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摘要本文介绍Φ258机组穿孔后台二段设备结构，结合生产过程中设备使用情况以及暴露出的问题，对设备故障高发点和制约轧制节奏处进行分析，研究可行的方法，制定方案，通过设备改造解决制约问题，提高了轧制节奏，增加了产品产量，降低了生产成本。
关键词设备改造，齿条，电缆拖链
中图分类号：TM247文献标识码： A 文章编号：
概述及设备问题
穿孔机是无缝钢管生产中的主体设备，功能是通过轧制将管坯生产成毛管，特点为钢坯型变量大，负荷大。工作原理为穿孔机通过上下轧辊和左右导板完成孔型封闭，穿孔后台通过三辊抱心装置抱住顶杆，前台通过推坯装置将管坯推入穿孔机完成轧制，见图1所示。轧制完成后顶杆退回，顶杆从毛管内抽出，毛管由侧向翻出，然后顶杆进车开始下一个轧制周期。顶杆由顶杆小车链接，并通过顶杆小车的往复运动带动顶杆完成动作。Φ258机组的穿孔机组成套设备是由太原通泽重工有限公司设计并制造，其顶杆小车的驱动是通过电机带动齿轮齿条运动来完成。自Φ258项目投产以来，穿孔机后台二段设备（即顶杆小车区域）一直存在着限制生产顺利进行的两个主要问题：一是驅动齿条在告诉运动中经常发生断裂；二是顶杆小车的电缆拖链过长，使得顶杆小车的最高速度不能超过3m/s，限制生产节奏。
图1 穿孔机工作示意图
1—轧辊 2—顶头 3—顶杆 4—管坯 5—毛管
故障原因分析
2.1驱动齿条分析
齿条原设计各段齿条之间为内部螺栓连接，不易紧固和检查维护，在运行过程中由于震动经常松动导致齿条沿运动方向上发生窜动，这就使得各段齿条连接处在通过齿轮啮合的时候，由于窜动而齿距变大啮合不稳定。齿条采用差动小车支撑，整条齿条只有3个支撑点，导致运行过程中齿条挠度过大，运行情况不稳定。这两点共同作用，在连续运动状态下，齿条极易在连接处侧连接板发生断裂。齿条一旦发生断裂，由于连接板端面键存在配合尺寸，齿条一旦发生断裂会对该尺寸精度产生影响，使得后续备件更换后使用周期缩短。齿条与顶杆小车连接处是销轴配合铜套的形式，在冲击下铜套损坏很快，销轴与铜套出现间隙后更加重了冲击，形成恶性循环。齿条结构见图2。
图2 改造前齿条结构
2.2电缆拖链分析
原电缆拖链总体长度太长，为16米，在顶杆小车运行到轧制位置时挠度太大，并且电缆拖链材质为复合橡胶，在速度较高的情况下运行会产生较大的震动，极易发生断裂，影响顶杆小车速度。期间曾经通过增加支撑滑道的方法进行对拖链的支撑，但由于高速状态下，拖链跳动较大，经常将滑道撞掉，因此效果不明显。另外，小车的极限后位同工作后位相差太小，不利于顶杆的拆装，影响轧制工具更换时间。
改造的主要内容
3.1齿条结构改造
改造后，齿条总长度不变，段数改为4段，齿条各连接处及齿条与顶杆小车连接处采用法兰及10.9等级螺栓连接，虽然单段齿条长度较原来有所加长，制作难度上有所增加，但由于螺栓在齿条外侧，紧固以及检查都较为方便，见图3。同时安装端面加装定位键以使定位精确。取消原差动小车的支撑形式，齿条传动装置做相应的结构调整，由齿轮下侧传动齿条改为上侧传动齿条，使齿条底面为平面，在齿条底部增加20个平辊道来支撑。通过这样改进，齿条链接出定位精确，不易松动，方便检查维护。齿条的支撑点由3个点增加为20个点，这样齿条的运行平稳性得到了大大的加强。由于取消了差动支撑车，顶杆没有了支撑点，因此增设了2套由液压缸驱动的可升降的支撑辊设备来对顶杆进行支撑。
图3 改造后齿条结构
3.2电缆拖链改造
拖链形式改为上下两层的复合结构，分层面设计增加一部拖链小车设备，由电机减速机带动钢丝绳卷筒转动，通过钢丝绳对拖链小车实现双向驱动。下层拖链一端固定，另一端连接于拖链小车，上层拖链一端连接于拖链小车，另一端连接于顶杆小车，通过电机速度控制将顶杆小车的运行速度设定为拖链小车的2倍，实现速度的差动，这样就将拖链的运行速度降低，增加了拖链的稳定性，拖链的实际运行速度在3m/s的情况下就能够实现顶杆小车6m/s的速度要求。每条拖链的长度降为8050mm，但由于是双层拖链结构，这就相当于总长度为16米的拖链在中间增加了一个支撑点，使得拖链强度加强了很多。同时增加拖链宽度，将管线由原来在顶杆小车两侧双向布置改为布置于一条拖链中。见图4所示。在顶杆小车驱动齿条以及钢丝绳卷筒处都增加绝对值型编码器，以计算出顶杆小车与拖链小车的形成，通过闭环控制实现两者差动的要求。
图4 复合拖链结构
改造后的效果
改造在2009年10月份施工完成，并在随后的半年时间里不断地调试，磨合后穿孔后台顶杆小车的设备已趋于稳定。通过对该区域设备的改造，自从改造完成后使得穿孔区域轧制节奏大幅提升，从原来的35秒生产一支钢管提升至29秒，最快时提至27.5秒。故障时间与故障频次方面，改造前平均每月发生齿条、拖链断裂的故障为4次，造成故障停机时间20小时。改造后至今3年多期间从未发生齿条、拖链断裂的长时间故障停机的情况，并且该区域设备运行较为稳定，齿条、拖链设备的月平均故障时间为0.16小时。通过设备改进，轧制节奏得到了提高，故障率和故障时间降低，作业率上升，更换顶杆及换孔型的时间减少，产量有了大幅度提高。
参考文献
［1］张承志.锥形穿孔机设计探讨［J］.重工科技，2004(2)
［2］原亚琴.国产锥形穿孔机的特点分析［J］.山西冶金，2006(3)
［3］余俊.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，1986
［4］叶志海.穿孔机组的工艺改进［J］.黑龙江冶金，2004(1)
［5］闻邦椿.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010
关键词设备改造，齿条，电缆拖链
中图分类号：TM247文献标识码： A 文章编号：
概述及设备问题
穿孔机是无缝钢管生产中的主体设备，功能是通过轧制将管坯生产成毛管，特点为钢坯型变量大，负荷大。工作原理为穿孔机通过上下轧辊和左右导板完成孔型封闭，穿孔后台通过三辊抱心装置抱住顶杆，前台通过推坯装置将管坯推入穿孔机完成轧制，见图1所示。轧制完成后顶杆退回，顶杆从毛管内抽出，毛管由侧向翻出，然后顶杆进车开始下一个轧制周期。顶杆由顶杆小车链接，并通过顶杆小车的往复运动带动顶杆完成动作。Φ258机组的穿孔机组成套设备是由太原通泽重工有限公司设计并制造，其顶杆小车的驱动是通过电机带动齿轮齿条运动来完成。自Φ258项目投产以来，穿孔机后台二段设备（即顶杆小车区域）一直存在着限制生产顺利进行的两个主要问题：一是驅动齿条在告诉运动中经常发生断裂；二是顶杆小车的电缆拖链过长，使得顶杆小车的最高速度不能超过3m/s，限制生产节奏。
图1 穿孔机工作示意图
1—轧辊 2—顶头 3—顶杆 4—管坯 5—毛管
故障原因分析
2.1驱动齿条分析
齿条原设计各段齿条之间为内部螺栓连接，不易紧固和检查维护，在运行过程中由于震动经常松动导致齿条沿运动方向上发生窜动，这就使得各段齿条连接处在通过齿轮啮合的时候，由于窜动而齿距变大啮合不稳定。齿条采用差动小车支撑，整条齿条只有3个支撑点，导致运行过程中齿条挠度过大，运行情况不稳定。这两点共同作用，在连续运动状态下，齿条极易在连接处侧连接板发生断裂。齿条一旦发生断裂，由于连接板端面键存在配合尺寸，齿条一旦发生断裂会对该尺寸精度产生影响，使得后续备件更换后使用周期缩短。齿条与顶杆小车连接处是销轴配合铜套的形式，在冲击下铜套损坏很快，销轴与铜套出现间隙后更加重了冲击，形成恶性循环。齿条结构见图2。
图2 改造前齿条结构
2.2电缆拖链分析
原电缆拖链总体长度太长，为16米，在顶杆小车运行到轧制位置时挠度太大，并且电缆拖链材质为复合橡胶，在速度较高的情况下运行会产生较大的震动，极易发生断裂，影响顶杆小车速度。期间曾经通过增加支撑滑道的方法进行对拖链的支撑，但由于高速状态下，拖链跳动较大，经常将滑道撞掉，因此效果不明显。另外，小车的极限后位同工作后位相差太小，不利于顶杆的拆装，影响轧制工具更换时间。
改造的主要内容
3.1齿条结构改造
改造后，齿条总长度不变，段数改为4段，齿条各连接处及齿条与顶杆小车连接处采用法兰及10.9等级螺栓连接，虽然单段齿条长度较原来有所加长，制作难度上有所增加，但由于螺栓在齿条外侧，紧固以及检查都较为方便，见图3。同时安装端面加装定位键以使定位精确。取消原差动小车的支撑形式，齿条传动装置做相应的结构调整，由齿轮下侧传动齿条改为上侧传动齿条，使齿条底面为平面，在齿条底部增加20个平辊道来支撑。通过这样改进，齿条链接出定位精确，不易松动，方便检查维护。齿条的支撑点由3个点增加为20个点，这样齿条的运行平稳性得到了大大的加强。由于取消了差动支撑车，顶杆没有了支撑点，因此增设了2套由液压缸驱动的可升降的支撑辊设备来对顶杆进行支撑。
图3 改造后齿条结构
3.2电缆拖链改造
拖链形式改为上下两层的复合结构，分层面设计增加一部拖链小车设备，由电机减速机带动钢丝绳卷筒转动，通过钢丝绳对拖链小车实现双向驱动。下层拖链一端固定，另一端连接于拖链小车，上层拖链一端连接于拖链小车，另一端连接于顶杆小车，通过电机速度控制将顶杆小车的运行速度设定为拖链小车的2倍，实现速度的差动，这样就将拖链的运行速度降低，增加了拖链的稳定性，拖链的实际运行速度在3m/s的情况下就能够实现顶杆小车6m/s的速度要求。每条拖链的长度降为8050mm，但由于是双层拖链结构，这就相当于总长度为16米的拖链在中间增加了一个支撑点，使得拖链强度加强了很多。同时增加拖链宽度，将管线由原来在顶杆小车两侧双向布置改为布置于一条拖链中。见图4所示。在顶杆小车驱动齿条以及钢丝绳卷筒处都增加绝对值型编码器，以计算出顶杆小车与拖链小车的形成，通过闭环控制实现两者差动的要求。
图4 复合拖链结构
改造后的效果
改造在2009年10月份施工完成，并在随后的半年时间里不断地调试，磨合后穿孔后台顶杆小车的设备已趋于稳定。通过对该区域设备的改造，自从改造完成后使得穿孔区域轧制节奏大幅提升，从原来的35秒生产一支钢管提升至29秒，最快时提至27.5秒。故障时间与故障频次方面，改造前平均每月发生齿条、拖链断裂的故障为4次，造成故障停机时间20小时。改造后至今3年多期间从未发生齿条、拖链断裂的长时间故障停机的情况，并且该区域设备运行较为稳定，齿条、拖链设备的月平均故障时间为0.16小时。通过设备改进，轧制节奏得到了提高，故障率和故障时间降低，作业率上升，更换顶杆及换孔型的时间减少，产量有了大幅度提高。
参考文献
［1］张承志.锥形穿孔机设计探讨［J］.重工科技，2004(2)
［2］原亚琴.国产锥形穿孔机的特点分析［J］.山西冶金，2006(3)
［3］余俊.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，1986
［4］叶志海.穿孔机组的工艺改进［J］.黑龙江冶金，2004(1)
［5］闻邦椿.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010