CN105642680B - 预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法涉及冶金行业无缝钢管生产领域，具体涉及预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，在斜轧穿孔机沿顶杆长度方向布置有定心装置将顶杆抱住，顶杆与斜轧穿孔机相连的一端为活动端，另一端为固定端；其特征在于，所述定心装置设置在顶杆预弯曲处，定心装置共设置为个，其中n为加装定心装置的次数；当定心装置距离顶杆活动端之间的距离为2‑5m时，则停止加装定心装置；当加装一次定心装置，该定心装置距顶杆固定端之间的距离为，其中为顶杆的长度；当加装定心装置的次数大于1，相邻两定心装置之间的距离均不相等。本发明利用在顶杆工作过程中预弯曲处设置定心装置，且定心装置为不等距离设置，使得定心装置的位置与顶杆预弯曲处的位置相对应，有效防止顶杆弯曲，进一步减少定心装置的数量，从而降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业无缝钢管生产领域，具体涉及预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法。
背景技术
在冶金行业无缝钢管生产时，穿孔显得尤为重要，穿孔过程中，穿孔顶杆的刚性十分重要，特别是在穿轧厚壁管时，由于管子内径的很小，不得不采用直径更小的顶杆。由于顶杆刚度随其直径的减小迅速降低，非常容易引起顶杆弯曲，发生失稳，导致穿孔过程失败。因此，在无缝钢管热轧穿孔的过程中，为了防止顶杆失稳，目前斜轧穿孔机沿顶杆长度方向均布了若干定心装置将顶杆抱住，防止顶杆弯曲。
顶杆左端位置固定不动，右端与穿孔顶头连接，中间均布定心装置。在轧制前，当顶杆到达定心装置时，定心辊压下，并抱紧顶杆，使顶杆中心线与轧制线保持一致。当毛管穿轧至定心辊时，及时张开，并抱紧毛管，使毛管中心与轧制中心保持一致。
当顶杆挠度增大时，其顶头的偏移量也增大，将导致穿孔毛管的壁厚精度降低，当顶头的偏移量超过一定值时，将会出现穿偏现象，故应限制顶杆弯曲，防止最大挠度产生是很有必要的。
在无缝管穿轧过程中，通过管坯螺旋前进穿过顶头及顶杆获得空心毛管。由于顶杆属于细长杆，在穿孔过程容易产生弯曲，造成顶杆的失稳。因此保证顶杆在穿孔过程中有足够的刚度，使毛管穿轧顺利进行是十分有必要的。现有企业的控制方式是采取约2-5米均布分布的定心辊，用以防止其穿轧过程中的失稳变形。
现有顶杆的定心装置均采用等距离的分布，但可能失稳点并不是均匀分布的，采用这种均匀布置定心装置方式，并未与可能失稳点对应，控制效果有限，繁多的定心装置造成一定的浪费，从而造成浪费，从而增加生产成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种利用在顶杆工作过程中预弯曲处设置定心装置，且定心装置为不等距离设置，使得定心装置的位置与顶杆预弯曲处的位置相对应，有效防止顶杆弯曲，减少定心装置的数量，从而降低生产成本的预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法。
本发明预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，在斜轧穿孔机沿顶杆长度方向布置有定心装置将顶杆抱住，顶杆与斜轧穿孔机相连的一端为活动端，另一端为固定端；定心装置共设置为个，其中n为加装定心装置的次数，当定心装置距离顶杆活动端之间的距离为2-5m时，则停止加装定心装置；当加装一次定心装置，该定心装置距顶杆固定端之间的距离为，其中为顶杆的长度；当加装定心装置的次数大于1，相邻两定心装置之间的距离均不相等。
优选地，加装定心装置的次数为两次，定心装置共设置为三个，且分别距离顶杆固定端之间的距离为、、。
优选地，加装定心装置的次数为三次，定心装置共设置为七个，且分别距离顶杆固定端之间的距离为、、、、、、。
或者优选地，定心装置包括三个凸轮，所述凸轮呈120度布置，顶杆从三个凸轮围成的通孔中穿过。
本发明利用在顶杆工作过程中预弯曲处设置定心装置，且定心装置为不等距离设置，使得定心装置的位置与顶杆预弯曲处的位置相对应，有效防止顶杆弯曲，进一步减少定心装置的数量，从而降低生产成本。
附图说明
图1为顶杆简化模型示意图。
图2为顶杆挠度曲线图。
图3为加装一个定心装置时顶杆简化模型示意图。
图4为加装一个定心装置时顶杆挠度曲线图。
图5为加装三个定心装置时顶杆简化模型示意图。
图6为加装三个定心装置时顶杆挠度曲线图。
具体实施方式
本发明预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，在斜轧穿孔机沿顶杆长度方向布置有定心装置将顶杆抱住，顶杆与斜轧穿孔机相连的一端为活动端，另一端为固定端；定心装置共设置为个，其中n为加装定心装置的次数，当定心装置距离顶杆活动端之间的距离为2-5m时，则停止加装定心装置；当加装一次定心装置，该定心装置距顶杆固定端之间的距离为，其中为顶杆的长度；当加装定心装置的次数大于1，相邻两定心装置之间的距离均不相等。加装定心装置的次数为两次，定心装置共设置为三个，且分别距离顶杆固定端之间的距离为、、。加装定心装置的次数为三次，定心装置共设置为七个，且分别距离顶杆固定端之间的距离为、、、、、、。定心装置包括三个凸轮，所述凸轮呈120度布置，顶杆从三个凸轮围成的通孔中穿过。
为了防止顶杆在穿轧过程失稳，以下对本方法有效防止顶杆弯曲加以说明：本发明采用3个沿圆周间隔的120°的凸轮在顶杆直径方向的三个点上固定顶杆，穿管时管子冲力使凸轮旋转，从而穿过凸轮，凸轮为定心装置的部件。
顶杆一端与穿孔机顶头相连，该端为活动端；另一端固定在出口位置，该端为固定端；固定在出口位置的该端简化成固定端，与穿孔机相连的该端简化成可动铰支座。在穿孔过程中，当管坯刚与顶头接触时顶杆开始旋转，此时可以不考虑穿孔机顶头所受的摩擦力矩对顶杆挠度的影响，只考虑顶头所受轴向力对顶杆的影响，只是这个轴向力有一定的偏心量，偏心量取。因此右端简化成有一定偏心距的轴向力，该轴向力又简化成沿轴线的力与弯矩，因为过轴线的力对顶杆挠度的产生不会有作用，因此只考虑一个弯矩。
简化此时的固定端即与出口位置相接的部分，可动铰支座端即与穿孔机相连的部分，顶杆简化模型如图1所示。
简化此时的顶杆，顶杆的活动端标记为1端，1端有一个垂直向上的力和弯矩。由图乘法
取向下为正
解得
在单独弯矩作用下的挠度
在单独轴向力作用下的挠度
取向下为正
对ω求导，得
令=0，得。
此时顶杆的挠度曲线如图2所示，即顶杆在距杆固定端的处挠度最大，此处容易产生弯曲，需加定心装置固定，即第一个定心装置的位置是。
在距顶杆固定端的处加定心装置后，此时顶杆简化模型如图3所示，简化此时顶杆，此时顶杆处标记为1端，顶杆活动端标记为2端，则 1和2端分别有一个垂直向上的力与和弯矩。
由图乘法
，求得
在单独作用下的挠度
（），
（），
在单独作用下的挠度
在单独弯矩作用下的挠度
取向下为正，
，
，求导
令=0，得
即顶杆固定端距杆1端处，也是顶杆的处挠度最大，此时容易产生弯曲，需加定心装置固定。即第二次的定心装置位置是。
，
求导得
令=0，得，，
因，故，取
即距顶杆1端定心装置（约为0.6）的挠度最大，在此加定心装置防止顶杆弯曲；即第二次的定心装置位置是。
在距顶杆固定端的处加定心装置，距离第1个定心装置的（约为0.6）处加定心装置，此时顶杆简化模型如图4所示：
简化此时的顶杆，此时距顶杆固定端处为1端，处为2端，处为3端，顶杆活动端为4端，分别有一个垂直向上的力、、、和弯矩。
由图乘法求得
在单独作用下的挠度：
（），
（），
在单独作用下的挠度：
（），
（），
在单独作用下的挠度：
（），
（），
在单独作用下的挠度：
（），
在单独弯矩作用下的挠度
取向下为正，
，
求导令，得近似值
=
=
，=
利用SM Solver即结构力学求解器，简化模型设定物理及边界条件后，由计算机求得挠曲线图像如图6所示；
在距固定端的处，，距定心装置1的0.6091500（近似为0.6）处，，距定心装置2的0.6153570（近似为0.6）处，距定心装置3的0.6103321（近似为0.6）处。
即距杆固定端的处产生最大变形，需要加定心装置；距定心装置1的0.6091500（近似为0.6）处产生最大变形，需要加定心装置；距定心装置2的0.6153570（近似为0.6）处产生最大变形，需要加定心装置；距定心装置3的0.6103321（近似为0.6）处产生最大变形，需要加定心装置。
每次加定心装置的位置在距固定端的处，定心装置与定心装置之间距前一定心装置的处。所以第三次定心装置的位置分别是：，，，
因此由上可得出结论：为了防止顶杆由挠度产生的弯曲变形，需加定心装置的总个数为个，考虑到实际情况，现有的杆长在15-20，则最多只需加7个定心装置。当加7个定心装置时，其中第1个定心装置的位置是；第2个定心装置的位置是，第3个定心装置的位置是，第4个定心装置的位置是，第5个定心装置的位置是，第6个定心装置的位置是，第7个定心装置的位置是。记定心装置之间的距离为，当<时不再加定心装置。另外，定心装置的优先级别为先加装第四定心装置，若有需要再加装第二和第六定心装置，若再需要则再加装第一、第三和第五定心装置。
Claims (4)
1.一种预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，在斜轧穿孔机沿顶杆长度方向布置有定心装置将顶杆抱住，顶杆与斜轧穿孔机相连的一端为活动端，另一端为固定端；其特征在于，所述定心装置设置在顶杆预弯曲处，定心装置共设置为个，其中n为加装定心装置的次数；当定心装置距离顶杆活动端之间的距离为2-5m时，则停止加装定心装置；当加装一次定心装置，该定心装置距顶杆固定端之间的距离为，其中为顶杆的长度；当加装定心装置的次数大于1，相邻两定心装置之间的距离均不相等。
2.如权利要求1所述预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，其特征在于，加装定心装置的次数为两次，定心装置共设置为三个，且分别距离顶杆固定端之间的距离为、、。
3.如权利要求1所述预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，其特征在于，加装定心装置的次数为三次，定心装置共设置为七个，且分别距离顶杆固定端之间的距离为、、、、、、。
4.如权利要求1或2或3所述预防斜轧穿孔机顶杆弯曲方法，其特征在于，所述定心装置包括三个凸轮，所述凸轮呈120度布置，顶杆从三个凸轮围成的通孔中穿过。
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