三輥卷板機的優化研究

李 林，張 耀，沈 翔，李志強，李繼奎，谷德虎

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

三輥卷板機的優化研究

李 林，張 耀，沈 翔，李志強，李繼奎，谷德虎

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

分析和研究三輥卷板機加工質量低下問題，對易損的軸套潤滑系統和減速箱保護裝置進行優化改造，確保軸承部位有足夠、連續的潤滑，延長裝置使用壽命。

三輥卷板機；軸套；潤滑；電路

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.41

0 前言

海洋石油工程（青島）有限公司承擔海上石油平臺組塊和導管架的建造工作，導管架拉筋和組塊拉筋等結構管件均由鋼板下料卷制接長。三輥卷板機是制管工作的核心設備，主要用于金屬板材的彎曲成形，可卷制圓形、弧形鋼板工件。由于承接的制管作業中涉及小管徑、薄壁厚的結構管數量巨大，且制管作業施工周期長、強度大，導致三輥卷板機一直滿負荷作業，卷板機的維修保養成本增加。

1 三輥卷板機使用現狀及問題

三輥卷板機由上輥及上輥位置檢測、下輥、托輥調整及檢測、主傳動、平衡、潤滑、送料裝置等組成。其中，上輥裝置用來提供卷制板材的加壓力，承受較大載荷。目前，三輥卷板機主要存在3個問題。

（1）上輥自潤滑軸套不能適應制管車間長期、高強度的卷制工作，再加上軸套頻繁磨損上輥軸頸，嚴重影響滾軸使用壽命。

（2）三輥卷板機電機功率大、負載也較大，運轉期間電機正反轉接觸器的觸點經常燒壞，齒輪箱內齒輪和傳動皮帶經常損壞。

（3）三輥卷板機日常維修保養工作占用車間吊車、人力資源，成本較大，配件費用高、到貨周期長，對影響正常生產。同時，拆卸保養時需要頻繁吊裝配合作業，存在一定安全隱患。

2 優化方案

為了彌補原有卷板機的設計缺陷，避免頻繁維修及安全隱患，在保證設備原有功能的基礎上，對易損的軸套潤滑系統和減速箱保護裝置進行優化改造，確保軸承部位有足夠、連續的潤滑。

2.1 卷板機軸套的優化

三輥卷板機的固定側軸承座，原有卷板機軸套由免潤滑復合套（厚度僅2.5 mm）和1個鐵套（厚20 mm）組成（圖 1）。

圖1 固定側軸套潤滑情況

（1）改變原有鋼套外加裝銅套的設計，取消鋼套，保護輥軸頸耐磨不損壞，選擇厚壁黃銅軸套加工，在新套上加工雙曲線儲油槽以及油道，在軸套安裝座上加工相對應的油道，并在注油孔上加工M10的螺紋來連接潤滑管線（圖1～圖 3）。

圖2 固定側銅套加工

圖3 固定側軸承座加工

（2）翻倒側軸承套與固定側軸承座銅套相同，將銅套設計為厚壁銅套，只在內壁上加工油道和雙曲線儲油槽。外壁的加油孔與軸承套的加油窗相對應。固定側軸承座底部的7點位置加工出潤滑油道，孔并安裝黃油嘴。潤滑油道孔與銅套的油道相同，在一個位置上加油就可將潤滑油充滿銅套內腔。翻倒側軸承套上加工出加油窗，便于在不拆除翻倒側軸承套的情況下，對銅套加注潤滑油（圖4、圖5）。

圖4 翻倒側銅套

圖5 翻倒側軸承座

（3）將軸承更換為適合低速、重載、高壓環境的青銅軸承，減少對上輥的磨損。

2.2 增裝自動潤滑油泵

在三輥卷板機固定側增加自動潤滑油泵，并加裝控制裝置，由黃油泵定時定量的對軸套自動注油（圖6、圖7）。

圖6 增設潤滑油泵

圖7 油泵控制裝置

為使潤滑油脂順利輸送到潤滑部位，對軸承及軸套也進行了必要的油路改造。

2.3 設計安裝旋轉探測器

設計安裝旋轉探測器，可以準確判斷電機的旋轉和停止狀態。旋轉探測器以磁鋼的S極作為檢測體，安裝在電機輸出軸的末端，旋轉探測器固定在輸出軸末端的端蓋上，探測器的電源取自卷板機自身的24 V直流電源。

2.4 修復上輥損壞面

上輥參數：上輥（換輥）1件，圖號JCNC630 30.14-2，材料42CrMo，外輪廓尺寸340 mm×5424 mm，修復部位mm；修復長度（290+54）mm；表面粗糙度 Ra=3.2 μm；硬度 40～48 HRC；重量 3150 kg。

對三輥卷板機的上輥損壞面進行了修復（圖8）。修復時采用焊補工藝，具體修復步驟：

（1）車床上中心架子按輥身、輥頸為基準找正，修兩端中心孔。

（2）頂兩端中心孔，將磨損面修平（單面小于原尺寸1～2 mm）。

（3）進爐加熱至所需溫度（單爐加熱）——按熱處理工藝。

（4）帶溫補焊至單面大于原尺寸1～2 mm（使用原材料焊條）——按焊接工藝執行。然后按圖紙尺寸進行加工后對修復面進行滲氮處理，以達到40～48 HRC要求。（為了防止42CrMo焊接時和焊接后產生熱、冷裂紋，要將母體材料加熱到400℃左右進行焊接，且焊后應立即按熱處理工藝加熱至所需溫度（單爐加熱）進行整體550～600℃進爐去應力退火，以消除應力，并隨爐冷卻至工藝要求溫度出爐）。

（5）焊補程序完成后，車床上中心架按原輥身、輥頸為基準找正，修兩端中心孔后將焊接表面車至原尺寸+（單面留0.5 mm磨量）。

（6）上磨床，托輥托住原輥身或輥頸找正，將磨損面磨至原尺寸，并保證修磨面與原輥身同軸度（或頂中心孔）。

此外，本次改造還增設了零速檢測保護裝置，解決了接觸器、齒輪箱、皮帶壽命短，不易維修，配件加工生產周期長等難題。

圖8 上輥

3 三輥卷板機性能驗證

通過優化改造，三輥卷板機在車間使用一年多，各項指標都達到要求，實現了降本增效的目的（圖9）。同時，還解決了接觸器、齒輪箱、皮帶壽命短，不易維修，配件加工生產周期長等問題。例如：三輥卷板機的保養周期由原來的每周1次改為每月1次，保養時間由原來的24 h變為10 min，不僅免除了反復維修的工作，還避免了每半年都需要維修周期，維修成本大大降低；檢測系統采用一體集成化結構，免設置，調試安裝簡單，采用非接觸探測器無運動部件，無磨損，安全壽命長，維護費用較低。

優化研究裝置調試安裝簡單，在測試使用過程中各項指標都達到要求。節省人力物力，設備安全使用壽命延長，達到了降本增效的目的。

4 結論

針對公司三輥卷板機加工質量低下問題進行了分析和研究，并提出了升級方案。優化三輥卷板機的設計，在一定程度提升級了設備能力，管件卷制成形問題得到解決。就本設備而言，大大降低了維修成本，使用率提高。同時，零速檢測保護裝置可應用于慣性較大、需要反車保護的設備，可有效保護設備的機械部分和電氣部分，為同類設備的優化改造提供有價值的參考依據。

圖9 加工卷制管

［1］鄭愛權.卷板機電氣控制系統設計與研究［J］.中國設備工程，2017（1）：166-167.

［2］趙學，王吉龍，顧富生.一種美制大型三輥卷板機的結構與特點［J］.鍛壓裝備與制造技術，2011，46（3）：41-43.

TG334.19

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〔編輯 吳建卿〕