一種管坯熱定心機(jī)的設(shè)計(jì)淺談

李云峰

【摘 要】 本文簡(jiǎn)要介紹一種熱軋管坯熱定心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)等，為今后類(lèi)似設(shè)計(jì)提供借鑒及參考。

【關(guān)鍵詞】 無(wú)縫管 熱定心機(jī) 設(shè)備

某鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司為實(shí)施國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)調(diào)整總體發(fā)展規(guī)劃，以?xún)?yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，擴(kuò)大高端無(wú)縫管產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，投資建設(shè)Φ159mm無(wú)縫管熱軋、熱處理工程。為配合此次工程，我們?cè)O(shè)計(jì)了與Φ159mm連軋無(wú)縫管生產(chǎn)線(xiàn)配套的1套管坯熱定心機(jī)，此設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式是在外商提供的基本數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研發(fā)的，在國(guó)內(nèi)是首臺(tái)。

本管坯熱定心機(jī)具有對(duì)加熱后的管坯進(jìn)行尾端定心的功能，從而改善穿孔后的毛管尾端的幾何形狀，布置在從環(huán)形爐到穿孔機(jī)的輥道端部，并能與熱軋區(qū)軋機(jī)小時(shí)生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

基本結(jié)構(gòu)：熱定心機(jī)主要包括1機(jī)架、2上下夾緊臂、3連桿、4夾緊缸、5定心缸及6頂頭等部分組成，如圖1所示。

特點(diǎn)：定心力大并且可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占用空間小，由于采用頂頭可更換裝置簡(jiǎn)化了輔機(jī)功能，減輕了設(shè)備重量。

1.2 工作原理

由熱坯輸送輥道將加熱后的管坯送至熱定心機(jī)頂頭位置，此時(shí)上下夾緊臂通過(guò)夾緊缸外伸來(lái)夾緊管坯，夾緊臂相對(duì)于管坯的對(duì)中靠中間的連桿同步動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)夾緊臂夾緊管坯后，定心缸驅(qū)動(dòng)定心頭向前移動(dòng)實(shí)現(xiàn)管坯尾部定心，定心完畢，定心缸回退，夾緊缸縮回，至此完成一根來(lái)料的定心任務(wù)。為滿(mǎn)足由熱坯輸送輥道送來(lái)的不同直徑管坯都在定心頭同一中心線(xiàn)上，頂頭可更換。

2 設(shè)備技術(shù)規(guī)格與參數(shù)

定心力：580KN

夾持力：1500KN

液壓系統(tǒng)的工作壓力為16MPar

定心溫度：1150～1200℃

定心孔直徑：60mm

定心孔深度：55mm

工作一次時(shí)間：10s

定心頭最大工作次數(shù)：150次/小時(shí)

3 主要部件的有限元分析

3.1 分析參數(shù)信息

分析類(lèi)型-線(xiàn)性材料模型靜應(yīng)力

單位-自定義-（N，mm，s，degC，）

重力加速度=9814.56mm/s2

缺省節(jié)點(diǎn)溫度-0°C

缺省材料-16Mn

3.2 機(jī)架強(qiáng)度受力分析

實(shí)體建模后，將模型導(dǎo)入ALGOR中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元類(lèi)型為塊體和四面體單元，共有個(gè)29730表面網(wǎng)格，90288個(gè)塊單元。施加最大載荷下的機(jī)架有限元靜力分析結(jié)果：最大應(yīng)力187.4Mp，與材料16Mn屈服應(yīng)力對(duì)照，載荷系數(shù)為1.47。如圖2所示。

3.3 夾緊臂強(qiáng)度受力分析

實(shí)體建模后，將模型導(dǎo)入ALGOR中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元類(lèi)型為塊體和四面體單元，共有個(gè)5758表面網(wǎng)格，18411個(gè)塊單元。施加最大載荷下的機(jī)架有限元靜力分析結(jié)果：如圖3最大應(yīng)力189.9Mp，與材料16Mn屈服應(yīng)力對(duì)照，載荷系數(shù)為1.45。

4 本次設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 頂頭的緩沖裝置

本次設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化了頂頭部位，由原來(lái)的頂頭部分開(kāi)放式結(jié)構(gòu)變成封閉式結(jié)構(gòu)，增加緩沖裝置，在控制不精確的情況下防止坯料撞傷頂頭及損壞定心油缸，同時(shí)有效的增強(qiáng)了機(jī)架的剛度。如圖4所示。

4.2 頂頭偏心

4.2.1 頂頭偏心的原因

在本次設(shè)計(jì)中，熱坯來(lái)料分兩種規(guī)格：Φ150/Φ210，因?yàn)檩伒罉?biāo)高固定不動(dòng)，所來(lái)兩種坯料與頂頭中心線(xiàn)不能同時(shí)對(duì)中，所以要完成兩種規(guī)格的定心任務(wù)就存在頂頭與坯料對(duì)中的問(wèn)題。由于規(guī)格相對(duì)少，沒(méi)有采用定心機(jī)升降或熱坯輸送輥道升降這種較復(fù)雜的方法，而采取了頂頭偏心的簡(jiǎn)單方法來(lái)滿(mǎn)足兩種規(guī)格的定心。

Φ210規(guī)格坯料定心時(shí)使用不偏心的頂頭，Φ150規(guī)格坯料定心時(shí)需要使用偏心的頂頭，

如圖6右圖所示。在更換坯料規(guī)格的同時(shí)需要更換頂頭。

4.2.2 偏心頂頭的對(duì)中及更換頂頭方法

為了適應(yīng)兩種規(guī)格坯料，不僅頂頭要設(shè)置偏心，而且在動(dòng)作上要保證頂頭頂點(diǎn)與坯料中心線(xiàn)對(duì)中就必須抑制頂頭延中心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，為了達(dá)到這一目的，在頂頭及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)上作了設(shè)計(jì)，如下圖5左圖示意。在滑套與頂頭之間由兩側(cè)的平面來(lái)配合導(dǎo)向。

滑套與頂頭配合后，滑套依然沒(méi)有被抑制延軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此我們采用了兩個(gè)螺桿與擋板及機(jī)架固定來(lái)抑制滑套的轉(zhuǎn)動(dòng)，此設(shè)計(jì)一方面抑制了滑套的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，別一方面也為滑套在套筒中的滑動(dòng)提供了導(dǎo)向作用，而且在更換頂頭時(shí)只需松開(kāi)兩螺桿用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)滑套及可取出頂頭進(jìn)行更換，使更換頂頭變的簡(jiǎn)單方便，如圖7右圖所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]寇曉東，ALGOR結(jié)構(gòu)分析高級(jí)教程.2008.endprint

【摘 要】 本文簡(jiǎn)要介紹一種熱軋管坯熱定心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)等，為今后類(lèi)似設(shè)計(jì)提供借鑒及參考。

【關(guān)鍵詞】 無(wú)縫管 熱定心機(jī) 設(shè)備

某鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司為實(shí)施國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)調(diào)整總體發(fā)展規(guī)劃，以?xún)?yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，擴(kuò)大高端無(wú)縫管產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，投資建設(shè)Φ159mm無(wú)縫管熱軋、熱處理工程。為配合此次工程，我們?cè)O(shè)計(jì)了與Φ159mm連軋無(wú)縫管生產(chǎn)線(xiàn)配套的1套管坯熱定心機(jī)，此設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式是在外商提供的基本數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研發(fā)的，在國(guó)內(nèi)是首臺(tái)。

本管坯熱定心機(jī)具有對(duì)加熱后的管坯進(jìn)行尾端定心的功能，從而改善穿孔后的毛管尾端的幾何形狀，布置在從環(huán)形爐到穿孔機(jī)的輥道端部，并能與熱軋區(qū)軋機(jī)小時(shí)生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

基本結(jié)構(gòu)：熱定心機(jī)主要包括1機(jī)架、2上下夾緊臂、3連桿、4夾緊缸、5定心缸及6頂頭等部分組成，如圖1所示。

特點(diǎn)：定心力大并且可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占用空間小，由于采用頂頭可更換裝置簡(jiǎn)化了輔機(jī)功能，減輕了設(shè)備重量。

1.2 工作原理

由熱坯輸送輥道將加熱后的管坯送至熱定心機(jī)頂頭位置，此時(shí)上下夾緊臂通過(guò)夾緊缸外伸來(lái)夾緊管坯，夾緊臂相對(duì)于管坯的對(duì)中靠中間的連桿同步動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)夾緊臂夾緊管坯后，定心缸驅(qū)動(dòng)定心頭向前移動(dòng)實(shí)現(xiàn)管坯尾部定心，定心完畢，定心缸回退，夾緊缸縮回，至此完成一根來(lái)料的定心任務(wù)。為滿(mǎn)足由熱坯輸送輥道送來(lái)的不同直徑管坯都在定心頭同一中心線(xiàn)上，頂頭可更換。

2 設(shè)備技術(shù)規(guī)格與參數(shù)

定心力：580KN

夾持力：1500KN

液壓系統(tǒng)的工作壓力為16MPar

定心溫度：1150～1200℃

定心孔直徑：60mm

定心孔深度：55mm

工作一次時(shí)間：10s

定心頭最大工作次數(shù)：150次/小時(shí)

3 主要部件的有限元分析

3.1 分析參數(shù)信息

分析類(lèi)型-線(xiàn)性材料模型靜應(yīng)力

單位-自定義-（N，mm，s，degC，）

重力加速度=9814.56mm/s2

缺省節(jié)點(diǎn)溫度-0°C

缺省材料-16Mn

3.2 機(jī)架強(qiáng)度受力分析

實(shí)體建模后，將模型導(dǎo)入ALGOR中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元類(lèi)型為塊體和四面體單元，共有個(gè)29730表面網(wǎng)格，90288個(gè)塊單元。施加最大載荷下的機(jī)架有限元靜力分析結(jié)果：最大應(yīng)力187.4Mp，與材料16Mn屈服應(yīng)力對(duì)照，載荷系數(shù)為1.47。如圖2所示。

3.3 夾緊臂強(qiáng)度受力分析

實(shí)體建模后，將模型導(dǎo)入ALGOR中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元類(lèi)型為塊體和四面體單元，共有個(gè)5758表面網(wǎng)格，18411個(gè)塊單元。施加最大載荷下的機(jī)架有限元靜力分析結(jié)果：如圖3最大應(yīng)力189.9Mp，與材料16Mn屈服應(yīng)力對(duì)照，載荷系數(shù)為1.45。

4 本次設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 頂頭的緩沖裝置

本次設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化了頂頭部位，由原來(lái)的頂頭部分開(kāi)放式結(jié)構(gòu)變成封閉式結(jié)構(gòu)，增加緩沖裝置，在控制不精確的情況下防止坯料撞傷頂頭及損壞定心油缸，同時(shí)有效的增強(qiáng)了機(jī)架的剛度。如圖4所示。

4.2 頂頭偏心

4.2.1 頂頭偏心的原因

在本次設(shè)計(jì)中，熱坯來(lái)料分兩種規(guī)格：Φ150/Φ210，因?yàn)檩伒罉?biāo)高固定不動(dòng)，所來(lái)兩種坯料與頂頭中心線(xiàn)不能同時(shí)對(duì)中，所以要完成兩種規(guī)格的定心任務(wù)就存在頂頭與坯料對(duì)中的問(wèn)題。由于規(guī)格相對(duì)少，沒(méi)有采用定心機(jī)升降或熱坯輸送輥道升降這種較復(fù)雜的方法，而采取了頂頭偏心的簡(jiǎn)單方法來(lái)滿(mǎn)足兩種規(guī)格的定心。

Φ210規(guī)格坯料定心時(shí)使用不偏心的頂頭，Φ150規(guī)格坯料定心時(shí)需要使用偏心的頂頭，

如圖6右圖所示。在更換坯料規(guī)格的同時(shí)需要更換頂頭。

4.2.2 偏心頂頭的對(duì)中及更換頂頭方法

為了適應(yīng)兩種規(guī)格坯料，不僅頂頭要設(shè)置偏心，而且在動(dòng)作上要保證頂頭頂點(diǎn)與坯料中心線(xiàn)對(duì)中就必須抑制頂頭延中心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，為了達(dá)到這一目的，在頂頭及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)上作了設(shè)計(jì)，如下圖5左圖示意。在滑套與頂頭之間由兩側(cè)的平面來(lái)配合導(dǎo)向。

滑套與頂頭配合后，滑套依然沒(méi)有被抑制延軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此我們采用了兩個(gè)螺桿與擋板及機(jī)架固定來(lái)抑制滑套的轉(zhuǎn)動(dòng)，此設(shè)計(jì)一方面抑制了滑套的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，別一方面也為滑套在套筒中的滑動(dòng)提供了導(dǎo)向作用，而且在更換頂頭時(shí)只需松開(kāi)兩螺桿用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)滑套及可取出頂頭進(jìn)行更換，使更換頂頭變的簡(jiǎn)單方便，如圖7右圖所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]寇曉東，ALGOR結(jié)構(gòu)分析高級(jí)教程.2008.endprint

【摘 要】 本文簡(jiǎn)要介紹一種熱軋管坯熱定心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)等，為今后類(lèi)似設(shè)計(jì)提供借鑒及參考。

【關(guān)鍵詞】 無(wú)縫管 熱定心機(jī) 設(shè)備

某鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司為實(shí)施國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)調(diào)整總體發(fā)展規(guī)劃，以?xún)?yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，擴(kuò)大高端無(wú)縫管產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，投資建設(shè)Φ159mm無(wú)縫管熱軋、熱處理工程。為配合此次工程，我們?cè)O(shè)計(jì)了與Φ159mm連軋無(wú)縫管生產(chǎn)線(xiàn)配套的1套管坯熱定心機(jī)，此設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式是在外商提供的基本數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研發(fā)的，在國(guó)內(nèi)是首臺(tái)。

本管坯熱定心機(jī)具有對(duì)加熱后的管坯進(jìn)行尾端定心的功能，從而改善穿孔后的毛管尾端的幾何形狀，布置在從環(huán)形爐到穿孔機(jī)的輥道端部，并能與熱軋區(qū)軋機(jī)小時(shí)生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

基本結(jié)構(gòu)：熱定心機(jī)主要包括1機(jī)架、2上下夾緊臂、3連桿、4夾緊缸、5定心缸及6頂頭等部分組成，如圖1所示。

特點(diǎn)：定心力大并且可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占用空間小，由于采用頂頭可更換裝置簡(jiǎn)化了輔機(jī)功能，減輕了設(shè)備重量。

1.2 工作原理

由熱坯輸送輥道將加熱后的管坯送至熱定心機(jī)頂頭位置，此時(shí)上下夾緊臂通過(guò)夾緊缸外伸來(lái)夾緊管坯，夾緊臂相對(duì)于管坯的對(duì)中靠中間的連桿同步動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)夾緊臂夾緊管坯后，定心缸驅(qū)動(dòng)定心頭向前移動(dòng)實(shí)現(xiàn)管坯尾部定心，定心完畢，定心缸回退，夾緊缸縮回，至此完成一根來(lái)料的定心任務(wù)。為滿(mǎn)足由熱坯輸送輥道送來(lái)的不同直徑管坯都在定心頭同一中心線(xiàn)上，頂頭可更換。

2 設(shè)備技術(shù)規(guī)格與參數(shù)

定心力：580KN

夾持力：1500KN

液壓系統(tǒng)的工作壓力為16MPar

定心溫度：1150～1200℃

定心孔直徑：60mm

定心孔深度：55mm

工作一次時(shí)間：10s

定心頭最大工作次數(shù)：150次/小時(shí)

3 主要部件的有限元分析

3.1 分析參數(shù)信息

分析類(lèi)型-線(xiàn)性材料模型靜應(yīng)力

單位-自定義-（N，mm，s，degC，）

重力加速度=9814.56mm/s2

缺省節(jié)點(diǎn)溫度-0°C

缺省材料-16Mn

3.2 機(jī)架強(qiáng)度受力分析

實(shí)體建模后，將模型導(dǎo)入ALGOR中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元類(lèi)型為塊體和四面體單元，共有個(gè)29730表面網(wǎng)格，90288個(gè)塊單元。施加最大載荷下的機(jī)架有限元靜力分析結(jié)果：最大應(yīng)力187.4Mp，與材料16Mn屈服應(yīng)力對(duì)照，載荷系數(shù)為1.47。如圖2所示。

3.3 夾緊臂強(qiáng)度受力分析

實(shí)體建模后，將模型導(dǎo)入ALGOR中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元類(lèi)型為塊體和四面體單元，共有個(gè)5758表面網(wǎng)格，18411個(gè)塊單元。施加最大載荷下的機(jī)架有限元靜力分析結(jié)果：如圖3最大應(yīng)力189.9Mp，與材料16Mn屈服應(yīng)力對(duì)照，載荷系數(shù)為1.45。

4 本次設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 頂頭的緩沖裝置

本次設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上優(yōu)化了頂頭部位，由原來(lái)的頂頭部分開(kāi)放式結(jié)構(gòu)變成封閉式結(jié)構(gòu)，增加緩沖裝置，在控制不精確的情況下防止坯料撞傷頂頭及損壞定心油缸，同時(shí)有效的增強(qiáng)了機(jī)架的剛度。如圖4所示。

4.2 頂頭偏心

4.2.1 頂頭偏心的原因

在本次設(shè)計(jì)中，熱坯來(lái)料分兩種規(guī)格：Φ150/Φ210，因?yàn)檩伒罉?biāo)高固定不動(dòng)，所來(lái)兩種坯料與頂頭中心線(xiàn)不能同時(shí)對(duì)中，所以要完成兩種規(guī)格的定心任務(wù)就存在頂頭與坯料對(duì)中的問(wèn)題。由于規(guī)格相對(duì)少，沒(méi)有采用定心機(jī)升降或熱坯輸送輥道升降這種較復(fù)雜的方法，而采取了頂頭偏心的簡(jiǎn)單方法來(lái)滿(mǎn)足兩種規(guī)格的定心。

Φ210規(guī)格坯料定心時(shí)使用不偏心的頂頭，Φ150規(guī)格坯料定心時(shí)需要使用偏心的頂頭，

如圖6右圖所示。在更換坯料規(guī)格的同時(shí)需要更換頂頭。

4.2.2 偏心頂頭的對(duì)中及更換頂頭方法

為了適應(yīng)兩種規(guī)格坯料，不僅頂頭要設(shè)置偏心，而且在動(dòng)作上要保證頂頭頂點(diǎn)與坯料中心線(xiàn)對(duì)中就必須抑制頂頭延中心軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，為了達(dá)到這一目的，在頂頭及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)上作了設(shè)計(jì)，如下圖5左圖示意。在滑套與頂頭之間由兩側(cè)的平面來(lái)配合導(dǎo)向。

滑套與頂頭配合后，滑套依然沒(méi)有被抑制延軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此我們采用了兩個(gè)螺桿與擋板及機(jī)架固定來(lái)抑制滑套的轉(zhuǎn)動(dòng)，此設(shè)計(jì)一方面抑制了滑套的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，別一方面也為滑套在套筒中的滑動(dòng)提供了導(dǎo)向作用，而且在更換頂頭時(shí)只需松開(kāi)兩螺桿用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)滑套及可取出頂頭進(jìn)行更換，使更換頂頭變的簡(jiǎn)單方便，如圖7右圖所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]寇曉東，ALGOR結(jié)構(gòu)分析高級(jí)教程.2008.endprint