Φ219 mm頂管機芯棒固定扣瓦的改進設(shè)計

王 成，魏 昊

（湖北新冶鋼有限公司，湖北 黃石 435001）

頂管機的工作原理是由主電機帶動傳動齒輪—齒條，從而推動外帶毛管的芯棒通過多架輥模，使鋼管減徑、減壁、延伸。這種機組采用縱軋變形，具有延伸率大、軋制速度高、產(chǎn)品尺寸精度高等特點，適于生產(chǎn)薄壁無縫鋼管［1-10］。

頂管機在頂管過程中芯棒承受的是頂推力，由于芯棒是細長桿件，為了保證芯棒不失穩(wěn)，在頂管機前臺布置有對芯棒起導向作用的固定扣瓦。某廠Φ219 mm CPE（Crossroll Piercing and Elongating）頂管機組產(chǎn)品規(guī)格范圍較大，頂管機準備有Φ105，145，180，220 mm等4種規(guī)格的芯棒，根據(jù)生產(chǎn)情況在每個規(guī)格之間進行更換。由于原有固定扣瓦結(jié)構(gòu)比較復雜，零部件較多，在更換芯棒規(guī)格時存在更換工作量大、工人勞動強度大、花費時間長等問題，不能實現(xiàn)快速倒換工具，不利于生產(chǎn)的順行；并且相關(guān)零件存在加工難度大、加工周期長，增加了工具備件的采購成本。為了適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，有必要對現(xiàn)有Φ219 mm CPE頂管機的芯棒固定扣瓦進行改進。

1 原有固定扣瓦的結(jié)構(gòu)及存在的問題

頂管機原固定扣瓦及扣瓦支架的結(jié)構(gòu)如圖1所示，分別為上固定扣瓦、左固定扣瓦和右固定扣瓦，3塊扣瓦的形狀類似，圖2所示為原上固定扣瓦的結(jié)構(gòu)。

圖1 原固定扣瓦及扣瓦支架的結(jié)構(gòu)示意

圖2 原上固定扣瓦的結(jié)構(gòu)示意

圖1 所示中，上固定扣瓦、左固定扣瓦和右固定扣瓦分別通過T型螺栓安裝在上扣瓦支架、左扣瓦支架和右扣瓦支架上，每塊扣瓦上有4個螺栓，整個頂管機一共有14組扣瓦，共計168個T型螺栓。每次倒換芯棒規(guī)格時，僅拆裝T型螺栓就需花費很長時間；同時，每塊固定扣瓦安裝在相應(yīng)的扣瓦支架的槽內(nèi)，使用一段時間后，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的水、氧化鐵皮、粉塵等使得扣瓦與扣瓦支架之間結(jié)合緊密，拆卸扣瓦的勞動強度很大。

從備件管理的角度來看，如果每種芯棒規(guī)格對應(yīng)的扣瓦只準備1套備件就需要42塊扣瓦，4種規(guī)格的芯棒在僅準備1套備件的情況下就需要168塊扣瓦。如果每種規(guī)格的芯棒準備多套扣瓦備件，那么扣瓦的數(shù)量將更多，給工具備件的準備、制造、使用和保管帶來很多問題。

2 改進方案的論證

文獻［11-13］表明，用于頂管機前臺的芯棒扣瓦除了上述3塊扣瓦組合的結(jié)構(gòu)之外，還有一種通過可調(diào)的導向輥裝置來作為芯棒扣瓦的型式。

采用3塊扣瓦組合的結(jié)構(gòu)顯然不適合經(jīng)常倒換芯棒規(guī)格的場合，而采用可調(diào)的導向輥裝置作為扣瓦將增加若干組液壓缸驅(qū)動的連桿機構(gòu)，使頂管機前臺的設(shè)備大為復雜，而且不適合現(xiàn)有設(shè)備的改造。

對于經(jīng)常倒換芯棒規(guī)格的場合，頂管機芯棒扣瓦應(yīng)該滿足以下要求：①具備對芯棒進行導向的功能；②允許芯棒尾座順利穿過；③在芯棒的摩擦力作用下定位可靠，具備足夠的強度；④零件數(shù)量少，拆卸方便，工作量小；⑤結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。

3 改進方案

經(jīng)過分析，對現(xiàn)有固定扣瓦的結(jié)構(gòu)進行改進。改進后的固定扣瓦的結(jié)構(gòu)如圖3所示。改進后的固定扣瓦為一個具有中空內(nèi)腔的圓筒，內(nèi)腔直徑取決于所對應(yīng)的芯棒直徑，在頂管過程中，中空內(nèi)腔對芯棒可以起到很好的導向作用；為了能夠順利通過芯棒尾座，在圓筒的筒壁上沿著固定扣瓦的長度方向、從一端到另一端開有與中空內(nèi)腔貫通的直槽［14］。

圖3 改進后的固定扣瓦的結(jié)構(gòu)示意

改進后的固定扣瓦與扣瓦支架的結(jié)構(gòu)如圖4所示。上扣瓦支架將固定扣瓦壓緊在左右兩側(cè)的下扣瓦支架上。在扣瓦外圓周上位于直槽的左右兩側(cè)對稱的位置分別加工有定位平面，這兩個平面與左右兩側(cè)的扣瓦支架上加工好的凸臺接觸，在安裝固定扣瓦時，不需要調(diào)整就能保證直槽對準芯棒尾座的筋板方向；另外，上扣瓦支架前后加工有止口，起到限制固定扣瓦軸向位置的作用，防止固定扣瓦在芯棒的摩擦力作用下發(fā)生軸向位移。

4 實施效果

與原有結(jié)構(gòu)相比，采用改進后的整體固定扣瓦后，能將固定扣瓦與扣瓦支架間的T型螺栓全部取消，不僅減少了零件數(shù)量，而且拆、裝固定扣瓦只需將上扣瓦支架壓緊或者松開即可，極大地減少了倒換芯棒規(guī)格時拆裝扣瓦螺栓的工作量，縮短了生產(chǎn)準備時間。

圖4 改進后的固定扣瓦及扣瓦支架的結(jié)構(gòu)示意

整體結(jié)構(gòu)的固定扣瓦與推桿之間的包圍區(qū)域增加，能夠顯著提高芯棒在頂管過程中的穩(wěn)定性。從制造的角度看，整體結(jié)構(gòu)的固定扣瓦可以用無縫鋼管或者鑄件作為毛坯進行加工，減少了加工工時，降低了加工成本。

改進后的固定扣瓦減少了庫存?zhèn)浼?shù)量；更換芯棒規(guī)格的時間也從12 h縮短到6 h，大大減輕了工人的勞動強度，提高了作業(yè)效率。

實踐表明，頂管機固定扣瓦的改進完全能夠適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，達到了預期目的。