连轧管机入口芯棒和毛管升降支承辊的设计与改进

王弟波 周超群

(1.重庆赛迪冶金技术有限公司，重庆400013；2.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆400013)



连轧管机入口芯棒和毛管升降支承辊的设计与改进

王弟波1周超群2

(1.重庆赛迪冶金技术有限公司，重庆400013；2.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆400013)

对连轧管机入口芯棒和毛管升降支承辊在现场安装调试时遇到的问题进行了分析，并提出了两种设备改进方案：单独调整方式和液压缸内置位移传感器方式。

连轧管机；升降支承辊；设备改进

连轧管机以优质、高产、高效率、低消耗等特点，已成为无缝钢管生产的主流机型[1]。芯棒和毛管升降支承辊位于轧制线上的连轧管机入口，可以根据芯棒和毛管规格的不同，分别调整上升和下降，使芯棒和毛管中心对正轧制线。

1 升降支承辊设备结构

升降支承辊为自由辊，数量一般为7个～9个，靠近连轧管机的支承辊用于支承毛管和芯棒，数量最大为4，与毛管长度相对应，其余支承辊仅用于支承芯棒。

交流电机驱动带编码器的螺旋升降机和拉杆以及液压缸 4来调节支承辊对芯棒的支承高度。液压缸 4的支座安装在拉杆上，拉杆通过销轴支承在滑块上，滑块只能在支承座上水平滑动，如图1所示。通过此套装置，电机驱动拉杆在水平方向上移动，调整液压缸的支座位置，从而实现对芯棒支承辊高度的调节，来适应轧制规格品种的变化。

液压缸和另一台交流电机通过中间联轴器、换向减速箱和万向接轴驱动带编码器的螺旋升降机来调整支承辊毛管的支承高度，如图2所示。电机驱动螺旋升降机调节液压缸的支点位置来实现支承辊对毛管支承高度的调节，以适应轧制毛管规格品种的变化。

支承芯棒和毛管的支承辊结构原理如图3所示。当需要支承芯棒时，液压缸2的活塞杆缩回，液压缸 4的活塞杆伸出；当需要支承毛管时，液压缸2和液压缸 4的活塞杆均伸出，但由于液压缸2的缸径比液压缸 4的缸径大，即液压缸2的推力大于液压缸4的推力，因此液压缸 4的活塞杆伸出位置只能被限定在支承毛管位置；当液压缸4的活塞杆缩回时，支承辊处于下降位。

2 参数设定

如前所述，螺旋升降机6和螺旋升降机1的行程需要分别根据轧制时所使用的芯棒规格和毛管规格进行调整。根据现有固定几何关系，只需输入芯棒的直径∅m和毛管的直径∅HB，通过数学换算即可导出螺旋升降机6的行程str_m和螺旋升降机1的行程str_s(各参数代表的含义参见图3所示)。

2.1 机组的固定参数

机组的固定参数如下：

托辊喉径∅Roll；

托辊角γ；

轧制中心和E点的竖直方向的距离h1；

托辊摆动臂臂长EF；

驱动臂半径ED；

1—螺旋升降机 2—液压缸 3—滑块 4—液压缸 5—拉杆 6—螺旋升降机 7—支承座

图1 芯棒和毛管升降支承辊

Figure 1 Mandrel and capillary lifting backup rolls

1—螺旋升降机 8—换向减速箱 9—万向接轴 10—中间联轴器

图2 毛管支承调整传动装置

Figure 2 Capillary supporting adjustment and transmission device

图3 支承芯棒和毛管的支承辊结构原理图

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

摆动臂与驱动臂的夹角δ;

C点和E点在竖直方向的距离h2；

A点和E点在水平方向的距离L1；

B点和E点在水平方向的距离L2；

H点和C点在水平方向的距离L3；

液压缸2完全伸出后的距离L4；

液压缸4完全伸出后，中间铰点C和缸头D的距离CD；

螺旋升降机6初始状态(完全缩回)时为str_m0；

螺旋升降机1初始状态(完全缩回)时为str_s0。

2.2 待计算的参数(PLC计算)

待计算的参数如下：

轧制中心和托辊中心线的竖直方向的距离H；

托辊摆动臂和竖直方向(Y向)的夹角α；

托辊驱动臂和竖直方向(Y向)的交角β；

C点和D点在竖直方向(Y向)的距离dum；

C点和D点在水平方向(X向)的距离q；

设定值str_m=螺旋升降机6的行程；

2.3 计算公式

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 现场调试

在现场实际调试时，通过理论计算出的str_m值和str_s值往往无法满足要求。

对连轧管机入口芯棒和毛管升降支承辊装置的设备结构进行分析，可得到如下结论：由于加工误差等原因，液压缸4的摆动半径、摆臂夹角或摆臂臂长不一致所引起的托辊高度误差，可以通过调整液压缸4的水平位置来进行修正，且换用其它规格的芯棒时，前后托辊仍能保持近似同高，偏差小于1 mm。因此，现场安装时，可以采用移动液压缸位置的方法，将所有芯棒托辊调平。但同时，也引起了实际几何尺寸的改变。

根据计算公式可知，芯棒直径与螺旋升降机的行程具有一次曲线的关系，考虑到误差因素，可以认为芯棒直径与螺旋升降机的行程具有二次曲线的关系，因此可以在现场实测三组数据来拟合二次曲线[2]。

对应于芯棒直径∅m1，手动调整托辊高度到指定位置，记录此时芯棒托辊高度调整电机编码器的读数str_m1；依次类推，获得(∅m2, str_m2)和(∅m3, str_m3)；

联立方程

求得系数A、B、C，标定完成。将系数带入理论计算公式中进行比较，误差不超过±0.5 mm，因此，认为二次曲线的拟合是可靠的。

标定后，对于芯棒直径∅m，托辊高度为：

经分析，毛管对应的螺旋升降机的行程为：

其中，str_m为某孔型对应的芯棒支承辊装置中得到的行程数据，gi为常量，在现场实测一组数据(str_m，str_si)，即可求得常量gi。

毛管高度调整是集中传动，由于安装以及加工制造引起的误差等原因，标定调整时需将联轴器断开，调整比较麻烦，增加了调试难度。

4 结论

针对毛管高度调整集中传动存在的问题，可采用以下两种方案进行改进：

(1)单独调整。每个毛管高度调整螺旋升降机分别由1台电机驱动，调整灵活。虽然增加了电机，但同时减少了联轴器和换向箱，因此集中传动与集中调整投资差不多。且这种方案可尽量减少加工误差带来的影响，调试相对简单。该方案已应用于某厂改造项目，改造也相对简单，因此，既可以用于新建项目，也可用于改造项目。

(2)液压缸内置位移传感器。直接在每个托辊调整液压缸内置位移传感器，通过电气控制来调整托辊的不同工作位。这种型式调试简单，但对控制系统的响应要求比较高。另外，由于内置位移传感器较贵，因此投资相对较高。

[1] 严泽生，庄钢，孙强. 世界热轧无缝钢管轧机的发展[J]. 中国冶金，2011，21(1)，7-11.

[2] 李云雁，胡传荣. 试验设计与数据处理[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

编辑 陈秀娟

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，工程师，从事冶金设备的设计与开发工作。

TG333.8

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