張減機(jī)架剛度測(cè)試裝置的研發(fā)

馮　原,劉　 晶（.寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部; .上海金藝檢測(cè)技術(shù)有限公司,上海 0900）

張減機(jī)架剛度測(cè)試裝置的研發(fā)

馮原1,劉 晶2
（1.寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部; 2.上海金藝檢測(cè)技術(shù)有限公司,上海 201900）

張力減徑機(jī)作為無(wú)縫熱軋鋼管生產(chǎn)的最后一道塑性成形工序，對(duì)無(wú)縫鋼管產(chǎn)品尺寸精度起著重要作用。張力減徑工序不僅決定了鋼管的外徑精度，而且對(duì)鋼管的壁厚也有著重要影響，鋼管產(chǎn)品外表面缺陷同樣主要來(lái)源于張力減徑工序。

張力減徑機(jī)；幾何精度；剛度

寶鋼鋼管Φ140mm全浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組的原產(chǎn)品大綱中成品管外徑上限到139.7mm（5.5in），引進(jìn)的2個(gè)主孔型為119和152.5孔型。為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，陸續(xù)開(kāi)發(fā)成功了169，195和200孔型，使管子最大外徑達(dá)到200mm；寶鋼鋼管原產(chǎn)品品種設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是Cr含量在2.25%以下，特點(diǎn)是生產(chǎn)節(jié)奏快，產(chǎn)量高，產(chǎn)品立足于碳鋼，各機(jī)組孔型設(shè)計(jì)及設(shè)備性能也考慮的是碳鋼的變形特點(diǎn)。為滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)高端產(chǎn)品的需求，提升寶鋼鋼管的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力，寶鋼鋼管逐年提高高鉻鋼產(chǎn)品比例，逐步摸索高鉻鋼產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，不管是規(guī)格還是鋼級(jí)都大大超出了原機(jī)組的設(shè)計(jì)能力，生產(chǎn)的負(fù)荷也隨著加大；熱工具規(guī)格尺寸指標(biāo)沒(méi)有大的變化，但性能狀態(tài)及負(fù)荷發(fā)生了巨大的變化，因此我們很有必要掌握真實(shí)的機(jī)架情況，否則就很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)備的安全。

熱軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的外表質(zhì)量缺陷一般認(rèn)為是由張減機(jī)架造成。隨著用戶(hù)對(duì)鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)，青線(xiàn)、輥印等外表質(zhì)量缺陷日益成為鋼管產(chǎn)品質(zhì)量的重大隱患，系統(tǒng)分析鋼管外表質(zhì)量缺陷的形態(tài)及其產(chǎn)生機(jī)制,對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有重大的實(shí)際意義。軋輥在參與減徑變形過(guò)程中受到壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生竄動(dòng)現(xiàn)象，軋輥的竄動(dòng)與機(jī)架殼體剛度和裝配質(zhì)量有關(guān)。解決外表問(wèn)題應(yīng)重點(diǎn)從張減機(jī)架殼體質(zhì)量、機(jī)架的裝配質(zhì)量、孔型加工方法等方面下手來(lái)加以控制。張減機(jī)架的剛度對(duì)鋼管的外表質(zhì)量影響很大，剛性較差的機(jī)架軋制過(guò)程中很容易產(chǎn)生彈性變形，使機(jī)架的孔型保持能力大大減弱，極易造成鋼管在減徑過(guò)程中金屬溢出輥縫形成外表缺陷。因此我們需要實(shí)測(cè)張減機(jī)架剛度。

根據(jù)研究?jī)?nèi)容，張減機(jī)要模擬在軋制過(guò)程張減機(jī)軋輥受力，如何把三個(gè)軋輥施加力是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，利用水平桿體通過(guò)液壓油缸沿軋制方向插入，把三個(gè)軋輥撐開(kāi)，然后施加不同的力，檢測(cè)每個(gè)軋輥上的受力和位移，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄受力和位移過(guò)程，如圖1所示。

在此設(shè)計(jì)方案中，核心部件為水平測(cè)力桿及液壓油缸的選型，如圖2所示。根據(jù)張減機(jī)性能參數(shù)，按照每個(gè)輥額定軋制力為180kN，每個(gè)軋輥受力為180kN，根據(jù)力傳感器的額定載荷以及固定架所能承受的載荷范圍，取超過(guò)每個(gè)輥額定軋制力的2.25倍，來(lái)設(shè)計(jì)張開(kāi)每個(gè)軋輥需要的最大力，即張開(kāi)軋輥的最大力大小為405KN。假定圓錐體錐度為α，則垂直于錐面的力為405/cosα，按照α=5°考慮，則405/cosα=407kN；水平分力為405×tgα=35.4kN，則水平方向三個(gè)軋輥的總水平分量為35.4×3=106.3kN。因此，需要液壓缸提供的推力大小為106.3KN。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況和理論方案，我們?cè)O(shè)計(jì)出一套可移動(dòng)式張減機(jī)架剛度測(cè)試裝置。我們希望能夠利用這套裝置將現(xiàn)場(chǎng)所有張減機(jī)架逐一進(jìn)行檢測(cè)，并分出相應(yīng)等級(jí)，針對(duì)不同的鋼級(jí)使用，減少鋼管產(chǎn)品外表質(zhì)量缺陷。

柔性連接部件主要包括法蘭盤(pán)、球面墊、水平測(cè)力桿三部分。

（1）法蘭盤(pán)尺寸設(shè)定。法蘭盤(pán)作用主要是與液壓缸活塞桿之間進(jìn)行連接，根據(jù)液壓缸活塞桿尺寸，設(shè)定法蘭盤(pán)凸臺(tái)部分為Ф150mm的圓臺(tái)，長(zhǎng)為125mm內(nèi)有直徑為Ф90mm的螺紋孔，螺紋長(zhǎng)度為100mm。底部為Ф300mm的圓盤(pán)，厚度為25mm，底面有Ф132mm的圓形凹槽，用于放置銅質(zhì)球面墊。

（2）球面墊尺寸的設(shè)定。球面墊的球冠投影面直徑為Ф132mm，球面直徑為Ф292mm，球冠頂部到投影面的距離為25mm。

（3）水平測(cè)力桿的尺寸設(shè)定。水平測(cè)力桿主要是用于放置并固定測(cè)力傳感器，并與法蘭盤(pán)之間采用螺栓連接。水平測(cè)力桿在推進(jìn)張減機(jī)機(jī)架的過(guò)程中，如果受到微小力作用時(shí)，會(huì)沿著銅質(zhì)球面墊發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而消除力對(duì)水平推力桿的作用保證測(cè)量精度和設(shè)備的使用壽命。

水平測(cè)力桿的前端為直徑為Ф130mm，長(zhǎng)為350mm的圓柱體，在距前端50mm處，沿截面均勻分布三個(gè)安裝力傳感器的孔槽。底端為直徑是Ф300的圓臺(tái)，厚度為20mm。