楊曉卿，劉 威，朱建明，李小鳳

(1.中國(guó)聯(lián)合工程有限公司 裝備工程公司，浙江 杭州 310000；2.杭州天驕舞臺(tái)科技有限公司，浙江 杭州 310000)

目前，國(guó)內(nèi)大型不銹鋼管(包括無(wú)縫鋼管和焊管)固溶處理設(shè)備主要采用室式熱處理爐，配淬火水槽及淬火裝鋼機(jī)[1]。鋼管被送入固溶爐加熱，達(dá)到設(shè)定要求時(shí)，打開爐門，淬火裝鋼機(jī)前部叉臂伸入爐膛，從爐膛中取出鋼管，然后將整個(gè)鋼管迅速浸入水中，完成固溶處理，或者是加熱的鋼管被直接拋入淬火槽中。然而，在處理大型鋼管時(shí)，由于鋼管接觸水時(shí)，上部和下部冷卻速度不一樣，很容易造成鋼管變形，增加了后續(xù)矯直的工作量，影響了產(chǎn)品的合格率[2]。

針對(duì)上述情況，筆者研制了一種鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置，鋼管直徑為325～1 620 mm。在鋼管被取出固溶爐的過(guò)程中一邊旋轉(zhuǎn)，一邊快速下降浸入水槽的水中，減少了鋼管表面接觸水的時(shí)間差，使鋼管表面溫度相對(duì)均勻，從而減少了鋼管的變形量，提高了鋼管生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)品率，減少或免去了后續(xù)矯直工序，從而大大降低了生產(chǎn)成本[3]。

該項(xiàng)目研制的載體是獲得國(guó)資委單項(xiàng)資助的浙江省重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“年產(chǎn)20000噸石油等輸送用大口徑管道及組件項(xiàng)目”中的核心關(guān)鍵項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)第1臺(tái)處理鋼管直徑達(dá)到1 620 mm，長(zhǎng)度達(dá)到12.5 m的不銹鋼管固溶處理自動(dòng)生產(chǎn)線，包括罩式爐、淬火水槽和淬火裝鋼機(jī)。本文研制的鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置應(yīng)用于淬火裝鋼機(jī)叉臂上。

1 裝置組成

鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置主要由裝鋼機(jī)升降裝置、旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分配裝置、壓緊裝置、旋轉(zhuǎn)輪裝置、壓力傳感器、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成(見圖1)。

圖1 鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 裝鋼機(jī)升降裝置

裝鋼機(jī)升降裝置由鏈條、叉臂、升降架、升降導(dǎo)輪、升降軌道和升降液壓缸等組成(見圖2)[4]。叉臂與升降架組成升降機(jī)架；鏈條一端連接升降架，另一端固定在整個(gè)設(shè)備的主梁上；升降架與安裝在軌道內(nèi)的升降導(dǎo)輪相連接；升降液壓缸推出和縮回實(shí)現(xiàn)叉臂上升和叉臂上鋼管入水(推升拉降)[5]。

圖2 裝鋼機(jī)升降裝置

2.2 旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分配裝置

鋼管邊旋轉(zhuǎn)邊入水，轉(zhuǎn)速與鋼管直徑有關(guān)。鋼管直徑越小，變形越厲害，就要求轉(zhuǎn)速越高；反之，直徑越大，鋼管越不容易變形，轉(zhuǎn)速可以減小。一般要求轉(zhuǎn)速為10～120 r/min。旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分配裝置是由1個(gè)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)集中傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的變頻控制可以滿足不同直徑的鋼管淬火時(shí)的不同轉(zhuǎn)速。其布置在遠(yuǎn)離淬火水面的叉臂上端，每組旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過(guò)1組圓錐和1組蝸輪蝸桿以及若干傳動(dòng)軸傳到叉臂上，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得進(jìn)入淬火液中的鋼管邊旋轉(zhuǎn)邊進(jìn)入液面。

旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分配裝置由電動(dòng)機(jī)減速機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、錐齒輪組成的轉(zhuǎn)向器、蝸輪蝸桿、軸承以及密封件[6]組成(見圖3)。

圖3 旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分配裝置

該裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：1)旋轉(zhuǎn)功率為7.5 kW；2)錐齒輪模數(shù)為5 mm；3)錐齒輪齒數(shù)為19；4)蝸桿頭數(shù)為3；5)蝸輪座間距為800 mm。

2.3 旋轉(zhuǎn)輪裝置

旋轉(zhuǎn)輪裝置的動(dòng)力來(lái)自于叉臂頂部的電動(dòng)機(jī)減速機(jī)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分配裝置傳遞到蝸桿，再通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)輪裝置由蝸輪軸、蝸輪、蝸輪座、軸承、帶密封件的透蓋、旋轉(zhuǎn)輪(直徑為300 mm)及固定板組成(見圖4)。

圖4 旋轉(zhuǎn)輪裝置

由于在水下使用，裝置用部件都采用不銹鋼材質(zhì)。軸承為不銹鋼軸承，其具有很好的耐腐蝕性能，可以在有腐蝕性的水中長(zhǎng)時(shí)間使用，同時(shí)還能提高軸承的承載能力和熱傳導(dǎo)作用。軸承內(nèi)外圈和鋼球材料為9Cr18，軸承保持器和封閉蓋材料為0Cr19Ni9，透蓋采用橡膠密封，透蓋骨架外面包丁腈橡膠。

2.4 壓緊裝置(含壓力傳感器)

為防止淬火鋼管旋轉(zhuǎn)時(shí)漂浮被甩出，應(yīng)特別設(shè)計(jì)一套壓緊裝置(見圖5)。在鋼管即將入水淬火時(shí)，裝在叉臂上部的液壓缸伸出，鋼管上部的壓緊裝置下降到適當(dāng)?shù)奈恢?，液壓缸的伸出距離可調(diào)以適用不同直徑的鋼管；壓緊裝置上的液壓缸伸出使得壓輪組件與鋼管接觸，壓力大小通過(guò)壓力傳感器來(lái)控制，既可保證鋼管在水中足夠旋轉(zhuǎn)，又不至于將熱態(tài)鋼管壓變形[7]。當(dāng)叉臂要進(jìn)入爐膛取料時(shí)，壓輪組件通過(guò)液壓缸縮回來(lái)翻轉(zhuǎn)，只保證叉臂機(jī)構(gòu)進(jìn)入爐膛，而避免壓輪組件進(jìn)入高溫爐膛損壞。

圖5 壓緊裝置

壓緊裝置由液壓缸、壓輪固定架、壓輪組件和平衡輪組件組成。壓緊裝置數(shù)量一般可根據(jù)鋼管的長(zhǎng)度來(lái)確定，長(zhǎng)的鋼管可多設(shè)置幾套，反之，短的鋼管可以少配幾套。

該裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：1)液壓缸1推力為1 t(4組)；2)液壓缸1行程為1 320 mm；3)液壓缸2推力為1 t(4組)；4)液壓缸2行程為535 mm；5)液壓缸間距為2 400/3 200 mm；6)壓輪組件為4套。

2.5 液壓系統(tǒng)

鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置中的升降、壓緊、旋轉(zhuǎn)都采用液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力油由安裝在淬火裝鋼機(jī)上的液壓泵站專供[8]。液壓泵通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出壓力油，液壓泵壓力由電磁溢流閥調(diào)整[9]。液壓泵出口設(shè)計(jì)1臺(tái)蓄能器，用來(lái)穩(wěn)定泵的壓力脈動(dòng)，保持恒定的壓力[10]。

針對(duì)淬火要求入水時(shí)間快、升降液壓缸動(dòng)作平穩(wěn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)3組換向閥的回路，以實(shí)現(xiàn)液壓缸快速下降，平穩(wěn)停止動(dòng)作；并在每組升降液壓缸處設(shè)計(jì)1個(gè)液控單向閥，以實(shí)現(xiàn)任意位置的停止保壓；設(shè)計(jì)1個(gè)安全球閥，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有電源或者液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可手動(dòng)打開安全球閥，讓液壓缸緩慢下降。

針對(duì)壓緊裝置壓力可調(diào)的特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)壓緊液壓缸設(shè)計(jì)比例減壓閥，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入壓緊液壓缸的液壓油壓力，通過(guò)壓力傳感器隨時(shí)反饋壓力大小，來(lái)調(diào)整壓緊輪對(duì)鋼管的壓緊力。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研制的鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置實(shí)現(xiàn)了鋼管淬火時(shí)的旋轉(zhuǎn)功能，并能短時(shí)耐熱，可長(zhǎng)期防水，旋轉(zhuǎn)速度無(wú)級(jí)可調(diào)；壓緊裝置中壓輪的壓力通過(guò)壓力傳感器和液壓系統(tǒng)的壓力構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)中設(shè)定壓力值，可以控制壓輪的壓力，保證鋼管在快速平穩(wěn)下降的過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)，且在鋼管表面沒(méi)有留下可見的壓痕和變形。應(yīng)用實(shí)踐表明，該裝置完全滿足大直徑鋼管的淬火要求。

[1] 周敬恩. 熱處理手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 王秉銓. 工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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[5] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì). 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

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[8] 陸望龍. 液壓系統(tǒng)使用與維護(hù)手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

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