周超群，穆 東，王建輝，歐陽建，覃 宣

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122）

三輥連軋管技術(shù)的核心工藝為三輥連續(xù)縱向軋制。連軋管機(jī)相鄰機(jī)架的輥縫相互交錯布置，毛管經(jīng)過軋制后，壁厚減薄，長度延伸，壁厚精度和表面光潔度提高。因此，三輥連軋管機(jī)以其產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高的技術(shù)優(yōu)勢成為當(dāng)今無縫鋼管生產(chǎn)中的首選的軋管機(jī)型［1-8］。

1 三輥連軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)型式

基于換輥方式易操作性和機(jī)座整體剛度的綜合考慮，三輥連軋管機(jī)組目前有3種不同的換輥型式：軸向換輥、單側(cè)換輥和雙側(cè)換輥［9］。

1.1 軸向換輥式三輥連軋管機(jī)

軸向換輥適用于隧道式三輥連軋管機(jī)，這種型式的軋管機(jī)，主機(jī)座為封閉結(jié)構(gòu)——隧道，其上安裝有液壓伺服壓下缸，固定安裝在牌坊上。軸向換輥式三輥連軋管機(jī)主要由軋輥機(jī)架、隧道式牌坊和傳動裝置3部分組成。連軋管機(jī)主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，連軋管機(jī)的牌坊通過連桿形成一個整體，呈隧道狀，軋輥機(jī)架、芯棒支撐架彼此間相互緊靠相連形成一個機(jī)架列，通過換輥小車的滑道被推入隧道內(nèi)，換輥時需將其整體拉出來進(jìn)行更換。

這類軋管機(jī)換輥時，需要先把軋管機(jī)到脫管機(jī)之間的輥道移開，鎖緊釋放，脫開傳動軸，拉出小機(jī)架列，更換所需機(jī)架后，再逆向操作一遍。隧道式主機(jī)座剛性較好，應(yīng)力分布均勻，但軸向換輥操作不靈活，步驟較復(fù)雜，耗時較長。軸向換輥式三輥連軋管機(jī)如圖1所示。

圖1 軸向換輥式三輥連軋管機(jī)示意

1.2 單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)

單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)牌坊由多片厚鋼板通過螺柱固定相連形成框架式結(jié)構(gòu)。每個機(jī)架有3個液壓小倉，其中換輥側(cè)的1個液壓小倉可擺動，液壓小倉通過螺桿安裝在牌坊上；擺動液壓小倉有1個擺動液壓缸和1個鎖緊液壓缸。

單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)的各個機(jī)架換輥路徑獨立，可以根據(jù)需要進(jìn)行單獨或者多個機(jī)架更換。

在實際生產(chǎn)中，軸向換輥式和側(cè)向換輥式三輥連軋管機(jī)均有單個機(jī)架出現(xiàn)軋制故障的情況，比如軸承損壞、軋卡、軋輥缺陷等。相比較而言，具備單機(jī)架獨立更換功能的側(cè)向換輥可減少停機(jī)換輥時間，因為每個機(jī)架換輥1次，都需要重新定位和脫接傳動軸1次。單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)如圖2所示。

圖2 單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)示意

1.3 雙側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)

雙側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)的液壓小倉均固定安裝在牌坊上，為讓出換輥通道，其壓下缸的行程較長。以Φ159 mm三輥連軋管機(jī)組為例，雙側(cè)換輥的壓下缸比軸向換輥和單側(cè)換輥大30 mm。

雙側(cè)換輥式連軋管機(jī)的換輥裝置位于軋管機(jī)的兩側(cè)，需占用穿孔到連軋之間的空間，使得穿孔中心到連軋中心的距離加長。比如，某Φ159 mm單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)，穿孔機(jī)到連軋管機(jī)的距離為15 m；某Φ159 mm雙側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)，穿孔機(jī)到連軋管機(jī)的距離為17.5 m。另外，奇數(shù)機(jī)架和偶數(shù)機(jī)架從不同的方向進(jìn)入主機(jī)牌坊，奇偶機(jī)架的定位面位于軋制中心的兩側(cè)。

雙側(cè)換輥式軋管機(jī)的奇數(shù)和偶數(shù)機(jī)架交替在軋制中心線兩側(cè)更換。這種換輥方式可實現(xiàn)單機(jī)架更換，換輥時間較短，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要兩套換輥裝置。雙側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)如圖3所示。三輥連軋管機(jī)對比分析見表1。

表1 不同換輥結(jié)構(gòu)的三輥連軋管機(jī)對比

圖3 雙側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)示意

2 三輥連軋管機(jī)換輥動作過程

三輥連軋管機(jī)組因軋輥和軸承壽命的限制、生產(chǎn)規(guī)格更換、生產(chǎn)事故導(dǎo)致的軋輥或機(jī)架損傷等，生產(chǎn)操作中換輥較頻繁，耗時長，影響生產(chǎn)效率。

一個完整的換輥過程主要包含的關(guān)鍵步驟：①新機(jī)架吊裝就位；②傳動軸脫開，各部件鎖緊釋放；③將舊機(jī)架拉出，并裝載新機(jī)架；④各部件復(fù)位鎖緊、傳動軸接合；⑤舊機(jī)架吊離。其中新、舊機(jī)架吊裝不占用生產(chǎn)時間，影響換輥操作的主要環(huán)節(jié)為傳動軸的脫開與嚙合和各部件的鎖緊與松開等。

單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)需將單側(cè)擺動液壓壓下裝置擺開，讓出機(jī)架換輥通道。雙側(cè)換輥則通過適當(dāng)加大壓下缸行程，同時將換輥側(cè)傳動軸脫開后擺開，讓出換輥通道。這2種方式的換輥時間相當(dāng)，理論時間少于30 min。軸向換輥由于需將機(jī)架列整體從牌坊隧道內(nèi)拉出與推入，理論換輥時間40 min左右。在實際操作中，傳動軸對軸嚙合需人工觀察，根據(jù)生產(chǎn)人員操作經(jīng)驗，實際換輥時間在50~150 min。

3 三輥連軋管機(jī)換輥結(jié)構(gòu)研究

三輥連軋管機(jī)3個軋輥互為120°布置，減速機(jī)和軋輥間連接是可伸縮的鼓形齒傳動軸，軸身內(nèi)部中空，內(nèi)部有1套彈簧組件。在換輥時傳動軸通過軸支撐裝置進(jìn)行支撐，傳動軸驅(qū)動回縮脫離和軋輥的連接，讓出機(jī)架換輥通道。

在操作側(cè)設(shè)有液壓驅(qū)動的機(jī)架更換裝置，用于接受從軋管機(jī)中拉出的舊機(jī)架，并裝載新機(jī)架。當(dāng)新工作機(jī)架推入后，傳動軸內(nèi)部壓縮的彈簧自動回彈，傳動軸伸出和軋輥連接［10-17］。傳動軸及軸支撐裝置如圖4所示。

圖4 傳動軸及軸支撐裝置示意

已知擺臂角度ψ，最大軋輥名義直徑D，實際軋輥名義直徑d，傳動軸擺動角度α1，擺臂偏轉(zhuǎn)角度β1，BH與BF的初始夾角γ0，傳動軸擺動后BH與BF的夾角γ1。

以某三輥連軋管機(jī)為例，軋輥最大名義直徑為620 mm，則軋輥名義直徑為d時的偏移值Δ=（620-d）/2，托輥液壓缸行程定義為L1，則有L1=a×Δ+c（其中a為線性系數(shù)，c為常數(shù)），根據(jù)公式計算并擬合的奇數(shù)機(jī)架下輥曲線如圖5所示。驅(qū)動奇數(shù)機(jī)架下輥傳動軸托輥擺動的液壓缸行程L1為：

圖5 托輥液壓缸行程擬合曲線

其余機(jī)架軋輥以此類推。

根據(jù)分析可知，由于安裝誤差對常數(shù)c的影響較大，而對線性系數(shù)a的影響在可容許的范圍內(nèi)；因此，在調(diào)試時，需按照最大名義軋輥直徑620 mm標(biāo)定c值，由于此時Δ=0，c值即為軋輥直徑620 mm時的液壓缸初始行程L0。

由于結(jié)構(gòu)及空間限制，三輥連軋管機(jī)靠近軋輥側(cè)的軸頭無法設(shè)置支撐裝置，因此換輥時，主傳動軸只能在鼓形齒處脫開。在傳動軸和軋輥連接的過程中，傳動軸定位精度不高，傳動軸對接困難，且由于鼓形齒的齒隙較小，鼓形齒對接困難。實際操作中，需要人工到聯(lián)軸器軸頭側(cè)觀察軸的對接情況，然后通過對講機(jī)與操作臺通信。

另外，傳動軸內(nèi)部的彈簧在運(yùn)行過程中常常會遇到各種阻力，使得傳動軸的位置無法確定。該處的檢測元件安裝不便，且信號不易檢測，可在托輥液壓缸及脫軸液壓缸的尾部設(shè)置位移傳感器，以檢測是否對接到位。

4 結(jié) 語

通過對比分析連軋管機(jī)軸向換輥、單側(cè)換輥和雙側(cè)換輥三種換輥型式可知，3種型式各有利弊，軸向換輥的換輥時間相對較長。根據(jù)三輥連軋管機(jī)換輥設(shè)備的結(jié)構(gòu)研究，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場的使用情況，對于3種換輥型式，提高換輥效率實現(xiàn)快速換輥的關(guān)鍵點為：

（1）在整個換輥過程中，傳動軸的嚙合控制是影響換輥效率的主要因素，可以增加傳動軸對接導(dǎo)向裝置來提高換輥效率。

（2）傳動軸內(nèi)部復(fù)位彈簧失效也是換輥過程中的不利因素，可考慮傳動軸主動驅(qū)動復(fù)位。

（3）整個換輥過程設(shè)備動作較多，為了節(jié)省操作時間、提高換輥效率，需要盡量減少人為干預(yù)，設(shè)備到位檢測尤為重要，包括軋輥機(jī)架就位檢測、軸嚙合檢測等，這些到位檢測點直接影響著換輥的正確性和效率。

從三輥連軋管機(jī)應(yīng)用的情況來看，軸向換輥式三輥連軋管機(jī)和單側(cè)換輥式連軋管機(jī)應(yīng)用較多，小規(guī)格機(jī)組既有軸向換輥式也有單側(cè)換輥式，但從操作方便性和利于軋卡故障處理來考慮，更傾向于選用單側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)，大規(guī)格機(jī)組（Φ460 mm以上）目前都是用的軸向換輥式三輥連軋管機(jī)。雙側(cè)換輥式三輥連軋管機(jī)推出時間短，目前應(yīng)用較少，其綜合了軸向換輥和單側(cè)換輥的優(yōu)點，但也有其自身的限制，在今后的生產(chǎn)運(yùn)行中能否達(dá)到設(shè)計期望，還有待進(jìn)一步實踐驗證。