CN1362297A - 动态平稳的二辊大口径菌式穿孔机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态平稳的二辊大口径菌式穿孔机,由主机架、导板支持器、侧压进装置、轧辊装置、以及传动装置构成,上、下机架通过双向定位锁紧,上导板支持器带有升降平衡机构、锁紧机构、丝杆传动机构,下导板支持器装有升降机构,并安设有滑动箱架装置,在轧辊轴承箱上装有压鼓器装置,在轧辊轴头装有承载轧制动力的接轴套锁紧装置。本发明可以保证各部件始终可靠锁紧,从而保证轧钢质量,并且机构简单,结构紧凑。
Description
本发明涉及一种生产大口径无缝钢管的主轧机，尤其是一种二辊斜轧菌式穿孔机，属于重型冶金技术压力加工设备技术领域。
热轧无缝钢管的穿孔机已有一百多年的发展史，早在1886年德国的曼内斯曼兄弟就发明了二辊斜轧卧式穿孔机(简称曼式穿孔机)，1899年瑞士人斯蒂菲尔发明了菌式穿孔机。由于老式菌式穿孔机的轧辊悬臂结构刚性差，因此未得到广泛应用。但经理论研究和生产实践都证明，当要求轧出的荒管直径大于管坯直径(即扩径穿孔)时，最好采用菌式穿孔机。目前，国内外能生产大无缝钢管的厂家主要有：成都无缝钢管厂(顶管热扩最大Φ680毫米)，武汉重型铸锻厂(引进日本住友顶管挤压工艺生产，最大Φ1066.5毫米)，美国喀麦隆飞机工厂(可挤压生产Φ1425毫米)，日本钢管京浜厂(顶管生产Φ1061毫米)。尤其值得一提的是，1993年，由曼内斯曼——德马克·茵西公司研制的旋转扩径工艺新轧机(Rotary Expanding Mill)，即“REM”轧机，在达尔明工厂投产，可生产28英寸口径的热扩无缝钢管。
在轧钢技术领域中，通常两支轧辊轴心线与轧制中心线的投影夹角被称为送进角β。所谓二辊斜轧穿孔机，是指上轧辊送进角为+β，下轧辊送进角为-β。若二轧辊轴心线的水平(指二辊卧式穿孔机)投影平行于轧制中心线，则称为曼式桶形轧辊，轧机称做曼式穿孔机；若两支轧辊与轧制中心线不仅有送进角±β，且两支轧辊轴心线的水平常投影与轧制中心线有被称为辗轧角的夹角±γ，轧辊辊面呈锥形，则称菌式轧辊，组成的穿孔机就是菌式穿孔机。以上两种穿孔机生产轧管的共同特点是：把炽热的待轧管坯送进两支同向旋转的轧辊孔型中，在装有顶头的顶杆定位作用下，管坯被穿轧出空心荒管并沿以顶杆为中心螺旋辗轧前进，直至轧管完成并抽出顶杆和顶头，待轧下一支荒管。两种穿孔机比较，菌式穿孔机可轧出比曼式穿孔机质量更好的钢管，而且能穿轧扩径管。菌式穿孔机的两支轧辊，通常各由一台主电机通过减速器连接万向联轴器带动旋转，两组传动装置同步工作以实现匀速轧钢。
以下对现有二辊斜轧穿孔机主机做简要评述。目前世界上公知比较权威的二辊斜轧穿机有：曼内斯曼德马克--米尔公司制造的穿孔机，日本住友和歌山钢管厂的穿孔机，前苏联乌拉尔重机厂制造的穿孔机，以及我国各主要钢管厂所使用的穿孔机等。下面，以被广泛使用的最具代表性的前苏联乌拉尔重机厂制造的包钢400自动轧管机组穿孔机及鞍钢无缝钢管厂140穿孔机(见附图1、图2)为例：
图1和图2中，开式机架由上机架(1)及下机架(2)在分箱面上通过固定螺栓连接(图中未示)构成。左、右轧辊(3)、(4)及轧辊轴承箱架(5)、(6)装进在圆柱形的转鼓(7)内。电机传动减速装置(8)驱动固定在转鼓端部的大齿圈(9)，并带动转鼓(7)实现轧辊(3)、(4)送进角β的调整。在两个转鼓端装有侧压进机构(10)，实现轧辊侧压进给，以调整孔型。每个转鼓通过安装在上机架(1)上的压鼓器(11)、(12)压紧转鼓(7)，以实现轧钢时两支轧辊的送进角(或包括辗轧角)锁定不动。
压鼓机构有多种型式：前苏联乌拉尔重机厂为鞍钢无缝钢管厂Φ140穿孔机上设计安装的复杂庞大的钟形压鼓器，为包钢400穿孔机上安设的是液压弹簧压鼓器。1994年，曼内斯曼德马克——茵西公司在为包钢400穿孔机改造中设计了液压回转式压鼓器(12)，虽较先进，但很复杂。
仍以图1为例，上导板装置架(13)的升降由传动系统(14)带动蜗杆蜗轮减速机(15)带动位于装置架(13)两侧的双丝杠(图中未示)来实现。装置架在机架(1)限定的窗口内升降滑动时，靠设有两个手动螺栓(19)的两侧滑板来调整滑动间隙，而无可靠的动态锁紧装置。装置架(13)上有手动螺母(16)和螺杆(17)，用以拉紧上导板(图中只示出钩头)。实践证明难以拉紧，常发生导板动态松脱。此外，由于轧辊(3)、(4)在两个转鼓(7)内的上下两组滑板(18)之间滑动，存在滑动间隙，轧钢时轧辊受冲击力和轧制力的作用，必然造成轧辊的动态振动和引起所有导卫装置跳动，尽管有压鼓器(11)、(12)紧压在整体转鼓(7)上，但因存在滑动间隙，常常出现轧件不能在孔型中稳定轧制，导致荒管壁厚不均，椭圆度加大，甚至出现卡钢的恶果，对于机件和工具而言，则会因过早磨损而报废。
对于传统的侧压进机构(10)而言(参见图2)，长期实践证明，不仅机构复杂难以检修维护，调整麻烦，且弹簧平衡机构(2)调整困难，容易伤人。三丝杠平行排列于同一平面并与轧辊送进角一致，由电机通过蜗轮和直齿轮减速器(21)传动三联齿轮(22)、(23)、(24)，使三丝杠(25)、(26)、(27)同时向装有轧辊(4)的轴承箱架(6)方向送给。其中空心丝杠(26)中穿有T型钩头的拉杆(28)，在弹簧装置(2)的作用下拉紧支承在丝杠(25)、(27)头部的箱架(6)，同时又促使丝杠(25)、(27)与固定丝母(29)螺牙啮合紧密，始终迎着承受轧辊轧制力的方向。这种带有弹簧平衡机构的侧压进装置因安全性较差已逐渐被液压平衡装置所取代。
日本住友公司专利所设计的双支承菌式穿孔机如图3(a)、(b)、(c)所示，其菌式轧辊(30)装在整体圆柱形转鼓(31)中，送进角β的调整由电机驱动传动系统(32)使转鼓旋转而实现。然而，轧辊双支承的轴承箱与转鼓开口内所镶上下两组滑板(35)、(36)的接触面仍有间隙，必然造成轧辊在轧钢时动态不稳定，影响轧管质量。菌式轧辊(30)、转鼓(31)及送进角调整系统(32)，侧压进装置(37)及支持架(38)等两套组合轧辊框架(34)均座落在具有四柱(39)销接的梯形上机盖(40)与下机座(41)的框架结构中。机架上设有铰轴(42)，使轧辊框架(34)可以被电机减速装置(33)带动回转，调整辗轧角γ。
以上介绍的双支撑菌式穿孔机因机构调整和控制十分麻烦，加之各部件间滑动间隙的存在很难锁死消除，直接影响穿孔机动态稳定轧钢，降低轧管质量。如在此基础上再增加各部机构的动态销紧装置，则设备将更加复杂庞大、价格昂贵，故难以实施。
本发明的目的是：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以切实实现动态锁紧、从而保证轧钢质量的二辊大口径菌式穿孔机，该机应当机构简单、制造容易、成本经济。
为了达到上述目的，本发明动态平稳的二辊大口径菌式穿孔机的技术方案为：该机的主要构成部分有：由上机盖和下机座构成的主机架，分别安装在上机盖和下机座上的上、下导板支持器，安装在机架侧面的侧压进装置，由支持架确定送进角β、辗轧角γ的轧辊装置，以及联系各运动部件的传动装置，其中所述上、下机架之间为可分解开式结构，通过双向定位锁紧；所述上导板支持器带有液压升降平衡机构、滑动箱架锁紧机构，以及可单、双动丝杆传动机构；所述下导板支持器装有双液压缸驱动升降机构，并安设有可动态锁紧的滑动箱架装置；在轧辊轴承箱上装有压鼓器装置；在轧辊轴头装有承载轧制动力的接轴套锁紧装置。
上述技术方案保持机器中各部位的螺纹锁紧机构始终受到单向作用力，保证各部件始终可靠锁紧，消除螺纹间隙、滑动间隙对轧钢质量的影响，同时机架结构等各方面的综合改进使得该机刚性好、连接可靠，并且机构简化。
本发明进一步的改进是：还安设有导板座移出机构，并带有高度可微调的斜铁垫铁组；主机架两侧安装双液压缸平衡侧压进机构，并设有单动或双动丝杆的调整装置。这样使得机内零部件更换方便，并且结构紧凑。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是前苏联制造的一种典型穿孔机结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3(a)是日本制造的一种典型穿孔机结构示意图。
图3(b)、(c)分别是图3(a)的图I-I、II-II剖面图。
图4是本发明动态平稳的二辊大口径菌式穿孔机主视图。
图5为图4的B向视图。
图6为图4的C-C剖视图。
图7为图5的D-D剖视图。
图8为图6的E-E剖视图。
图9为图6的F-F局部视图。
本发明动态平稳的二辊大口径菌式穿孔机命名为“巨龙”穿孔机。由图4、图5可以看出，该机的开式主机架由焊接结构的上机盖(47)与下机座(48)组成，用四组双拉杆(60)楔紧连接；在上机盖(47)垂直于轧制方向的窗口上装有上导板支持器装置(49)、传动装置(50)、液压平衡装置(51)；在下上机座(48)垂直于轧制方向的窗口上装有下导板支持器座架(52)、液压升降机构(53)、调整垫铁(54)和可移动导板座(55)；在机架两端安装有侧压进装置(56)及油马达转动系统(57)。
具体来说，图4、图5中，开式焊接机架的上机盖(47)与下机座(48)之分界面接口开有斜坡止口(58)，斜坡角度为10-15度，保证机架横向定位；在纵向接口上两侧有双圆柱销(59)，保证机架纵向定位；上机盖(47)与下机座(48)的连接采用铰支在下机座上的四组双拉杆(60)，用元宝楔铁组(61)将上机盖(47)楔紧，使开式机架近忽于闭式结构，这样既提高机架整体刚性，又方便加工、制造、运输以及换轧辊等大件作业。
结合图6可以看出，上导板支持器(49)安装在上机盖(47)的中间窗口上，其垂直升降系统通过变频调速电机(50)经减速器及上支持器两端的蜗轮减速机(62)、(63)伸出的链轮(64)传动，使带有滑键连接的蜗轮(65)带动滑键丝杠(66)旋转，该丝杠下端支承固定于上机盖(47)的丝母(67)中。双丝杠(66)上端支承连接支持器架(49)，该支持器架可随双丝杠做上下移动。在纵向传动轴线上，靠近电机减速器一侧连接有离合器(68)，双丝杠(66)升降高度不一致、存有位差时，可以打开离合器进行微调，实现在离合器合起时双丝机构同位、同步升降上支持器。实践中，在处理卡钢事故时，也常常采取离合器驱动一侧丝杠的措施，使上导板(69)脱开卡钢部位。
上导板(69)是根据轧管外径的变化需经常更换的工具备件，它被挂座在楔装于支持器下部的身板座(70)上，并由安装在上支持器箱架上的液压缸(71)通过连接箱架内的拉杆(72)、铰接拉紧钩(73)拉紧和松开。
支持器及其连接的各升降附件自重较大，并且均由固定在上机盖(47)内的两个丝母(67)上螺牙面支承，而当轧钢时，巨大的向上轧制力作用两个丝母(67)下螺牙面，因此丝杠丝母间隙的存在，必然造成导板孔型改变、设备动态颤动、轧钢等不稳定等不良现象。为此，本发明在上支持器横向两侧安设有平衡液压缸(51)，缸尾铰座在上机盖(47)的梁板上，缸头铰支在上支持器梁架(49)上。双液压缸(51)的推力配合作用，使双丝杠(66)与双丝母(67)的螺牙啮合面始终向上受力，紧密接触，因而消除了串动间隙。
为保证上支持器箱体梁架(49)在上机盖(47)中间窗口的四周滑道(74)、(75)(76)、(77)上滑行稳定，并在轧钢时能将四周滑道间隙锁死，本发明还在上机盖梁架(49)端安设液压锁紧装置(78)、(79)、(80)(参见图8)，液压缸(78)杆头螺纹连接推杆(79)，再通过螺纹连接斜铁块(80)，这样在液压推力作用下将四周滑板的间隙一并锁死，保持箱架(49)稳定不动，实现动态稳定的轧钢状态。
图6中，固定在导板下支持器座架(52)的导板座(55)上装有需经常更换的生产工具导板垫(81)、下导板(82)、下导板锁紧机构(83)、锁紧楔铁(84)等配件，这些配件重达数百公斤，所以在轧机内更换十分困难和不便。同时上支持器须更换的上导板(69)、导板座(70)、拉紧钩(73)等配件也是如此。为此，导板下支持器座架(52)的支承面上设有纵向配合滑槽，其中安装可以拉出机架外的导板座(55)，这样上述需更换的生产工具可以尽数借助于轧机入口台的液压推钢机(图中未示)，将导板座(55)拉出机外(图6左细线部分)，并座在入口台具有液压升降功能的台架(85)上。当上、下导板等工具备件的更换完成后，仍借助液压推钢机并在入口台升降台架(85)的配合下，将导板座(55)平稳推进到下支持器座架(52)上。推到终位后，座架(52)尾部埋入挡铁(86)，此时用螺栓固定，再用斜铁(87)将座架(52)楔紧，便可实现动态平稳轧钢。
再看图9，下支持器座架(52)同体箱架可在下机座(48)的窗口内滑道(89)、(90)、(91)、(92)升降滑行。滑板的间隙，也须在轧钢时锁死。其锁紧机理同上导板支持器箱架滑板的锁紧机理，也借助固定在下机座(48)端的液压缸(88)杆头连接推杆(94)，再通过斜铁块(93)，在液压缸的推力下，将座架箱体的四周滑板的间隙一并锁死，从而完成整套下支持器系统动态稳定轧钢。
结合图4、5、6、7、9可以看出，由于下支持器在升降调整时采用双液压缸(53)完成，而液压缸停止时受轧制力的巨大冲击作用可能产生液压滑移而破坏轧管孔型，因此本发明在可升降的导板下支持器座架(52)两端入、出口底平面与下机座(48)中间开有凹形窗口平面所形成的空间，并垫有两组带有高度微调的斜铁垫铁组(54)，这样在液压锁紧的作用下，可实现轧制精密大口径无缝钢管。
结合图4、5、7可以看出，液压传动与液压平衡的侧压进装置安装在下机座(48)两侧面的牌坊端，用以实现调整轧辊(44)或(43)孔型大小的双丝杠(97)的进给，以及承受轧辊双支承轴承箱架(46)或(45)的巨大轧制作用力。双丝杠(97)为空心结构，其深度足以满足轧辊(44)或(43)孔型调整的最大进给行程。丝杠头部球面直接顶在装进双支承轴承箱架(46)或(45)的推力轴承(98)上，双丝杠(97)旋入装在下机座(48)牌坊内的双丝母(99)中，双丝杠的空心内孔端镶有与花键轴(101)相啮合的花键套(100)，花键轴(101)的传动端与双蜗轮减速器(56)的空心蜗轮(102)组合固联一体，双蜗轮减速器(56)在双蜗杆传动端连接液压油马达(57)，双蜗杆传动轴线间装有电磁离合器(95)和接轴(96)。这样，当离合器合起，开动油马达(57)时，双丝杠(97)同步进给，推动轧辊(44)或(43)平稳前进。当出现双丝杠伸出不齐或由于轧辊座(46)或(45)存在加工制作和安装误差而有边卡现象发生时(特别在热轧卡钢时)则往往需要双丝杠单独动作。此时只要将离合器(95)打开，单独驱动任一侧油马达，即可排除故障。
作用于轧辊侧压进的平衡机构采用连接在机架(48)上的双液压缸(103)通过缸头双连的横梁(104)拉接大拉杆(105)，杆端又与固接在轧辊轴承箱架(46)或(45)中心端面上的法兰(106)内套螺纹拧接，于是在液压缸双推力作用下，轧辊被拉回到调定孔型位置，并在双丝杠(97)顶住箱架(46)或(45)的作用下，双丝母(99)与丝杠螺牙始终沿轧制力作用方向紧密接触，实现动态无间隙的平稳轧钢。这里的双丝杠(97)采用空心结构，不仅与传统使用的实心丝杠有鲜明差异，且承载刚性与稳定性也有很大提高，又由于行程空间在结构内部完成，机构紧凑，配件简单，润滑容易。(参见图4、5、7)
压鼓器及轧辊轴头接轴套的连接参见图7。现有国内外各类二辊斜轧穿孔机的压鼓器都安装在机架上部。本“巨龙”穿孔机所设计的压鼓器(107)则直接座在轧辊轴承箱上，并通过轧辊送进角形成的双支承轴承箱高度差加以不同高度的座块(108)、(109)，其上座有立式液压缸压鼓器(107)，两支轧辊共四个轴承箱则座有四个液压压鼓器，并随轧辊(43)、(44)连同轴承箱架(45)、(46)横向进给而同时移动，当轧钢时开动液压缸使活塞杆顶部直接与上机盖(47)梁架一下缘平面接触并保压顶死，二轧辊便保证了动态平稳轧钢。这种结构的液压压鼓器(107)不仅简单实用，而且更换维护方便。
对于轴线交叉安装的二支轧辊而言，连接其轴头的接轴套(110)直接与主传动末端万向联轴器相连接。接轴套(110)与轧辊轴头(111)的连接方式普遍采用单键或双键，在轴端用螺栓连接挡板，以挡住接轴套(110)向外串动的可能性。但是在轧制力的巨大冲击作用下，处在(-β)的万向联轴器连接的接轴套还受到向轴外拉出的分力，结果轴端连接挡板常被冲拉脱轴(图中未示)而停轧。为此，本发明的接轴套(110)与轧辊轴头的连接采用元宝楔铁(112)、(113)穿进开有扁圆孔的接轴套和轴头(111)，即先将元宝楔铁(113)穿进并挂住肩台而不脱，将楔铁(112)打入并锁紧，其二楔铁斜面接触楔角小于摩擦角，以确保楔铁不滑脱。此连接方式不仅保证按轴套紧密连接不松脱，而且由于打掉楔铁(112)、(113)就能轻易卸接轴套(110)，给快速更换轧辊轴承带来方便。
总之，本实施例二辊大口径菌式穿孔机的突出优是：(1)通过动态数学模拟，优化选取了菌式轧辊各段孔型曲线，确定最合理适用的轧辊送过角β及辗轧角γ，取消了调整送进角的转鼓机构及调整辗轧角的庞大而复杂装置；(2)轧辊送进角β和辗轧角γ可按几段固定角度，采取改变轧辊轴承箱架的几何安装角度来实现；(3)加强了机件各部动态间隙的消除锁定机能，确保轧钢时动态稳定工作。
Claims (14)
1.一种动态平稳的二辊大口径菌式穿孔机，主要构成部分有：由上机盖和下机座构成的主机架，分别安装在上机盖和下机座上的上、下导板支持器，安装在机架侧面的侧压进装置，由支持架确定送进角β、辗轧角γ的轧辊装置，以及联系各运动部件的传动装置，其特征在于：所述上、下机架之间为可分解开式结构，通过双向定位锁紧；所述上导板支持器带有液压升降平衡机构、滑动箱架锁紧机构，以及可单、双动丝杆传动机构；所述下导板支持器装有双液压缸驱动升降机构，并安设有可动态锁紧的滑动箱架装置；在轧辊轴承箱上装有压鼓器装置；在轧辊轴头装有承载轧制动力的接轴套锁紧装置。
2.根据权利要求1所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：还安设有导板座移出机构，并带有高度可微调的斜铁垫铁组；主机架两侧安装双液压缸平衡侧压进机构，并设有单动或双动丝杆的调整装置。
3.根据权利要求1或2所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：开式焊接机架的上机盖(47)与下机座(48)之分界面接口开有斜坡止口(58)，斜坡角度为10-15度，在纵向接口上两侧有保证机架纵向定位的双圆柱销(59)。
4.根据权利要求3所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：所述上机盖(47)与下机座(48)的连接采用铰支在下机座上的四组双拉杆(60)，用元宝楔铁组(61)将上机盖(47)楔紧。
5.根据权利要求1所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：上导板支持器(49)安装在上机盖(47)的中间窗口上，其垂直升降系统通过变频调速电机(50)经减速器及上支持器两端的蜗轮减速机(62、63)伸出的链轮(64)传动，滑键丝杠下端支承固定于上机盖(47)的丝母(67)中，双丝杠(66)上端支承连接支持器架(49)。
6.根据权利要求1或2所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：上导板(69)挂座在楔装于支持器下部的身板座(70)上，并由安装在上支持器箱架上的液压缸(71)通过连接箱架内的拉杆(72)、铰接拉紧钩(73)拉紧和松开。
7.根据权利要求1或2所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：上支持器横向两侧安设有平衡液压缸(51)，缸尾铰座在上机盖(47)的梁板上，缸头铰支在上支持器梁架(49)上。
8.根据权利要求1或2所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：上机盖梁架(49)端安设液压锁紧装置(78、79、80)，液压缸(78)杆头螺纹连接推杆(79)，再通过螺纹连接斜铁块(80)。
9.根据权利要求1所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：导板下支持器座架(52)的支承面上设有纵向配合滑槽，其中安装可以拉出机架外的导板座(55)。
10.根据权利要求9所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：所述导板下支持器座架(52)两端入、出口底平面与下机座(48)中间开有凹形窗口平面所形成的空间，并垫有两组带有高度微调的斜铁垫铁组(54)。
11.根据权利要求2所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：双丝杠(97)为空心结构，，丝杠头部球面直接顶在装进双支承轴承箱架(46)或(45)的推力轴承(98)上，双丝杠(97)旋入装在下机座(48)牌坊内的双丝母(99)中，双丝杠的空心内孔端镶有与花键轴(101)相啮合的花键套(100)，花键轴(101)的传动端与双蜗轮减速器(56)的空心蜗轮(102)组合固联一体，双蜗轮减速器(56)在双蜗杆传动端连接液压油马达(57)，双蜗杆传动轴线间装有电磁离合器(95)和接轴(96)。
12.根据权利要求11所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：平衡机构采用连接在机架(48)上的双液压缸(103)通过缸头双连的横梁(104)拉接大拉杆(105)，杆端又与固接在轧辊轴承箱架(46或45)中心端面上的法兰(106)内套螺纹拧接。
13.根据权利要求1所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：压鼓器(107)直接座在轧辊轴承箱上，并通过轧辊送进角形成的双支承轴承箱高度差加以不同高度的座块(108、109)，其上座有立式液压缸压鼓器(107)，两支轧辊共四个轴承箱则座有四个液压压鼓器。
14.根据权利要求1所述的二辊大口径菌式穿孔机，其特征在于：接轴套(110)与轧辊轴头的连接采用元宝楔铁(112、113)穿进开有扁圆孔的接轴套和轴头(111)。
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