孔機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，采用了新型三輥穿孔機(jī)結(jié)構(gòu)，通過實踐證明：改造后的新型三輥穿孔機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）調(diào)整方便。通過工作輥的壓下調(diào)整即可實現(xiàn)穿孔規(guī)格的改變，不需要較大規(guī)模的更換工具。

2）鋼管表面質(zhì)量好。由于軋輥直徑加大并且沒有導(dǎo)板，鋼管表面質(zhì)量明顯提高。

3）鋼管壁厚精度高。設(shè)備的加工精度和調(diào)整及鎖緊精度保證了生產(chǎn)出的鋼管外徑和壁厚尺寸精度。

4）自動化程度明顯提高。

1 原有的三輥穿孔機(jī)存在的問題

原有的三輥穿孔機(jī)是20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，設(shè)計最大軋制管坯Φ130 mm（目前生產(chǎn)以Φ150 mm坯料為主），穿孔機(jī)主機(jī)座主要存在以下問題：

1）穿孔機(jī)機(jī)架和軋輥架的剛度和強(qiáng)度均不適應(yīng)軋制Φ150 mm坯料，特別是軋輥架經(jīng)常有斷裂現(xiàn)象。

2）軋輥壓下調(diào)整、軋輥送進(jìn)角調(diào)整機(jī)構(gòu)的故障多。穿孔機(jī)軋輥送進(jìn)角不具備調(diào)整功能，送進(jìn)角處于固定狀態(tài)。

3）軋輥鎖緊機(jī)構(gòu)和平衡機(jī)構(gòu)已經(jīng)失效，造成軋輥在軋制時有彈跳現(xiàn)象。

4）穿孔機(jī)上下機(jī)架連接定位銷孔磨損嚴(yán)重，結(jié)合面磨損不均勻，影響穿軋質(zhì)量。

5）對于Φ150 mm管坯原有的軋輥直徑和長度不能滿足穿孔變形區(qū)的要求，需要加大軋輥直徑，加長軋輥長度。

6）由于穿孔機(jī)年久失修，已經(jīng)找不到軋制中心標(biāo)定基準(zhǔn)，致使所有調(diào)整參數(shù)無法顯示。

7）原有的三輥穿孔機(jī)采用固定機(jī)架和回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)，調(diào)換軋輥困難，耗費(fèi)時間長；長期使用后回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)架間無法轉(zhuǎn)動，造成送進(jìn)角無法調(diào)整，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2 新型三輥穿孔機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)越性

新型三輥穿孔機(jī)主要由開式機(jī)架、軋輥壓下平衡裝置、轉(zhuǎn)鼓裝置、軋輥裝置、送進(jìn)角調(diào)整鎖緊裝置、機(jī)架快速開閉裝置、電氣控制系統(tǒng)、流體控制系統(tǒng)等構(gòu)成[1]。

新型三輥穿孔機(jī)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾方面。

1）采用開式機(jī)架。液壓螺母實現(xiàn)機(jī)蓋快速開閉，機(jī)蓋與機(jī)架通過十字鍵定位，雖然機(jī)架剖分，但與整體機(jī)架剛性一樣。從而實現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)無間隙軋制以及工具的快速更換，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。

2）用壓板壓緊軋輥裝置，并用壓板側(cè)面配合定位。既使得軋輥可靠定位，又使得換輥非常方便，大大縮短了換輥和檢修時間。

3）軋輥壓下裝置采用液壓平衡保證了在軋制過程中軋輥始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免了咬鋼和拋鋼過程對壓下螺母的沖擊，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

4）軋輥的送進(jìn)角調(diào)整鎖緊和轉(zhuǎn)鼓的鎖緊進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合和優(yōu)化，保證了在軋制過程中軋輥送進(jìn)角始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

5）軋輥壓下調(diào)整、軋輥送進(jìn)角調(diào)整實現(xiàn)了數(shù)控，軋輥壓下位置和送進(jìn)角位置可以用數(shù)字顯示。

6）電氣控制系統(tǒng)方面，實現(xiàn)了整機(jī)自動化的過程控制和調(diào)節(jié)，以及相關(guān)設(shè)備各個工序之間的工藝連接、連鎖，以PLC基礎(chǔ)自動化為核心完成了電氣系統(tǒng)的控制，保證了整臺設(shè)備能夠按照生產(chǎn)和工藝要求正常、準(zhǔn)確地進(jìn)行相應(yīng)的有序動作。為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)置了上位監(jiān)控系統(tǒng)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、故障報警及過程畫面的制作。

上述新技術(shù)的集成使用，使新型三輥穿孔機(jī)結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)動平穩(wěn)、剛性好、噪音低、檢修維護(hù)方便、安全可靠、外型設(shè)計優(yōu)美；先進(jìn)的控制技術(shù)和齊全的檢測手段，使得整機(jī)自動水平達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

2.2 性能參數(shù)（見表1）

表1 新型三輥穿孔機(jī)的性能參數(shù)

3 新型三輥穿孔機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 開式三輥穿孔機(jī)機(jī)架設(shè)計

作用于軋輥的軋制力通過轉(zhuǎn)鼓、壓下裝置的壓下螺絲、壓下螺母傳到機(jī)架上。本次設(shè)計采用了一個新的工作機(jī)架，這種工作機(jī)架和固定機(jī)架的不同之處在于機(jī)架為中間剖分式，成為上下兩個機(jī)架，兩機(jī)架裝有四個連接桿，通過液壓螺母鎖緊，使上機(jī)架即可較方便地打開，亦能精確地合攏定位。上下機(jī)架間設(shè)計了4組定位鍵，保證其水平方向的準(zhǔn)確定位，液壓螺母鎖緊裝置保證了上下機(jī)架垂直扣緊，如圖1所示。這樣，不僅機(jī)架剛度大幅度提高，接近于閉式機(jī)架，而且換輥操作非常方便，省時省力。整個機(jī)架采用鑄焊結(jié)構(gòu)，在保證機(jī)架剛度的前提下，有效降低了機(jī)架質(zhì)量，其質(zhì)量僅為同類型傳統(tǒng)軋機(jī)的2/3。此外，在設(shè)計中注重產(chǎn)品造型，機(jī)架外廓設(shè)計為流線型曲線，整臺設(shè)備從外觀上給人以美感。所有的調(diào)角結(jié)構(gòu)和鎖緊結(jié)構(gòu)度安裝在上機(jī)架外側(cè)，便于設(shè)備的檢修和維護(hù)。液壓管線和電氣管采用快速接頭連接，縮短換輥時間[2]。

圖1 開式機(jī)架裝置

3.2 壓下平衡裝置

軋輥裝置的壓下由1臺電機(jī)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動壓下螺絲的上下移動，壓下平衡裝置使得轉(zhuǎn)鼓緊緊壓靠在壓下螺絲上，保證了在軋制過程中軋輥位置始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免了咬鋼和拋鋼過程對壓下螺母的沖擊。

壓下平衡裝置與壓下傳動裝置配合，可實現(xiàn)軋輥壓下量的調(diào)整及輥縫的數(shù)字顯示。在調(diào)整狀態(tài)下，軋輥平衡缸處于低壓平衡，穿孔機(jī)軋制中心線是固定的，通過軋輥的壓下裝置，可以將軋輥向著軋制中心線方向調(diào)整，并可通過編碼器來反饋軋輥的開口度。3個軋輥的調(diào)整可單獨(dú)或集中進(jìn)行。調(diào)整完成后軋輥平衡缸處于鎖緊平衡狀態(tài)。

3.3 轉(zhuǎn)鼓調(diào)整、平衡、鎖緊裝置

軋輥裝置為互換件，裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓可以在機(jī)架裝置中轉(zhuǎn)動。穿孔機(jī)軋制中心線是固定的，軋輥的送進(jìn)角通過升降機(jī)和油缸裝置調(diào)整，調(diào)整范圍為：6°～10°。軋輥壓下調(diào)整和軋輥送進(jìn)角調(diào)整完成后需要對轉(zhuǎn)鼓鎖緊，轉(zhuǎn)鼓的鎖緊由1套液壓裝置與機(jī)架緊緊的鎖在一起（見下頁圖2）。

圖2 轉(zhuǎn)鼓和軋輥裝配

4 結(jié)語

新型三輥穿孔機(jī)已開發(fā)研制成功，并投入使用。其產(chǎn)品質(zhì)量、鋼管成材率、生產(chǎn)效率、控制水平等均達(dá)到或超過了同類型進(jìn)口產(chǎn)品，具有21世紀(jì)初國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國內(nèi)三輥穿孔機(jī)領(lǐng)域的一個空白。這一產(chǎn)品具有廣闊的市場需求，將為無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李國禎.現(xiàn)代鋼管軋制工具設(shè)計原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 雙遠(yuǎn)華.現(xiàn)代無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

（編輯：苗運(yùn)平）

Development and Application of New Three-roll Piercer

ZHOU Xiaoyu1,JIA Yunrui1,HAN Heyong2
（1.Taiyuan Koda Heavy Industry Completed Equipment Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030027；2.Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan Shanxi 030024）

This paper analyzes the structural characteristics and problems of the original three-roll machine of Jiangsu Changbao,focusing on the structure characteristics,technical performance of new type three-roll piercer.The key open frame technology,reduction balance device technology,feeding angle adjustment technology,roll locking technology and so on are designed and developed.And these technologies are successfully applied to the reconstruction of three-roll piercer.The practice has proved that the transformation makes the product quality improved significantly with more convenient equipment adjustment,and makes automatic degree increased significantly.The production process is stable and reliable.The new three-roll piercing machine technology is advanced and convenient,and can be used as a new generation and replacement product for traditional three-roll piercing machine,which has important popularization value.

seamless steel tube,three-roll piercing machine,process,equipment

TG335.71

A

1672-1152（2017）03-0081-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.33

2017-03-17

國家青年科學(xué)基金項目（51505315）

周曉宇（1985—），女，黑龍江省齊齊哈爾市人，2011年畢業(yè)于太原科技大學(xué)，碩士，現(xiàn)在太原科達(dá)重工成套設(shè)備有限公司從事無縫鋼管軋制設(shè)備設(shè)計開發(fā)工作