大型錐形穿孔機安裝調(diào)整技術(shù)

徐寶英 宋 磊

（中國二冶集團機裝公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

0 引言

本次安裝德國大型錐形穿孔機設(shè)備，工程設(shè)計生產(chǎn)能力40 萬噸，生產(chǎn)鋼管直徑范圍從φ38mm～φ168mm，最大壁厚為20mm。錐形穿孔機通過傳動裝置帶動兩軋輥轉(zhuǎn)動，對鋼棒圓周碾壓，軋輥形狀為錐形，入口小，出口大，穿孔速度快。自動化程度高，能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，效率高。是熱軋生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)中必備的軋制設(shè)備。

1 工程背景

包鋼無縫φ159 熱軋鋼管生產(chǎn)線設(shè)備安裝工程，是包鋼進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，釋放產(chǎn)能，增加高附加值的重要項目。包頭市誠信達工程咨詢監(jiān)理有限責(zé)任公司進行工程質(zhì)量、安全、文明施工監(jiān)理，設(shè)計單位為中冶東方工程技術(shù)有限公司，其中穿孔機的本體設(shè)備為德國西馬克集團SMS 公司設(shè)計制造。

2 技術(shù)路線、技術(shù)原理

2.1 采取精密水準(zhǔn)儀調(diào)整兩底座間標(biāo)高差，用框式水平儀精調(diào)水平，從而滿足穿孔機底座水平度要求。調(diào)整中心距時預(yù)先留出T 形鍵凸出尺寸，用經(jīng)緯儀配合內(nèi)徑千分桿測量兩相鄰底座相對中心，從而滿足穿孔機底座縱向相對中心距離及平行度，既防止了中心調(diào)整誤差又加快了底座調(diào)整速度。

2.2 換輥裝置吊裝過程中有基礎(chǔ)阻礙，安裝難度較大。采用了無錨點變換設(shè)備角度方法，使鋼絲繩在空中可以隨時變換長度調(diào)整設(shè)備角度從而躲避阻礙物進行設(shè)備安裝。有效的縮短了安裝時間。

2.3 將穿孔機左、右兩側(cè)機架組裝到底座的內(nèi)側(cè)，并安裝好內(nèi)部部件；利用液壓控制裝置控制一拖四同步液壓千斤頂，實現(xiàn)底座連同機架同步推進，采用光柵位移傳感器定位。最終達到機架對中精確、施工費用低、操作簡單安全。

2.4 以穿孔機縱橫中心為基準(zhǔn)，利用經(jīng)緯儀根據(jù)圖紙要求高程差及水平轉(zhuǎn)角測量定位傳動裝置中心，利用自制楔形帶角度模塊量具配合精密水準(zhǔn)儀對中。

3 采用的主要施工工藝新技術(shù)

3.1 穿孔機兩相臨底座調(diào)整采用精密儀器綜合測量技術(shù)

采取精密水準(zhǔn)儀測兩底座間標(biāo)高差，用精度≤0.02/1000 的框式水平儀配合水準(zhǔn)儀24 點調(diào)整水平。調(diào)整好底座的水平度后，調(diào)整中心距時預(yù)先留出T 形鍵凸出尺寸，用經(jīng)緯儀配合內(nèi)徑千分桿測量兩相鄰底座相對中心，從而滿足穿孔機底座縱向相對中心距離及平行度。點焊底座調(diào)整墊板，以防止穿孔機機架設(shè)備組裝完畢后，兩側(cè)底座向中心均勻同步推移到原位時標(biāo)高及水平的變動。通過采用內(nèi)徑千分桿配合經(jīng)緯儀測量中心距離比傳統(tǒng)的拉尺測量精確。內(nèi)徑千分桿的應(yīng)用既解決了傳統(tǒng)測量長度時產(chǎn)生的撓度誤差又提高了了測量精度，從而滿足穿孔機底座縱向相對中心距離及平行度，加快了底座調(diào)整速度。

3.2 換輥裝置吊裝采用了無錨點變換設(shè)備角度方法安裝

換輥裝置吊裝過程中有基礎(chǔ)阻礙，安裝難度較大。采用了無錨點變換設(shè)備角度方法，使鋼絲繩在空中可以隨時變換長度調(diào)整設(shè)備角度從而躲避阻礙物進行設(shè)備安裝。通過采用了無錨點變換設(shè)備角度方法比傳統(tǒng)的鋼絲繩雙股打松緊環(huán)方法安全可靠，且提高了施工效率。有效的縮短了安裝工期。

3.3 穿孔機采用同步對中平移技術(shù)安裝進行整體定位安裝

采用一拖四液壓千斤頂同步對整體設(shè)備進行對中平移，光柵位移傳感器定位。最終達到機架對中精確、施工費用低、操作簡單安全?？s短了中心調(diào)整時間。此項技術(shù)專利申請已得到國家知識產(chǎn)權(quán)局受理并進入實質(zhì)審查階段。

3.4 傳動裝置安裝采用空間角度測量法安裝

以穿孔機縱橫中心為基準(zhǔn)，利用經(jīng)緯儀轉(zhuǎn)角測量水平角，利用自制楔形帶角度模塊量具配合精密水準(zhǔn)儀測量傳動中心標(biāo)高水平。創(chuàng)造了空中測量體系，具有一定的創(chuàng)造性。

4 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

4.1 工藝描述

該工程設(shè)計生產(chǎn)能力40 萬噸，鋼管直徑范圍從φ38mm～φ168mm，最大壁厚為20mm。Φ159mm 生產(chǎn)線的原材料是直徑為150mm 和210mm 的軋制或連鑄圓坯。然后將這些圓坯鋸切成最大長度為4500mm 的定尺管坯。在環(huán)形爐內(nèi)將管坯加熱到要求的溫度。為了使穿孔機毛管和成品鋼管的壁厚公差較小，基本的前提條件是加熱后管坯的溫度非常均勻。管坯從環(huán)形爐的出口運往穿孔機。管坯送入穿孔機前，對管坯的尾端進行熱定心（對于碳鋼和低合金鋼種），以改善毛管尾端的幾何形狀。穿孔機完成無縫管生產(chǎn)中的第一步重要變形，芯棒頂頭將管坯軋制成毛管。在穿孔機出口，通過氮氣將抗氧化粉末吹入毛管，然后將毛管運往軋機軋線。毛管可以在線或離線完成穿棒。芯棒循環(huán)系統(tǒng)對芯棒進行冷卻和石墨潤滑。

4.2 技術(shù)參數(shù)

表1 技術(shù)性能參數(shù)

4.3 設(shè)備裝備概述

構(gòu)成穿孔機主要部件（見圖1）：由兩底座、入口側(cè)機架、出口側(cè)機架、下壓上裝置、換輥裝置、十字頭、轉(zhuǎn)鼓、上壓下裝置、傳動裝置和液壓系統(tǒng)等組成。穿孔機區(qū)域主體設(shè)備重575000kg。主機重260000kg，外形尺寸為4710mm×3624mm×7244mm。最大吊裝件機架重100850kg。分解安裝過程中首先要對設(shè)備安裝初步定位，設(shè)備外部組裝結(jié)構(gòu)為左右對稱機架拼接，內(nèi)部組裝結(jié)構(gòu)為上下排列并與穿孔機左右機架成十字鍵連接形式。

4.4 檢測手段

按計量法的要求對檢驗、測量和試驗設(shè)備進行嚴(yán)格控制，項目經(jīng)理部設(shè)兼職計量員，工程所需的計量器具的配備率達100%，凡屬計量器具都進行周期檢定，其它設(shè)備進行定期校準(zhǔn)和測試。

圖1

5 安裝調(diào)整技術(shù)要點

5.1 施工程序工藝流程

座漿墊板及調(diào)整墊板的選擇——復(fù)測基礎(chǔ)——設(shè)置標(biāo)高及中心基準(zhǔn)標(biāo)板——底座安裝調(diào)整——對中定位安裝調(diào)整（機架安裝——下壓上裝置安裝——換輥裝置安裝——十字裝置安裝——同步對中推移——換輥傳動裝置安裝——本體配管安裝——上壓下裝置安裝）——下壓上傳動裝置安裝調(diào)整——穿孔機主傳動裝置安裝調(diào)整——穿孔機轉(zhuǎn)鼓裝置安裝調(diào)整——穿孔機區(qū)傳動設(shè)備齒輪箱注油單體試運轉(zhuǎn)

5.2 操作要點

5.2.1 設(shè)備基礎(chǔ)

（1）基礎(chǔ)施工應(yīng)符合《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》的規(guī)定，結(jié)構(gòu)施工應(yīng)滿足相應(yīng)施工及驗收通用規(guī)范規(guī)定的要求；

（2）安裝準(zhǔn)備，復(fù)測基礎(chǔ)，交接工序資料。座漿平墊板、調(diào)整墊板選擇；

（3）穿孔機標(biāo)高及中心基準(zhǔn)測量。

5.2.2 底座安裝技術(shù)

（1）穿孔機分解安裝，首先要將兩底座中心及標(biāo)高定位。在底座安裝時就留出T 形鍵凸出尺寸。在上述設(shè)備均組裝完畢后，東西兩側(cè)設(shè)備預(yù)聯(lián)接后整體向穿孔機橫向中心均勻同步推移。

（2）根據(jù)T 形鍵厚度及機架鍵槽深度計算出預(yù)留尺寸為54mm。穿孔機東西兩底座距橫向中心線距離調(diào)整按圖紙尺寸左右各加27mm。

（3）兩底座間距為3000mm，底座規(guī)格為3950mm×950mm，穿孔機中心標(biāo)板示意（見圖2），架設(shè)中心鋼線調(diào)整底板縱橫中心。

圖2

（4）架鋼線用帶螺紋內(nèi)外絲扣配套加工而成，以便于左右調(diào)整線墜與中心標(biāo)板的對中。

（5）用檢測尺及經(jīng)緯儀配合調(diào)整底板預(yù)留中心。穿孔機機架中間所有設(shè)備與機架間為T 形鍵及緊配合螺栓聯(lián)接，底座的水平度調(diào)整就成為關(guān)鍵點，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求精度為0.05/1000。調(diào)整好底座的水平度后，用經(jīng)緯儀配合內(nèi)徑千分桿測量兩相鄰底座相對中心，從而滿足穿孔機底座縱向相對中心距離及平行度。點焊底座調(diào)整墊板，以防止穿孔機中間設(shè)備組裝完畢后，兩側(cè)底座向中心均勻同步推移到原位時標(biāo)高及水平的變動。為確保安裝質(zhì)量要求，利用精密水準(zhǔn)儀配合精度≤0.02/1000 框式水平儀多點調(diào)整標(biāo)高及水平。調(diào)整好底座的水平度后，點焊底座調(diào)整墊板，以防止機架中間設(shè)備組裝完畢后，兩側(cè)底座向中心均勻同步推移到原位時標(biāo)高及水平的變動。

5.2.3 對中定位安裝技術(shù)

（1）機架安裝：

①兩機架與兩底板間裝配，通過底座水平支撐面及垂直加工止口面嚴(yán)密接觸機架，從而達到底板對機架實現(xiàn)y 軸方向的支撐力及x 軸方向水平對中力。止口主要目的是防止機架受鋼管運行及芯棒運行影響產(chǎn)生東西方向竄動。

②分別將穿孔機左右機架運至廠房西門1 線BC 跨環(huán)形路西側(cè)平臺上。

③底板按技術(shù)要求調(diào)整好后，將底板用力矩扳手將地腳螺栓預(yù)緊。提前做好機架吊裝護角。在機架翻起角度達到65°—70°時,穿孔機機架底面與防傾翻道木已基本接觸后，停止起鉤，仔細檢查各處，確認(rèn)無問題后繼續(xù)起鉤。使穿孔機機架離開道木，垂直置于空中，撤掉道木，清洗穿孔機底座上表面及機架底部下表面，保證兩結(jié)合面光潔無污物，準(zhǔn)備吊裝至底座上。

④吊裝機架到相應(yīng)左右底板，吊裝時注意防止機架與底座止口間不能磕碰損傷，吊裝時控制好大車運行速度，保證制動系統(tǒng)無異常。用洗油將機架與底板接觸面清洗擦拭，用螺旋千斤頂頂住底板外側(cè)，緩緩將機架止口與底板止口緊密配合，將穿孔機機架平穩(wěn)地吊到調(diào)整好的對應(yīng)的底板上，吊裝結(jié)束后用提前準(zhǔn)備好的導(dǎo)鏈及水平支撐梁將穿孔機左右機架初步固定。

（2）下壓上裝置安裝：將穿孔機機架下部下壓上裝置吊裝到位。用8 根連接螺栓將下壓上裝置與左右機架之間預(yù)聯(lián)接。

（3）十字頭安裝：將十字頭下直鍵及凹形鍵提前放入機架內(nèi)。將2套十字頭各吊至機架內(nèi)南北側(cè)，用24 根連接螺栓將十字裝置與左右機架之間預(yù)聯(lián)接。

（4）整體同步對中平移定位技術(shù)安裝：

①首先將穿孔機左、右底座吊裝至設(shè)備安裝的基礎(chǔ)上，左、右底座相對，之間預(yù)留出機架與內(nèi)部部件連接T 形鍵尺寸（中心距+鍵高尺寸）的組裝空間，然后分別將左、右兩側(cè)機架組裝到底座的內(nèi)側(cè)，將左、右兩側(cè)機架分別與下壓上裝置、上壓下裝置、換輥裝置及十字頭用螺栓預(yù)組裝，測量調(diào)整設(shè)備標(biāo)高、水平度、平行度及垂直度；在將四臺液壓千斤頂分別對稱放置在穿孔機左、右底座與設(shè)備安裝的兩側(cè)基礎(chǔ)之間，每側(cè)水平布置兩臺液壓千斤頂，四臺液壓千斤頂由一個液壓控制裝置控制同步動作；機架內(nèi)側(cè)間距應(yīng)為2180mm，拆除側(cè)拉倒鏈及橫支撐，利用一拖四同步液壓千斤頂將左右兩側(cè)同時向穿孔機橫向中心推移（見圖3）。

圖3 一拖四液壓千斤頂同步對中平移示意圖

②采用經(jīng)緯儀確定左、右底座的精確安裝位置，設(shè)置光柵發(fā)射器，將兩條光柵傳感線分別發(fā)射到經(jīng)緯儀確定的左、右底座的精確安裝位置，將兩套光柵位移傳感器分別固定在左、右兩側(cè)底座內(nèi)側(cè)邊緣上，光柵位移傳感器的信號線與液壓控制裝置的斷路器連接；給液壓控制裝置供電，四臺液壓千斤頂同時開始做伸出動作，推動底座及與底座連接的機架同時向穿孔機設(shè)備中心移動，當(dāng)光柵傳感器隨底座運動到光柵傳感線位置時，傳感器連接的斷路器立即斷路，電源關(guān)閉，導(dǎo)致液壓控制裝置閉鎖，液壓千斤頂停止運動，完成穿孔機左、右機架同步推移對中安裝。

（5）將穿孔機機架內(nèi)上壓下裝置及橫梁、2 套穿孔機導(dǎo)板梁、2 套穿孔機導(dǎo)板梁托架安裝及換輥傳動裝置全部安裝到位。用液壓扳手緊固機架連接內(nèi)部各部件。用軟管將液壓扳手和泵連接起來。將驅(qū)動油缸件和棘輪連接件連接起來，根據(jù)各部螺栓型號設(shè)定扭矩，操作扳手獲得所需扭矩值。主機機架與上壓下裝置及橫梁對鍵后利用配套液壓扳手按第一次用30%預(yù)緊力聯(lián)接，第二次達到70%，最終100%，底座地腳螺栓最終預(yù)緊力為6800Nm；機架連接緊固螺栓最終預(yù)緊力為1100bar。

（6）在穿孔機軋制中心線上架設(shè)經(jīng)緯儀，將內(nèi)徑千分尺一端放至機架內(nèi)側(cè)垂直加工面上下各4 點，復(fù)測穿孔機兩機架內(nèi)側(cè)垂直度，以保證穿孔機整體設(shè)備的垂直度。穿孔機安裝效果（見圖4）。

圖4 穿孔機安裝效果圖

6 勞動力用量計劃（表2）

表2 勞動力計劃表

7 主要施工機具設(shè)備表（表3）

表3 主要施工機具設(shè)備表

8 國內(nèi)外同類技術(shù)比較

大型錐形穿孔機設(shè)備為德國西馬克集團SMS 公司設(shè)計制造。錐形穿孔機在國內(nèi)的研制工作開展較晚，一直到20 世紀(jì)90 年代初，成都、大冶分別從美國、德國、意大利引進了錐形穿孔機后，國內(nèi)才開始研制錐形穿孔機。1992 年至1994 年，太原重型機械集團有限公司研制出了TZC200 錐形穿孔機組。

因此，我們所采用的先進的施工技術(shù)保證了大型錐形穿孔機工程質(zhì)量，施工技術(shù)先進、可靠，安裝質(zhì)量較高，達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

9 對經(jīng)濟發(fā)展和科技進步的作用意義

9.1 經(jīng)濟效益

營業(yè)收入=69 萬元

工程投入金額=人工費+機械費+材料費

=9 萬元+9.6 萬元+0.5 萬元=19.1 萬元

工程管理費=營業(yè)收入×13%=8.97 萬元

稅費=營業(yè)收入×3.34%=2.3 萬元

經(jīng)濟效益=營業(yè)收入－工程投入金額－工程管理費－稅費

=69 萬元-19.1 萬元-8.97 萬元-2.3 萬元=38.63 萬元

9.2 社會效益

采用了合理的安裝程序和切實可行的施工新技術(shù)，優(yōu)質(zhì)、高速完成安裝任務(wù)。設(shè)備的各項性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，達到同行業(yè)的先進水平。設(shè)備安裝質(zhì)量優(yōu)良，通過了冶金部創(chuàng)魯班獎穿孔機安裝專檢檢查，得到甲方和監(jiān)理單位的好評，為包鋼創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益，收到了良好的社會效益。

10 成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用的條件及前景

在錐形穿孔機的安裝中，采取分解吊裝施工方法，解決了現(xiàn)有施工條件不足的難題。通過預(yù)留裝配尺寸、無錨點變換設(shè)備角度組裝、一拖四液壓對中定位推移及自制模塊等施工方法除應(yīng)用于穿孔機的安裝，還可應(yīng)用于大型框架間以螺栓及鍵連接的機械設(shè)備安裝，應(yīng)用該施工工藝施工，操作簡單，能夠達到優(yōu)質(zhì)、高效的效果，極大地縮短了安裝工期。不但降低了施工成本，同時設(shè)備提前投產(chǎn)為生產(chǎn)單位創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。為今后國內(nèi)大型設(shè)備安裝提供了簡單易行的新技術(shù)安裝方法。具有較好的推廣應(yīng)用前景。

11 本項目存在的問題及待改進的方面

設(shè)備找平時，采用框式水平儀找平。但框式水平儀與設(shè)備的接觸面積較小，找平的精度不是很高。建議以后采用一個平尺配合框式水平儀進行設(shè)備的找平，這樣設(shè)備的安裝水平度會相應(yīng)提高。

［1］WX 系列中空液壓扳手操作與維護手冊[S].

［2］GB50386-2006 軋機機械設(shè)備工程安裝驗收規(guī)范[S].