CN102601117B

CN102601117B - 一种三辊抱芯装置

Info

Publication number: CN102601117B
Application number: CN201210052053.9A
Authority: CN
Inventors: 万本振; 王创民
Original assignee: Taiyuan Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Taiyuan Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: CN102601117A

Abstract

本发明公开了一种三辊抱芯装置，包括相应的三个抱辊、三个摆杆与三套连杆机构，所述任一摆杆输出端枢转连接相应一所述抱辊，所述任一摆杆输入端与相应一所述连杆机构的输出杆的一端固定连接，并铰接于该输出杆的固定转轴上，三所述连杆机构的输入杆具有相同的固定转轴，且相互联动，所述三套连杆机构中任意两连杆机构的传动比为1，且另一连杆机构的传动比为-1±0.5％。本发明可在大大提高无缝钢管的生产质量的同时，提高设备利用率及寿命，降低生产成本。

Description

一种三辊抱芯装置

技术领域

本发明涉及无缝钢管生产的轧制设备，特别涉及一种无缝钢管生产中的穿孔机后台中的三辊抱芯装置。

背景技术

三辊抱芯装置是无缝钢管生产线上的关键设备之一，无论作为穿孔机后台还是斜轧轧管机前台等部位都设有若干架三辊抱芯装置，其功能是抱住顶杆、芯棒及毛管，使其中心线始终与轧制线重合，因此，三辊抱芯装置的结构是否合理直接影响无缝钢管产品的生产质量。

现有的三辊抱芯装置1结构如图1所示，包括三个抱辊11、三个摆杆12与三套连杆机构13。三个抱辊11结构形状相同，半径相等，且抱辊11中心位于以轧制中心为圆心的圆周上，以确保无缝钢管产品的生产质量。每个抱辊11均连接有一摆杆12，摆杆12一端可绕固定转轴14转动，另一端连接抱辊的中心轴15，抱辊11可绕该中心轴15转动。每个摆杆12绕固定转轴14转动的一端还连接有一连杆机构13，三个摆杆12对应三套连杆机构13，每个连杆机构13均包括一输出杆131、一输入杆132及一连杆133。该连杆机构13的输出杆131也可沿该固定转轴14转动，并与摆杆12固定相连，以驱动摆杆12转动。该三套连杆机构13的三输入杆132均绕同一固定转轴16转动，并通过一液压缸17驱动，该三输入杆132在该液压缸17驱动下联动，即进行同步转动。

由于一套无缝钢管生产线并不只生产一种规格的无缝钢管，无缝钢管的外径决定了抱辊11的开口度，这就需要在无缝钢管的生产过程中，根据不同外径的产品调整抱辊11的开口度。在调整抱辊11过程中，需要保证三个抱辊11中心形成的圆周的圆心与轧制中心重合，即中心重合度，以保证无缝钢管的生产质量。但在实际调整抱辊11过程中，由于每个抱辊11均通过不同的摆杆12、连杆机构13连接，每个连杆机构13的传动比不同，在连杆机构13的输入杆132联动时，输出杆131并不能保证联动，因此每个抱辊11通过摆杆12传动过后的角位移不同，这就会导致调整后的三个抱辊11中心重合度有偏差，而且中心重合度的偏差随着抱辊11开口度的增加而增加，如图2所示。一般开口度范围为140-790毫米，现有技术中在开口度较小时(小于600毫米)中心重合度较好，而开口度较大时(大于600毫米)中心重合度就非常差。而且，即使中心重合度较好时，也通常超过0.5毫米，大大影响无缝钢管的生产质量。现有技术的三辊抱芯装置1已无法满足现代化生产的高精度、高等级产品制造的需要。

另外，为了获得抱辊11较好的中心重合度，现有技术中的每个连杆机构13结构尺寸的设计计算过程十分复杂，常常需要反复仿真模拟。而且，由于结构上的不足，导致不可能在抱辊11在整个开口度范围内均具有较好的中心重合度，因此为获得较好质量的无缝钢管，只能缩小三辊抱芯装置1的使用范围，从而造成极大的能源浪费，客观大大提高了无缝钢管生产成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种抱辊中心重合度高、在抱辊开口度变化过程中抱辊中心重合度变化小的三辊抱芯装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种三辊抱芯装置，包括相应的三个抱辊、三个摆杆与三套连杆机构，所述任一摆杆输出端枢转连接相应一所述抱辊，所述任一摆杆输入端与相应一所述连杆机构的输出杆的一端固定连接，并铰接于该输出杆的固定转轴上，三所述连杆机构的输入杆具有相同的固定转轴，且相互联动，所述三套连杆机构中任意两连杆机构的传动比为1，且另一连杆机构的传动比为-1±0.5％。

进一步，所述传动比为1的两连杆机构为平行四边形结构。

进一步，所述三套连杆机构的输入杆与输出杆的长度均为d，输入杆的角度变化范围为β，且20度＜β＜30度，所述两套传动比为1的连杆机构中的连杆长度为D，且3d＜D＜5d，所述传动比为-1±0.5％的连杆机构中的连杆长度为K，所述传动比为-1±0.5％的连杆机构中的输入杆的初始角度为α，且：

α＝(131.7301×d+98.146)×(1.0419-0.0017×β)-β；

K＝(-3.0695×d²+0.4016×d+0.9607)×(0.0003×β+0.9926)×D。

进一步，所述输入杆的角度变化范围β、所述三套连杆机构的输入杆与输出杆的长度d、所述传动比为-1±0.5％的连杆机构中的连杆长度K及所述传动比为-1±0.5％的连杆机构中的输入杆的初始角度α满足以下关系：

20度＜β＜30度；

d＝0.25D；

K＝0.8693D；

α＝106度。

进一步，所述三个抱辊共同形成距离所述三个抱辊中心距离相等的轧制中心；所述两传动比为1的连杆机构对应的摆杆中一个与所述的传动比为-1±0.5％的连杆机构对应的摆杆均绕第一转轴转动，另一个摆杆绕第二转轴转动；所述第一转轴与第二转轴与所述轧制中心距离相等。

进一步，连接所述第二转轴的连杆机构中的连杆能够进行伸缩。

进一步，所述连杆通过液压缸的驱动进行伸缩。

进一步，所述三联动的连杆机构的输入杆通过液压缸驱动与固定。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明的三套连杆机构中任意两连杆机构的传动比为1，且另一连杆机构的传动比为-1±0.5％(即近似为-1)，在三输入杆根据无缝钢管外径变化调整抱辊开口度进行联动时，各输入杆角度变化相同，两传动比为1的连杆机构中的输出杆角度变化相同，另一连杆机构传动比近似为-1，该连杆机构中的输出杆与两外两输出杆的角度变化基本相同，方向相反，因此三个抱辊的角位移值基本相同，大大提高抱辊的中心重合度，且在抱辊开口度调整过程中，抱辊中心重合度所受影响极小，变化不大，因此本发明可在大大提高无缝钢管的生产质量的同时，提高设备利用率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为现有技术三辊抱芯装置的结构示意图；

图2为现有技术三辊抱芯装置中抱辊中心重合度与开口度关系示意图；

图3为本发明一种三辊抱芯装置的结构示意图；

图4为本发明一种三辊抱芯装置中抱辊中心重合度与开口度关系示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供的一种三辊抱芯装置2其结构如图3所示，包括三个抱辊21、三个摆杆22与三套连杆机构23。三个抱辊21结构形状相同，半径相等，且抱辊21中心位于以轧制中心3为圆心的圆周上，抱辊21中心形成的圆周的圆心与轧制中心3重合的程度即抱辊21的中心重合度。抱辊21的中心重合度的高低决定了无缝钢管生产质量水平，是最重要的技术参数。每个抱辊21均连接有一摆杆22，摆杆22一端可绕固定转轴24转动，另一端连接抱辊21的中心轴25，抱辊21可沿该中心轴25转动。三个摆杆22中下方的两个摆杆221、222绕第一转轴241转动，上方的摆杆223绕第二转轴242转动。

每个摆杆22绕固定转轴24转动的一端还连接有一连杆机构23，三个摆杆22对应三套连杆机构23，每个连杆机构23均包括一输出杆231、一输入杆232及一连杆233。下方的两连杆机构23的输出杆2311、2312可沿第一转轴241转动，并分别与下方的两摆杆221、222固定相连，以驱动下方两摆杆221、222转动；上方的连杆机构23的输出杆2313可沿第二转轴242转动，并与上方的摆杆223固定相连，以驱动上方摆杆223转动。该三套连杆机构23的三输入杆232均绕同一固定转轴26转动，并通过一液压缸27驱动和固定，该三输入杆232在该液压缸27驱动下联动，即进行同步转动。

三套连杆机构23中上方的连杆机构23与下方的两连杆机构23之一为平行四边形结构，且该两连杆机构23的传动比为1，即输出杆2312、2313的输出角分别与对应输入杆2322、2323的输入角相等。另一连杆机构23的传动比为-1±0.5％，即近似为-1，可保证该输出杆2311的输出角与对应输入杆2321的输入角角位移基本相等，方向相反。第一转轴241位于轧制中心3的正下方，下方的两摆杆221、222相对轧制中心3与第一转轴241的连线对称设置，因此该两摆杆221、222在液压缸27驱动各输入杆232进行同步转动时，绕第一转轴241相对反向转动，且转动角度基本相等。以上结构设置并非对本发明的限定，也可根据需要将传动比近似为-1的连杆机构放在上方，与上方的连杆机构具有相同的输出杆转轴；还可以根据需要将本实施例旋转90度，形成新的实施例，在此不一一例举。

本发明中抱辊21中心重合度与开口度关系如图4所示，中心重合度除个别点值达到0.06毫米外，最大值为0.04毫米，与现有技术中较好中心重合度的0.5毫米相比高出一个数量级，精度水平大大提高。另外，本发明中抱辊21中心重合度并不随抱辊21开口度的增加而增加，较为平稳地维持在较低偏差的范围内，而且还有个别点值达到了0，即完全重合，这是现有技术无法相比的。

本发明中，各连杆机构23的各输入杆232与各输出杆231长度均相等，两传动比为1的连杆机构23中的两个连杆2332、2333长度也相等，该两连杆机构23为平行四边形结构。这使得本发明的零部件互换性大大提高。液压缸27的活塞杆271与一转柄29枢转连接，该转柄29另一端与各输入杆232具有相同的固定转轴26，且与各输入杆232绕该固定转轴26同步转动。该转柄29在该液压缸27的驱动下转动，从而带动各输入杆232绕固定转轴26同步转动。液压缸27不动时，通过固定的活塞杆271与固定转轴26使得该转柄29固定不动，由于该转柄29与各输入杆232联动，因此各输入杆232也固定不动，从而使得各连杆机构23固定不动，再通过各摆杆22使得各抱辊21固定不动，保持固定的位置。

本发明中，三套连杆机构23的输入杆232与输出杆231的长度均为d，输入杆232的角度变化范围为β，且20度＜β＜30度，两套传动比为1的连杆机构23中的连杆2332、2333长度为D，且3d＜D＜5d，传动比为-1±0.5％的连杆机构23中的连杆2331长度为K，传动比为-1±0.5％的连杆机构23中的输入杆2321的初始角度为α，且：

α＝(131.7301×d+98.146)×(1.0419-0.0017×β)-β；

K＝(-3.0695×d²+0.4016×d+0.9607)×(0.0003×β+0.9926)×D。

本实施例中，输入杆232的角度变化范围β、三套连杆机构23的输入杆232与输出杆231的长度d、传动比为-1±0.5％的连杆机构23中的连杆2331长度K及传动比为-1±0.5％的连杆机构23中的输入杆2321的初始角度α的具体数值为：

20度＜β＜30度；

d＝0.25D；

K＝0.8693D；

α＝106度。

本实施例中，连接第二转轴242的连杆机构23中的连杆2333能够进行伸缩，该连杆2333通过液压缸28的驱动进行伸缩，该液压缸28的活塞杆与液压缸共同形成连杆2333的一部分，当液压缸28固定不动时，该连杆2333尺寸不变。通过该液压缸28的驱动实现该连杆2333的伸缩，使得相应摆杆223转动，并带动相应抱辊21抬起，从而放开位于三个抱辊21中的产品，方便取出该产品。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明的三套连杆机构23中任意两连杆机构23的传动比为1，且另一连杆机构23的传动比为-1±0.5％(即近似为-1)，在三输入杆232根据无缝钢管外径变化调整抱辊21开口度进行联动时，各输入杆232角度变化相同，两传动比为1的连杆机构23中的输出杆2312、2313角度变化相同，另一连杆机构23传动比近似为-1，该连杆机构23中的输出杆2311与两外两输出杆2312、2313的角度变化基本相同，方向相反，因此三个抱辊21的角位移值基本相同，大大提高抱辊21的中心重合度，且在抱辊21开口度调整过程中，抱辊21中心重合度所受影响极小，变化不大，因此本发明可在大大提高无缝钢管的生产质量的同时，提高设备利用率和寿命，降低生产成本。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种三辊抱芯装置，包括相应的三个抱辊、三个摆杆与三套连杆机构，所述任一摆杆输出端枢转连接相应一所述抱辊，所述任一摆杆输入端与相应一所述连杆机构的输出杆的一端固定连接，并铰接于该输出杆的固定转轴上，三所述连杆机构的输入杆具有相同的固定转轴，且相互联动，其特征在于，所述三套连杆机构中任意两连杆机构的传动比为1，且另一连杆机构的传动比为-1±0.5%，所述传动比为1的两连杆机构为平行四边形结构，所述三套连杆机构的输入杆与输出杆的长度均为d，输入杆的角度变化范围为β，且20度＜β＜30度，所述两套传动比为1的连杆机构中的连杆长度为D，且3d＜D＜5d，所述传动比为-1±0.5%的连杆机构中的连杆长度为K，所述传动比为-1±0.5%的连杆机构中的输入杆的初始角度为α，且：

α=（131.7301×d+98.146）×（1.0419-0.0017×β）-β；

K=（-3.0695×d²+0.4016×d+0.9607）×（0.0003×β+0.9926）×D。

2.如权利要求1所述的三辊抱芯装置，其特征在于，所述输入杆的角度变化范围β、所述三套连杆机构的输入杆与输出杆的长度d、所述传动比为-1±0.5%的连杆机构中的连杆长度K及所述传动比为-1±0.5%的连杆机构中的输入杆的初始角度α满足以下关系：

20度＜β＜30度；

d=0.25D；

K=0.8693D；

α=106度。

3.如权利要求1或2所述的三辊抱芯装置，其特征在于，所述三个抱辊共同形成距离所述三个抱辊中心距离相等的轧制中心；所述两传动比为1的连杆机构对应的摆杆中一个与所述的传动比为-1±0.5%的连杆机构对应的摆杆均绕第一转轴转动，另一个摆杆绕第二转轴转动；所述第一转轴与第二转轴与所述轧制中心距离相等。

4.如权利要求3所述的三辊抱芯装置，其特征在于，连接所述第二转轴的连杆机构中的连杆能够进行伸缩。

5.如权利要求4所述的三辊抱芯装置，其特征在于，所述连杆通过液压缸的驱动进行伸缩。

6.如权利要求3所述的三辊抱芯装置，其特征在于，所述三联动的连杆机构的输入杆通过液压缸驱动与固定。