連軋管機入口芯棒和毛管升降支承輥的設計與改進

王弟波 周超群

(1.重慶賽迪冶金技術有限公司，重慶400013；2.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶400013)

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連軋管機入口芯棒和毛管升降支承輥的設計與改進

王弟波1周超群2

(1.重慶賽迪冶金技術有限公司，重慶400013；2.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶400013)

對連軋管機入口芯棒和毛管升降支承輥在現(xiàn)場安裝調試時遇到的問題進行了分析，并提出了兩種設備改進方案：單獨調整方式和液壓缸內置位移傳感器方式。

連軋管機；升降支承輥；設備改進

連軋管機以優(yōu)質、高產、高效率、低消耗等特點，已成為無縫鋼管生產的主流機型[1]。芯棒和毛管升降支承輥位于軋制線上的連軋管機入口，可以根據(jù)芯棒和毛管規(guī)格的不同，分別調整上升和下降，使芯棒和毛管中心對正軋制線。

1 升降支承輥設備結構

升降支承輥為自由輥，數(shù)量一般為7個～9個，靠近連軋管機的支承輥用于支承毛管和芯棒，數(shù)量最大為4，與毛管長度相對應，其余支承輥僅用于支承芯棒。

交流電機驅動帶編碼器的螺旋升降機和拉桿以及液壓缸 4來調節(jié)支承輥對芯棒的支承高度。液壓缸 4的支座安裝在拉桿上，拉桿通過銷軸支承在滑塊上，滑塊只能在支承座上水平滑動，如圖1所示。通過此套裝置，電機驅動拉桿在水平方向上移動，調整液壓缸的支座位置，從而實現(xiàn)對芯棒支承輥高度的調節(jié)，來適應軋制規(guī)格品種的變化。

液壓缸和另一臺交流電機通過中間聯(lián)軸器、換向減速箱和萬向接軸驅動帶編碼器的螺旋升降機來調整支承輥毛管的支承高度，如圖2所示。電機驅動螺旋升降機調節(jié)液壓缸的支點位置來實現(xiàn)支承輥對毛管支承高度的調節(jié)，以適應軋制毛管規(guī)格品種的變化。

支承芯棒和毛管的支承輥結構原理如圖3所示。當需要支承芯棒時，液壓缸2的活塞桿縮回，液壓缸 4的活塞桿伸出；當需要支承毛管時，液壓缸2和液壓缸 4的活塞桿均伸出，但由于液壓缸2的缸徑比液壓缸 4的缸徑大，即液壓缸2的推力大于液壓缸4的推力，因此液壓缸 4的活塞桿伸出位置只能被限定在支承毛管位置；當液壓缸4的活塞桿縮回時，支承輥處于下降位。

2 參數(shù)設定

如前所述，螺旋升降機6和螺旋升降機1的行程需要分別根據(jù)軋制時所使用的芯棒規(guī)格和毛管規(guī)格進行調整。根據(jù)現(xiàn)有固定幾何關系，只需輸入芯棒的直徑?m和毛管的直徑?HB，通過數(shù)學換算即可導出螺旋升降機6的行程str_m和螺旋升降機1的行程str_s(各參數(shù)代表的含義參見圖3所示)。

2.1 機組的固定參數(shù)

機組的固定參數(shù)如下：

托輥喉徑?Roll；

托輥角γ；

軋制中心和E點的豎直方向的距離h1；

托輥擺動臂臂長EF；

驅動臂半徑ED；

1—螺旋升降機 2—液壓缸 3—滑塊 4—液壓缸 5—拉桿 6—螺旋升降機 7—支承座

圖1 芯棒和毛管升降支承輥

Figure 1 Mandrel and capillary lifting backup rolls

1—螺旋升降機 8—換向減速箱 9—萬向接軸 10—中間聯(lián)軸器

圖2 毛管支承調整傳動裝置

Figure 2 Capillary supporting adjustment and transmission device

圖3 支承芯棒和毛管的支承輥結構原理圖

Figure 3 Structure principle diagram of supporting mandrel and capillary backup roll

擺動臂與驅動臂的夾角δ;

C點和E點在豎直方向的距離h2；

A點和E點在水平方向的距離L1；

B點和E點在水平方向的距離L2；

H點和C點在水平方向的距離L3；

液壓缸2完全伸出后的距離L4；

液壓缸4完全伸出后，中間鉸點C和缸頭D的距離CD；

螺旋升降機6初始狀態(tài)(完全縮回)時為str_m0；

螺旋升降機1初始狀態(tài)(完全縮回)時為str_s0。

2.2 待計算的參數(shù)(PLC計算)

待計算的參數(shù)如下：

軋制中心和托輥中心線的豎直方向的距離H；

托輥擺動臂和豎直方向(Y向)的夾角α；

托輥驅動臂和豎直方向(Y向)的交角β；

C點和D點在豎直方向(Y向)的距離dum；

C點和D點在水平方向(X向)的距離q；

設定值str_m=螺旋升降機6的行程；

2.3 計算公式

芯棒：β=180°-α-δ，

毛管：β′=180°-α′-δ，

dum=ED×cosβ-h2

str_m=L1+ED×sinβ-L2-q-str_m0

str_s=L3-L4-str_s0-ED×sinβ-(L1-L2-str_m0-str_m)

3 現(xiàn)場調試

在現(xiàn)場實際調試時，通過理論計算出的str_m值和str_s值往往無法滿足要求。

對連軋管機入口芯棒和毛管升降支承輥裝置的設備結構進行分析，可得到如下結論：由于加工誤差等原因，液壓缸4的擺動半徑、擺臂夾角或擺臂臂長不一致所引起的托輥高度誤差，可以通過調整液壓缸4的水平位置來進行修正，且換用其它規(guī)格的芯棒時，前后托輥仍能保持近似同高，偏差小于1 mm。因此，現(xiàn)場安裝時，可以采用移動液壓缸位置的方法，將所有芯棒托輥調平。但同時，也引起了實際幾何尺寸的改變。

根據(jù)計算公式可知，芯棒直徑與螺旋升降機的行程具有一次曲線的關系，考慮到誤差因素，可以認為芯棒直徑與螺旋升降機的行程具有二次曲線的關系，因此可以在現(xiàn)場實測三組數(shù)據(jù)來擬合二次曲線[2]。

對應于芯棒直徑?m1，手動調整托輥高度到指定位置，記錄此時芯棒托輥高度調整電機編碼器的讀數(shù)str_m1；依次類推，獲得(?m2, str_m2)和(?m3, str_m3)；

聯(lián)立方程

求得系數(shù)A、B、C，標定完成。將系數(shù)帶入理論計算公式中進行比較，誤差不超過±0.5 mm，因此，認為二次曲線的擬合是可靠的。

標定后，對于芯棒直徑?m，托輥高度為：

經分析，毛管對應的螺旋升降機的行程為：

其中，str_m為某孔型對應的芯棒支承輥裝置中得到的行程數(shù)據(jù)，gi為常量，在現(xiàn)場實測一組數(shù)據(jù)(str_m，str_si)，即可求得常量gi。

毛管高度調整是集中傳動，由于安裝以及加工制造引起的誤差等原因，標定調整時需將聯(lián)軸器斷開，調整比較麻煩，增加了調試難度。

4 結論

針對毛管高度調整集中傳動存在的問題，可采用以下兩種方案進行改進：

(1)單獨調整。每個毛管高度調整螺旋升降機分別由1臺電機驅動，調整靈活。雖然增加了電機，但同時減少了聯(lián)軸器和換向箱，因此集中傳動與集中調整投資差不多。且這種方案可盡量減少加工誤差帶來的影響，調試相對簡單。該方案已應用于某廠改造項目，改造也相對簡單，因此，既可以用于新建項目，也可用于改造項目。

(2)液壓缸內置位移傳感器。直接在每個托輥調整液壓缸內置位移傳感器，通過電氣控制來調整托輥的不同工作位。這種型式調試簡單，但對控制系統(tǒng)的響應要求比較高。另外，由于內置位移傳感器較貴，因此投資相對較高。

[1] 嚴澤生，莊鋼，孫強. 世界熱軋無縫鋼管軋機的發(fā)展[J]. 中國冶金，2011，21(1)，7-11.

[2] 李云雁，胡傳榮. 試驗設計與數(shù)據(jù)處理[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.

編輯 陳秀娟

Design and Optimization of Mandrel and Capillary Lifting Backup Rolls at the Inlet of Mandrel Pipe Mill

Wang Dibo, Zhou Chaoqun

The problems occurred during installation and commission of mandrel and capillary lifting backup rolls at the inlet of mandrel pipe mill on site have been analyzed. Two kinds of equipment improvement schemes are the mode of separate adjustment and the mode of hydraulic cylinder built-in displacement sensor.

mandrel pipe mill; lifting backup roll; equipment improvement

2016—05—03

王弟波(1981—)，男，工程師，從事冶金設備的設計與開發(fā)工作。

TG333.8

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