专题综述收稿日期:2010-04-01;修订日期:2010-04-11作者简介:阎雪峰(1963-),男,中国重型机械研究院有限公司高级工程师。
我国冷轧管机的现状及发展趋势阎雪峰1,闫菲菲2,周红兵3,杨 刚1(1 中国重型机械研究院有限公司,陕西 西安 710032;2 长安大学汽车学院车辆工程系,陕西 西安 710064;3 丹阳市精密合金厂有限公司,江苏 丹阳 212352)摘 要:重点介绍了我国冷轧管机采用的最新技术:采用双扇形块平衡机构、新型闭式机架、伺服电机回转送进实现连续上料、连续送进、连续轧制;同时介绍了新一代冷轧管机的性能参数和结构特点及其应用情况,并进一步探讨了我国冷轧管机设备和工艺的发展趋势。
由中国重型机械研究院有限公司开发的高速冷轧管机技术水平已达到国际先进水平。
关键词:冷轧管机;结构特点;性能参数;发展趋势中图分类号:TG 333 8 文献标识码:A 文章编号:1001-196X (2010)03-0001-07Current situation and develop m ent trend of the cold rolling pipe m ill in ChinaYAN Xue -feng 1,YAN Fe-i fei 2,Z HOU H ong -b i n g 3,YANG Gang1(1 Ch i na N ati ona lH eavy M achi nery Institute Co .,L td .,X i an 710032,Chi na ;2 V ehic l e Eng i neering D epa rt m en t ,A utomob ile Co lleg e ,Chang A n U n i ve rs i ty ,X i an 710064,Ch i na ;3 D anyang P rec ise A lloy P lant Co .,L td .,D anyang 212352,Ch i na)Ab strac t :Th is paper i ntroduces t he l a test techno l ogy adopted in the co l d ro lli ng p i pe m ill i n Ch i na ,w hich use double -sec t o r balance syste m,ne w-type c l o sed frame and ro tary feed i ng dev ice dr i ven by servo m o t o r t o achieveconti nuous l oading ,conti nuous feedi ng and con ti nuous ro lli ng .T his pape r desc ri bes the per f o r m ance pa rame -ters and structural cha racter istics and appli cation o f the new generati on o f co l d ro lli ng p i pe m il,l and invest-i gates the develop m ent trend o f the co l d ro lli ng p i pe m ill equ i p m en t and techno l ogy do m esti ca ll y.T he h i gh -speed co l d ro lli ng p i pe m ill developed by Chi na H eavy M ach i nery Institute has reached the i n ternati onal ad -vanced l eve.l K ey words :co ld ro lli ng pi pe m il;l structural character istics ;perfor m ance pa rame ters ;trend o f devep m ent1 前言冷轧管材以其优越的特性广泛地应用在国民经济各个领域。
经过冷轧的管材组织晶粒细密,机械性能和物理性能均较优越;冷轧管机对于原始管坯壁厚偏差的纠偏能力较大,几何尺寸精确,表面光洁度高;道次变形量较大,可达70%~90%;采用冷轧法生产管材可大量减少中间工序,如:热处理、酸洗、打头、矫直等,减少了金属材料、燃料、电能和其它辅助材料及人力的消耗;用冷轧方法可生产薄壁、极薄壁和内、外表面无划痕的优质管材;可有效地轧制高合金、塑性差的各种钢管和有色金属管材。
我国冷轧管机的研究起步于60年代,1960年中国重型机械研究院有限公司(简称中重院,原西安重型机械研究所)设计的国内第一台LD30三辊冷轧管机顺利投产。
经过50多年的发展,我国已形成了LG 型(两辊)和LD 型(多辊)两大系列的冷轧管机产品,广泛应用于我国金属管材加工行业。
两大系列冷轧管机的主参数见表1。
表1 冷轧管机的主参数表轧机型号、规格成品管直径范围/mmLG -3015~30LG -6025~60LG -9050~90LG -12080~120LG -180110~180LG -250179~250LG -450240~450LD -153~15LD -3013~30LD -6028~60LD -9055~90LD -180110~180LD -250170~2502 我国冷轧管机采用的新技术2 1 冷轧管机的主要组成冷轧管机形式不同,组成也有差别,主要有以下组成部分:主电机及其传动机构,转向箱,传动轴,轧机机架,回转送进机构,送进卡盘与床身,芯棒卡紧装置,入口卡盘和出口卡盘,上料装置,出料装置。
2 2 我国冷轧管机的布置形式按照回转送进方式,冷轧管机有以下4种布置形式:(1)采用机械式回转送进机构停机上料型冷轧管机;(2)采用机械式回转送进机构连续上料型冷轧管机;(3)采用伺服电机回转送进机构停机上料型冷轧管机;(4)采用伺服电机回转送进机构连续上料型冷轧管机。
前两种布置形式机架的传动机构与回转送进机构由同一台电机驱动;后两种布置形式机架的传动机构由主电机驱动,而回转送进机构由单独的电机驱动。
由中重院研制的新型高速冷轧管机采用伺服电机回转送进机构连续上料,使用效果良好,布置形式如图1所示。
图1 采用伺服电机回转送进机构连续上料型冷轧管机组成1 上料装置2 喂料辊装置3 离线芯棒润滑装置4 在线芯棒润滑装置5 芯棒装置6 1#芯棒卡盘7 夹送辊装置8 管式导卫9 芯棒杆自动定心装置 10 管坯头尾检测装置 11 装料床身 12 变频调速夹送辊 13 2#芯棒卡盘 14 1#送料床身 15 1#送料小车 16 回转送进装置 17 2#送料小车 18 2#送料床身 19 管缝探测装置 20 入口卡盘 21 主机座 22 轧机机架 23 侧向换辊装置 24 芯棒断裂检测装置 25 出口卡盘 26 曲轴传动装置 27 成品管快 速拉出装置 28 出料台架 29 芯棒润滑站新型高速冷轧管机有以下特点:第一,采用交流伺服电机多点驱动和两个芯棒卡盘、管坯卡盘交替作业实现连续上料、连续送进、连续轧制;第二,采用双扇形块平衡系统平衡机架高速轧制所产生的惯性力;第三,采用闭式机架和侧向换辊技术,提高轧机刚度和作业率;第四,回转送进方式的选择、送进量和回转角的设定通过电子凸轮曲线和在HM I 上直接完成,送进精度高且无级可调、回转角准确且0~90 无级可调;第五,采用管坯头尾检测、管缝检测和芯棒断裂检测实现管坯从上料到出料的全自动化作业。
这种轧机效率是普通轧机的2 5~3倍,成品管精度高、头尾公差一致性好,成材率高,适合精密管和超长管的轧制。
2 3 轧机平衡系统普通冷轧管机的传动方式如图2所示,通过偏心齿轮驱动机架往复运动。
图2 普通冷轧管机传动机构为了克服轧机机架在往复运动中产生的巨大惯性力和惯性力矩,提高机架的速度,必须采用惯性力和惯性力矩的平衡装置。
我国冷轧管机的平衡系统有以下几种:垂直滑动重锤平衡机构、水平滑块平衡机构、双扇形块平衡机构和垂直摆锤平衡机构。
2 3 1 垂直滑动重锤平衡机构(图3)重锤平衡机构包括一个水平方向和一个垂直方向的曲柄滑块机构。
机架的转矩靠相错90 相位角的重锤来平衡。
机架减速时释放出的能量,由重锤储存起来,在机架加速时再次利用;机架和重锤的惯性力靠曲轴上的扇型块的作用来平衡。
转矩平衡,使峰值大大减小,且出现曲轴端的全部力矩总和没有负值,即使电动机的输出力矩不反向,其波动的最大值不超过额定值的 10%;惯性力平衡使剩余的旋转惯性力只有机架惯性力最大值的 10%左右。
中重院开发的LG -180-H L 、LG -220-HL 轧机采用垂直滑动重锤平衡机构,德国米尔公司的KP W 或SKW 系列的早期VM 型和近代VMR 高速轧机也采用此平衡机构。
垂直滑动平衡的平衡效果明显,不仅使机架的惯性力得到了平衡,而且使惯性也得到了平衡,因此使机架的运动速度得到了大幅度提高。
但是垂直平衡必须有较深的地坑,增加投资且给正常的维修增加了难度,因此应用范围受到很大的限制。
图3 垂直滑动重锤平衡机构S -扇形块 C -重锤2 3 2 水平滑块平衡机构(图4)平衡块放置于与轧制中心线平行的水平面上。
带动机架的曲轴与带动平衡块的曲轴的相位相错105 。
水平平衡不需要较深的基础,基建费用较低,维护与检修比较方便,无重力矩的影响。
但是占地面积较大,曲轴的拐数增多,不便于加工制造。
60年代我国设计的LG-150、LG-200冷轧管机和德国米尔公司早期的高速轧机采用水平滑块平衡方式。
因水平平衡遇到的问题更多些,占地面积较大且给正常的生产带来很大的不便,几乎没有得到推广应用。
图4 水平滑块平衡机构1 机架2 机架连杆3 曲轴4 平衡连杆5 平衡滑块2 3 3 双扇形块平衡机构(图5)为了平衡机架3高速运动所产生的一阶惯性力,在曲轴上(与曲柄成180 )装上适当配重的扇形块2。
为了平衡扇形块2的惯性力,在与曲轴等速旋转的平衡轴上加适当的平衡轴扇形块1,使机架的运动速度成倍提高。
双扇形块平衡具有制造和安装使用相对较简单,不需要很深的地坑,占地面积也没有明显的扩大等优点。
中重院开发的LG -10-GH LL 、LG -15-GHLL 、LG -30-GH LL 和LG -60-GHLL 四种高速冷轧管机和德国米尔公司的第六代高速冷轧管机KP W 25LC 、KP W 50LC 和KP W 75LC 轧机采用双扇形块平衡机构。