张减机架刚度测试装置的研发

冯　原,刘　 晶（.宝钢股份钢管条钢事业部; .上海金艺检测技术有限公司,上海 0900）

张减机架刚度测试装置的研发

冯原1,刘 晶2
（1.宝钢股份钢管条钢事业部; 2.上海金艺检测技术有限公司,上海 201900）

张力减径机作为无缝热轧钢管生产的最后一道塑性成形工序，对无缝钢管产品尺寸精度起着重要作用。张力减径工序不仅决定了钢管的外径精度，而且对钢管的壁厚也有着重要影响，钢管产品外表面缺陷同样主要来源于张力减径工序。

张力减径机；几何精度；刚度

宝钢钢管Φ140mm全浮动芯棒连轧管机组的原产品大纲中成品管外径上限到139.7mm（5.5in），引进的2个主孔型为119和152.5孔型。为满足市场需求，陆续开发成功了169，195和200孔型，使管子最大外径达到200mm；宝钢钢管原产品品种设计的重点是Cr含量在2.25%以下，特点是生产节奏快，产量高，产品立足于碳钢，各机组孔型设计及设备性能也考虑的是碳钢的变形特点。为满足市场对高端产品的需求，提升宝钢钢管的技术水平和竞争力，宝钢钢管逐年提高高铬钢产品比例，逐步摸索高铬钢产品生产技术，不管是规格还是钢级都大大超出了原机组的设计能力，生产的负荷也随着加大；热工具规格尺寸指标没有大的变化，但性能状态及负荷发生了巨大的变化，因此我们很有必要掌握真实的机架情况，否则就很难保证产品的质量和设备的安全。

热轧无缝钢管生产中经常出现的外表质量缺陷一般认为是由张减机架造成。随着用户对钢管产品质量的要求越来越严，青线、辊印等外表质量缺陷日益成为钢管产品质量的重大隐患，系统分析钢管外表质量缺陷的形态及其产生机制,对指导生产具有重大的实际意义。轧辊在参与减径变形过程中受到压力时会产生窜动现象，轧辊的窜动与机架壳体刚度和装配质量有关。解决外表问题应重点从张减机架壳体质量、机架的装配质量、孔型加工方法等方面下手来加以控制。张减机架的刚度对钢管的外表质量影响很大，刚性较差的机架轧制过程中很容易产生弹性变形，使机架的孔型保持能力大大减弱，极易造成钢管在减径过程中金属溢出辊缝形成外表缺陷。因此我们需要实测张减机架刚度。

根据研究内容，张减机要模拟在轧制过程张减机轧辊受力，如何把三个轧辊施加力是设计的难点，利用水平杆体通过液压油缸沿轧制方向插入，把三个轧辊撑开，然后施加不同的力，检测每个轧辊上的受力和位移，通过计算机系统实时记录受力和位移过程，如图1所示。

在此设计方案中，核心部件为水平测力杆及液压油缸的选型，如图2所示。根据张减机性能参数，按照每个辊额定轧制力为180kN，每个轧辊受力为180kN，根据力传感器的额定载荷以及固定架所能承受的载荷范围，取超过每个辊额定轧制力的2.25倍，来设计张开每个轧辊需要的最大力，即张开轧辊的最大力大小为405KN。假定圆锥体锥度为α，则垂直于锥面的力为405/cosα，按照α=5°考虑，则405/cosα=407kN；水平分力为405×tgα=35.4kN，则水平方向三个轧辊的总水平分量为35.4×3=106.3kN。因此，需要液压缸提供的推力大小为106.3KN。

结合现场实际工况和理论方案，我们设计出一套可移动式张减机架刚度测试装置。我们希望能够利用这套装置将现场所有张减机架逐一进行检测，并分出相应等级，针对不同的钢级使用，减少钢管产品外表质量缺陷。

柔性连接部件主要包括法兰盘、球面垫、水平测力杆三部分。

（1）法兰盘尺寸设定。法兰盘作用主要是与液压缸活塞杆之间进行连接，根据液压缸活塞杆尺寸，设定法兰盘凸台部分为Ф150mm的圆台，长为125mm内有直径为Ф90mm的螺纹孔，螺纹长度为100mm。底部为Ф300mm的圆盘，厚度为25mm，底面有Ф132mm的圆形凹槽，用于放置铜质球面垫。

（2）球面垫尺寸的设定。球面垫的球冠投影面直径为Ф132mm，球面直径为Ф292mm，球冠顶部到投影面的距离为25mm。

（3）水平测力杆的尺寸设定。水平测力杆主要是用于放置并固定测力传感器，并与法兰盘之间采用螺栓连接。水平测力杆在推进张减机机架的过程中，如果受到微小力作用时，会沿着铜质球面垫发生相应的转动，从而消除力对水平推力杆的作用保证测量精度和设备的使用寿命。

水平测力杆的前端为直径为Ф130mm，长为350mm的圆柱体，在距前端50mm处，沿截面均匀分布三个安装力传感器的孔槽。底端为直径是Ф300的圆台，厚度为20mm。