一種管坯熱定心機的設(shè)計淺談

李云峰

【摘 要】 本文簡要介紹一種熱軋管坯熱定心機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特點等，為今后類似設(shè)計提供借鑒及參考。

【關(guān)鍵詞】 無縫管 熱定心機 設(shè)備

某鋼鐵（集團）有限責任公司為實施國家發(fā)改委批準的結(jié)構(gòu)調(diào)整總體發(fā)展規(guī)劃，以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為目標，擴大高端無縫管產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，投資建設(shè)Φ159mm無縫管熱軋、熱處理工程。為配合此次工程，我們設(shè)計了與Φ159mm連軋無縫管生產(chǎn)線配套的1套管坯熱定心機，此設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式是在外商提供的基本數(shù)據(jù)資料進行研發(fā)的，在國內(nèi)是首臺。

本管坯熱定心機具有對加熱后的管坯進行尾端定心的功能，從而改善穿孔后的毛管尾端的幾何形狀，布置在從環(huán)形爐到穿孔機的輥道端部，并能與熱軋區(qū)軋機小時生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

1 基本結(jié)構(gòu)及特點及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點

基本結(jié)構(gòu)：熱定心機主要包括1機架、2上下夾緊臂、3連桿、4夾緊缸、5定心缸及6頂頭等部分組成，如圖1所示。

特點：定心力大并且可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占用空間小，由于采用頂頭可更換裝置簡化了輔機功能，減輕了設(shè)備重量。

1.2 工作原理

由熱坯輸送輥道將加熱后的管坯送至熱定心機頂頭位置，此時上下夾緊臂通過夾緊缸外伸來夾緊管坯，夾緊臂相對于管坯的對中靠中間的連桿同步動作來實現(xiàn)。當夾緊臂夾緊管坯后，定心缸驅(qū)動定心頭向前移動實現(xiàn)管坯尾部定心，定心完畢，定心缸回退，夾緊缸縮回，至此完成一根來料的定心任務(wù)。為滿足由熱坯輸送輥道送來的不同直徑管坯都在定心頭同一中心線上，頂頭可更換。

2 設(shè)備技術(shù)規(guī)格與參數(shù)

定心力：580KN

夾持力：1500KN

液壓系統(tǒng)的工作壓力為16MPar

定心溫度：1150～1200℃

定心孔直徑：60mm

定心孔深度：55mm

工作一次時間：10s

定心頭最大工作次數(shù)：150次/小時

3 主要部件的有限元分析

3.1 分析參數(shù)信息

分析類型-線性材料模型靜應力

單位-自定義-（N，mm，s，degC，）

重力加速度=9814.56mm/s2

缺省節(jié)點溫度-0°C

缺省材料-16Mn

3.2 機架強度受力分析

實體建模后，將模型導入ALGOR中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為塊體和四面體單元，共有個29730表面網(wǎng)格，90288個塊單元。施加最大載荷下的機架有限元靜力分析結(jié)果：最大應力187.4Mp，與材料16Mn屈服應力對照，載荷系數(shù)為1.47。如圖2所示。

3.3 夾緊臂強度受力分析

實體建模后，將模型導入ALGOR中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為塊體和四面體單元，共有個5758表面網(wǎng)格，18411個塊單元。施加最大載荷下的機架有限元靜力分析結(jié)果：如圖3最大應力189.9Mp，與材料16Mn屈服應力對照，載荷系數(shù)為1.45。

4 本次設(shè)計創(chuàng)新點

4.1 頂頭的緩沖裝置

本次設(shè)計在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化了頂頭部位，由原來的頂頭部分開放式結(jié)構(gòu)變成封閉式結(jié)構(gòu)，增加緩沖裝置，在控制不精確的情況下防止坯料撞傷頂頭及損壞定心油缸，同時有效的增強了機架的剛度。如圖4所示。

4.2 頂頭偏心

4.2.1 頂頭偏心的原因

在本次設(shè)計中，熱坯來料分兩種規(guī)格：Φ150/Φ210，因為輥道標高固定不動，所來兩種坯料與頂頭中心線不能同時對中，所以要完成兩種規(guī)格的定心任務(wù)就存在頂頭與坯料對中的問題。由于規(guī)格相對少，沒有采用定心機升降或熱坯輸送輥道升降這種較復雜的方法，而采取了頂頭偏心的簡單方法來滿足兩種規(guī)格的定心。

Φ210規(guī)格坯料定心時使用不偏心的頂頭，Φ150規(guī)格坯料定心時需要使用偏心的頂頭，

如圖6右圖所示。在更換坯料規(guī)格的同時需要更換頂頭。

4.2.2 偏心頂頭的對中及更換頂頭方法

為了適應兩種規(guī)格坯料，不僅頂頭要設(shè)置偏心，而且在動作上要保證頂頭頂點與坯料中心線對中就必須抑制頂頭延中心軸線的轉(zhuǎn)動，為了達到這一目的，在頂頭及導向結(jié)構(gòu)上作了設(shè)計，如下圖5左圖示意。在滑套與頂頭之間由兩側(cè)的平面來配合導向。

滑套與頂頭配合后，滑套依然沒有被抑制延軸線的轉(zhuǎn)動，因此我們采用了兩個螺桿與擋板及機架固定來抑制滑套的轉(zhuǎn)動，此設(shè)計一方面抑制了滑套的軸向轉(zhuǎn)動，別一方面也為滑套在套筒中的滑動提供了導向作用，而且在更換頂頭時只需松開兩螺桿用扳手轉(zhuǎn)動滑套及可取出頂頭進行更換，使更換頂頭變的簡單方便，如圖7右圖所示。

參考文獻：

[1]寇曉東，ALGOR結(jié)構(gòu)分析高級教程.2008.endprint

【摘 要】 本文簡要介紹一種熱軋管坯熱定心機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特點等，為今后類似設(shè)計提供借鑒及參考。

【關(guān)鍵詞】 無縫管 熱定心機 設(shè)備

某鋼鐵（集團）有限責任公司為實施國家發(fā)改委批準的結(jié)構(gòu)調(diào)整總體發(fā)展規(guī)劃，以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為目標，擴大高端無縫管產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，投資建設(shè)Φ159mm無縫管熱軋、熱處理工程。為配合此次工程，我們設(shè)計了與Φ159mm連軋無縫管生產(chǎn)線配套的1套管坯熱定心機，此設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式是在外商提供的基本數(shù)據(jù)資料進行研發(fā)的，在國內(nèi)是首臺。

本管坯熱定心機具有對加熱后的管坯進行尾端定心的功能，從而改善穿孔后的毛管尾端的幾何形狀，布置在從環(huán)形爐到穿孔機的輥道端部，并能與熱軋區(qū)軋機小時生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

1 基本結(jié)構(gòu)及特點及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點

基本結(jié)構(gòu)：熱定心機主要包括1機架、2上下夾緊臂、3連桿、4夾緊缸、5定心缸及6頂頭等部分組成，如圖1所示。

特點：定心力大并且可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占用空間小，由于采用頂頭可更換裝置簡化了輔機功能，減輕了設(shè)備重量。

1.2 工作原理

由熱坯輸送輥道將加熱后的管坯送至熱定心機頂頭位置，此時上下夾緊臂通過夾緊缸外伸來夾緊管坯，夾緊臂相對于管坯的對中靠中間的連桿同步動作來實現(xiàn)。當夾緊臂夾緊管坯后，定心缸驅(qū)動定心頭向前移動實現(xiàn)管坯尾部定心，定心完畢，定心缸回退，夾緊缸縮回，至此完成一根來料的定心任務(wù)。為滿足由熱坯輸送輥道送來的不同直徑管坯都在定心頭同一中心線上，頂頭可更換。

2 設(shè)備技術(shù)規(guī)格與參數(shù)

定心力：580KN

夾持力：1500KN

液壓系統(tǒng)的工作壓力為16MPar

定心溫度：1150～1200℃

定心孔直徑：60mm

定心孔深度：55mm

工作一次時間：10s

定心頭最大工作次數(shù)：150次/小時

3 主要部件的有限元分析

3.1 分析參數(shù)信息

分析類型-線性材料模型靜應力

單位-自定義-（N，mm，s，degC，）

重力加速度=9814.56mm/s2

缺省節(jié)點溫度-0°C

缺省材料-16Mn

3.2 機架強度受力分析

實體建模后，將模型導入ALGOR中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為塊體和四面體單元，共有個29730表面網(wǎng)格，90288個塊單元。施加最大載荷下的機架有限元靜力分析結(jié)果：最大應力187.4Mp，與材料16Mn屈服應力對照，載荷系數(shù)為1.47。如圖2所示。

3.3 夾緊臂強度受力分析

實體建模后，將模型導入ALGOR中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為塊體和四面體單元，共有個5758表面網(wǎng)格，18411個塊單元。施加最大載荷下的機架有限元靜力分析結(jié)果：如圖3最大應力189.9Mp，與材料16Mn屈服應力對照，載荷系數(shù)為1.45。

4 本次設(shè)計創(chuàng)新點

4.1 頂頭的緩沖裝置

本次設(shè)計在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化了頂頭部位，由原來的頂頭部分開放式結(jié)構(gòu)變成封閉式結(jié)構(gòu)，增加緩沖裝置，在控制不精確的情況下防止坯料撞傷頂頭及損壞定心油缸，同時有效的增強了機架的剛度。如圖4所示。

4.2 頂頭偏心

4.2.1 頂頭偏心的原因

在本次設(shè)計中，熱坯來料分兩種規(guī)格：Φ150/Φ210，因為輥道標高固定不動，所來兩種坯料與頂頭中心線不能同時對中，所以要完成兩種規(guī)格的定心任務(wù)就存在頂頭與坯料對中的問題。由于規(guī)格相對少，沒有采用定心機升降或熱坯輸送輥道升降這種較復雜的方法，而采取了頂頭偏心的簡單方法來滿足兩種規(guī)格的定心。

Φ210規(guī)格坯料定心時使用不偏心的頂頭，Φ150規(guī)格坯料定心時需要使用偏心的頂頭，

如圖6右圖所示。在更換坯料規(guī)格的同時需要更換頂頭。

4.2.2 偏心頂頭的對中及更換頂頭方法

為了適應兩種規(guī)格坯料，不僅頂頭要設(shè)置偏心，而且在動作上要保證頂頭頂點與坯料中心線對中就必須抑制頂頭延中心軸線的轉(zhuǎn)動，為了達到這一目的，在頂頭及導向結(jié)構(gòu)上作了設(shè)計，如下圖5左圖示意。在滑套與頂頭之間由兩側(cè)的平面來配合導向。

滑套與頂頭配合后，滑套依然沒有被抑制延軸線的轉(zhuǎn)動，因此我們采用了兩個螺桿與擋板及機架固定來抑制滑套的轉(zhuǎn)動，此設(shè)計一方面抑制了滑套的軸向轉(zhuǎn)動，別一方面也為滑套在套筒中的滑動提供了導向作用，而且在更換頂頭時只需松開兩螺桿用扳手轉(zhuǎn)動滑套及可取出頂頭進行更換，使更換頂頭變的簡單方便，如圖7右圖所示。

參考文獻：

[1]寇曉東，ALGOR結(jié)構(gòu)分析高級教程.2008.endprint

【摘 要】 本文簡要介紹一種熱軋管坯熱定心機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特點等，為今后類似設(shè)計提供借鑒及參考。

【關(guān)鍵詞】 無縫管 熱定心機 設(shè)備

某鋼鐵（集團）有限責任公司為實施國家發(fā)改委批準的結(jié)構(gòu)調(diào)整總體發(fā)展規(guī)劃，以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為目標，擴大高端無縫管產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，投資建設(shè)Φ159mm無縫管熱軋、熱處理工程。為配合此次工程，我們設(shè)計了與Φ159mm連軋無縫管生產(chǎn)線配套的1套管坯熱定心機，此設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式是在外商提供的基本數(shù)據(jù)資料進行研發(fā)的，在國內(nèi)是首臺。

本管坯熱定心機具有對加熱后的管坯進行尾端定心的功能，從而改善穿孔后的毛管尾端的幾何形狀，布置在從環(huán)形爐到穿孔機的輥道端部，并能與熱軋區(qū)軋機小時生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

1 基本結(jié)構(gòu)及特點及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點

基本結(jié)構(gòu)：熱定心機主要包括1機架、2上下夾緊臂、3連桿、4夾緊缸、5定心缸及6頂頭等部分組成，如圖1所示。

特點：定心力大并且可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占用空間小，由于采用頂頭可更換裝置簡化了輔機功能，減輕了設(shè)備重量。

1.2 工作原理

由熱坯輸送輥道將加熱后的管坯送至熱定心機頂頭位置，此時上下夾緊臂通過夾緊缸外伸來夾緊管坯，夾緊臂相對于管坯的對中靠中間的連桿同步動作來實現(xiàn)。當夾緊臂夾緊管坯后，定心缸驅(qū)動定心頭向前移動實現(xiàn)管坯尾部定心，定心完畢，定心缸回退，夾緊缸縮回，至此完成一根來料的定心任務(wù)。為滿足由熱坯輸送輥道送來的不同直徑管坯都在定心頭同一中心線上，頂頭可更換。

2 設(shè)備技術(shù)規(guī)格與參數(shù)

定心力：580KN

夾持力：1500KN

液壓系統(tǒng)的工作壓力為16MPar

定心溫度：1150～1200℃

定心孔直徑：60mm

定心孔深度：55mm

工作一次時間：10s

定心頭最大工作次數(shù)：150次/小時

3 主要部件的有限元分析

3.1 分析參數(shù)信息

分析類型-線性材料模型靜應力

單位-自定義-（N，mm，s，degC，）

重力加速度=9814.56mm/s2

缺省節(jié)點溫度-0°C

缺省材料-16Mn

3.2 機架強度受力分析

實體建模后，將模型導入ALGOR中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為塊體和四面體單元，共有個29730表面網(wǎng)格，90288個塊單元。施加最大載荷下的機架有限元靜力分析結(jié)果：最大應力187.4Mp，與材料16Mn屈服應力對照，載荷系數(shù)為1.47。如圖2所示。

3.3 夾緊臂強度受力分析

實體建模后，將模型導入ALGOR中，進行有限元網(wǎng)格劃分，單元類型為塊體和四面體單元，共有個5758表面網(wǎng)格，18411個塊單元。施加最大載荷下的機架有限元靜力分析結(jié)果：如圖3最大應力189.9Mp，與材料16Mn屈服應力對照，載荷系數(shù)為1.45。

4 本次設(shè)計創(chuàng)新點

4.1 頂頭的緩沖裝置

本次設(shè)計在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化了頂頭部位，由原來的頂頭部分開放式結(jié)構(gòu)變成封閉式結(jié)構(gòu)，增加緩沖裝置，在控制不精確的情況下防止坯料撞傷頂頭及損壞定心油缸，同時有效的增強了機架的剛度。如圖4所示。

4.2 頂頭偏心

4.2.1 頂頭偏心的原因

在本次設(shè)計中，熱坯來料分兩種規(guī)格：Φ150/Φ210，因為輥道標高固定不動，所來兩種坯料與頂頭中心線不能同時對中，所以要完成兩種規(guī)格的定心任務(wù)就存在頂頭與坯料對中的問題。由于規(guī)格相對少，沒有采用定心機升降或熱坯輸送輥道升降這種較復雜的方法，而采取了頂頭偏心的簡單方法來滿足兩種規(guī)格的定心。

Φ210規(guī)格坯料定心時使用不偏心的頂頭，Φ150規(guī)格坯料定心時需要使用偏心的頂頭，

如圖6右圖所示。在更換坯料規(guī)格的同時需要更換頂頭。

4.2.2 偏心頂頭的對中及更換頂頭方法

為了適應兩種規(guī)格坯料，不僅頂頭要設(shè)置偏心，而且在動作上要保證頂頭頂點與坯料中心線對中就必須抑制頂頭延中心軸線的轉(zhuǎn)動，為了達到這一目的，在頂頭及導向結(jié)構(gòu)上作了設(shè)計，如下圖5左圖示意。在滑套與頂頭之間由兩側(cè)的平面來配合導向。

滑套與頂頭配合后，滑套依然沒有被抑制延軸線的轉(zhuǎn)動，因此我們采用了兩個螺桿與擋板及機架固定來抑制滑套的轉(zhuǎn)動，此設(shè)計一方面抑制了滑套的軸向轉(zhuǎn)動，別一方面也為滑套在套筒中的滑動提供了導向作用，而且在更換頂頭時只需松開兩螺桿用扳手轉(zhuǎn)動滑套及可取出頂頭進行更換，使更換頂頭變的簡單方便，如圖7右圖所示。

參考文獻：

[1]寇曉東，ALGOR結(jié)構(gòu)分析高級教程.2008.endprint