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1、TZ355微张力减径设机计制造技术攻关4太重棱术导报1993?4/<j一,概况_物墩铭TZ355微张力减径设机计制造技术攻关f太原重机厂总师办婴-T弓弓g-微张力和张力减径机是无缝钢管出产中的关键设备之一,它对扩大无缝钢管的产品范围和提高质量及精度起着重要的作用.微张力减径机生产的规格品种范围广,质量高,生产率高,经济效益好,可以由一种或几种管坯生产出多种不同直径,壁厚的钢管,可以有效地改善管坯的壁厚不均和不园度,提高钢管的内外表面质量,减少切头损失,提高材料的收得率.近十几年来,国外新建的无缝钢管车间,无论是连轧管机组,三辊轧管机组,狄塞尔机组还是顶管机组的后面几乎都配置了微张力或张力
2、减径机.为了适应高的轧制速度,利用电子技术减少切头损失,直流电机单独传动的张力减径机随着连轧管和”无头轧制一的发展而进一步发展.对于制轧速度较低的短管减径,采用投资少,速度剐性好的差速传动的张力减径机,在相当长的时间内还有很大的发展前途.国内仅有几家大型锕管厂从国外引进了微张力或张力减径机.目前国内尚未进行技术改造的+1oomIll和76mm机组是”八?五”期间冶金部的重点技术改造项目之一.国内许多专家,学者在小型无缝钢管机组技术改造座谈会上指出,旧机组技术改造应优先采用撒张力或张力减径机,才能较好地满足各种小规格钢管的需求.我厂在60年代就研制了国内第一台液压差动式张力减径机,由于工艺参数选
3、取不当等原因,该设备改作定径机使用.80年代随着国民经济的发展,我国引进了几套张力减径机,例如:上海宝钢28机架张力减径机,常州22机架张力减径机,天津24机架张力减径机,成都帅帅*电流与定子磁场相互作用产生制动力矩.当制动力矩与位能负载作用在电动机轴上的力矩相等时,电动机的转子电流,转子转速均保持不变,电动机在动力制动状态下稳定运行.当改变电动机转子回路的电阻值时,会引起转子电流,制动转矩的变化,从而引起电动机转速的变化,电动机必须运行到另一转速,其转子电流和制动转矩重新恢复到原有值,系统再次达到稳定.因此,通过改变电动机转子电路的电阻值能调节电动机的转速,l从而达到调速的目的.副起升机构采
4、用自激动力制动系统,其工作过程及效果与他激动力制动系统基本一样,只是激磁方式有所不同.它是断掉三相交流.给两相定子绕组通以给定的初激磁(容量较小).在位能负载作用下,电动机的转子旋转.其绕组切割由初墩电流所建立的磁场,产生感应电流.感应电流通过三相桥式整流后,被送入电动机的定子绕组,使激磁电流逐渐增大.大小车运行机构采用涡流制动器调速系统.涡流制动器是起重机械中交流异步电动机调速的辅助装置,涡流制动器不受负荷正,反方向的限制,在任意负载下均能达到电动机的稳定低速运转,是交流异步电动机诸多调速方案中投资少,易于操作,维护简单,受到普遍欢迎的调速系统.太重技术导报1993?4512机架微张力喊径机
5、衡阳12机架微张力减径机.91年我广研制的国内第一台机械差动式微张力减径机在鞍钢无缝厂一次试轧成功,经检验设备性能,产品质量均达到了设计指标.参数=,设备组成,性能图1徽张力减径机1叠加电机2一主电机3一差速减速机4一鼓形齿联轴器5一方机架6一主机座T一机架更换小车8一推拉装置1,TZ355徽张力减径机主要由下列几机)部分组成(见图1)(1)传动电机(带铡速发电机的直流电机,其中一台为主电机,另一台为选加电机)2台(2)差速减速机1台(3)主机麈1件(4)方机架12架(5)鼓形齿联轴器12套(6)机架更换小车及推拉装置1套1主要性能参数(1)人口毛管直径485,100,105,127mm(2)
6、八口毛管壁厚415mill(3)毛管最大长度l4m(4)毛管温度900950(6)成品管直径57l21mm(6)成品管壁厚415.5mm(7)成品管最大长度2lm(8)最大轧制速度(八口)o.625m/s(9)机架数目l2架(1o)机架间距325mm(11)单机架轧辊数日3个(12)轧辊理想直径355mm(13)单机架最大减径率3.5(14)最大轧制压力200KN(15)最大冲击力矩27.5KN.m(16)两台直流电机(主电机,迭加电功率220KW转速200o/10o0r/min(17)液压系铣压力8Mpa(18)冷却水工作压力0.4O.5Mpa(19)切头损失<5(20)轧制钒种104
7、5Cr5Mo,J55N80等三,工作原理设备特点1,微张力减径机的工作原理徽张力减径机是借助于具有特定轧制孔型的一定数量的机架,在按给定规律递次减缔钢管直径的同时,对钢管的轴向施加可调比例的拉力,从而达到所要求的锕管外径和鼙厚,各机架之间的拉力是按给定的变形程度精确计算,并由具有足够刚性的轧辊转速差值实现的.钢管的成品外径靠增减参与变形的机架数目确定,而而壁厚则靠机架轧辊转速控制.TZ355微张力减径机是由一台主电机和一台迭加电机联合传动的差速集体传动方式.这种片动方式使得微张力减径机的速度具有一定的刚性,在一定范围内有无数条速度曲线供工艺选用,速度曲线是无级变化的,速度调整灵活.两台电机分别
8、调速时,经过差速机构合成,轧辊就可以得到不同的转数,从而满足不同的轧制工艺要I.I-6太量桉术再报f孽.3?4求.2,设备特点(I)差速主减速机是行星差动齿轮结构,具有两个输八轴,分别接主,迭电机和十二个输出轴,每个输出轴上带有一个鼓形齿联轴器.主减速机内装有十二套差动机构,每套差动机构带有三个行星轮.为了使三个行星轮与太阳轮啮合时能够均匀承载,采用了太阳轮浮动,太阳轮与输入轴之间用鼓形齿联接,取得了良好的均载效果.(2)主机座为焊接结构,由上,下横梁,左,右机座组成,其上可以安装十二个轧辊机架或导管,导辊机架,还带有十二个机架压紧装置.左,右机架与上,下横梁由水平,垂直键及定位台阶定位.用1
9、8个M36螺栓联接成一整体机座,制造加工比C形机座简单.(3)方机架是两个剖分的球墨铸铁壳休,由高强度螺栓连为一体,装拆维修方便.三个专用球墨铸铁轧辊互成120+20分布在壳体中,各轧辊在机架壳体内部借助于高精度,硬齿面的螺旋锥齿轮相互啮台传动.从外面传动系统进八机架的只有一个传动主轴,它传动一个轧辊,又由该轧辊两边的螺旋锥齿轮传动另两个轧辊(见图2)三个轧辊由专用孔型机床加工成孔型.在输八轴端还装有安全环,起安全保护作用.图2方机架(4)机架更换小车山液压马达,链轮链条驱动装置组成.更换机架时,第一个小车接受从减径机上换下来的机架,第二个小车装上新机架.更换小车可船轨道左右移动.机架推位装置
10、由两个装在机座上的长行程液压缸和一个推拉横梁组战.液压缸用连杆孔和横梁相接.横梁上有十二个挂钩,可进行单独操作,并使横梁和机架相接.操作控制阀,就可以从机座中拉出机架或向机座中推八机架.机架5分钟可更换完毕.在控制系统中设有联锁,安全可靠,不会出现误动作.(3)电气系统,液压,润滑系统,采用了一台TZ1641113PC,所有联锁信号均通过PC犏程幕实现,可进行张力,速度,壁厚和变形控制.四,关键技术,技术坡关1,工艺计算的关键技术张力减径机变形是一个复杂的工艺过程,是不带芯捧的连轧机,因而减径过程中金属的流动,张力,减径量,壁厚系数等硐素有密切关系并且相互制约.长期以来,张力减径机轧制工艺已成
11、为阻碍我国发展该机的技术关键.这次工艺计算时,首先对各参数进行了认真分析,制订了合理的减径系列,建立了数学模型(见图3),进行了大量的公式推导,计算,并对国外技术资料对比,分析,计算.在此基础上做了大量的统计分析,设定了一些必要的系数,编制了计算机程序(见图4),进行最佳计算.根据各计算数据,又建立了供用户选用的数据库和应用程序.2,设备关键技术微张力减径机设计中的最核心问题是如何保证速度的稳定性和合理性,而速度的稳定性是建立在产生过程中不断变化着的各种因素之上.为了从根本上改变我国现有各种张力减径机速度稳定性较差的状况,本设计l太重棱来导报1953?4图4应用程序图3数学模型H以如何保证速度
12、稳定为首要目标.直流电机集中差速传动,使得微张力减径机的速度具有绝对刚性,能够准确严格地维持给定的变形制度,是最理想的传动型式.差速集体传动的关键是行星差速机构的设计与制造差速机构的三个基本构件通过差谴减速分别与主电机,迭加电机和轧辊联接.转臀(H构件)作为输出轴i.一表示4.=0(选加电机不转),主电机到轧辊的减速比.图6差速传动示意图微张力减径机由两台直流电机同时传动,两台电机施给行星架的转速出差速机构来台成得到工作辊的转速.从表l可看出:8太t技术导报1993?4当两台电机分别调速时,工作轧辊就可得到轧制工艺要求.无级调速,井能得到不同的张力,从而满足表l毛管f成品营直m径mI壁m厚ml
13、誓暑Immlmm莸襄墨j调速r/m11”il比张力系数l085.5896IG1032220.00.O27l085895.3I143787lGO.60.1971O8l58915.5l1338130O9/.20.268轧辊转速(r/mjn)第1架第2架第3架第4架第5架第6架第.r架36.6937.0537.4637.9038.3738.8939.3935.3236.3l37.4l38.6039.8841.2742.63n35.0436.5l38.1639.9341.8448.9345.96差速集体传动主减速机是微张力减径机传动的关键部件,重29t,整个传动装置内有齿轮140余件,轴承179件,传
14、动精度要求高,因此制造误差对齿轮传动影响很大.为了补偿加工误差,在差动机构内设计了鼓形齿联轴器及太阳轮浮动机构(见图6).该机构采用三个行星轮,它们施加给太阳轮的径向力必定通过太阳轮的中心,这三个径向力组成一个力的封闭三角形,合力等于零.因此,太阳轮浮动后可以起到自动调位和均载平衡的作用.而鼓形齿联轴器按O.8.偏角设计,也起到了自动调位和补偿制造误差的作用.为了保证齿轮的高精度和传动平稳,除内齿圈及鼓形齿做成中硬齿面外,其余齿轮全部采用了渗碳磨齿件设计并成正变位齿轮.3,制造棱术攻关(1)行星差速机构的技术攻关行星架的制造是行星差速机构的技术关图6太阳轮浮动机构键.十二套行星架为锻件整体结构,加工精度高,难度大.同轴度,垂直度等相关误差要求在0.02mm以内.3个0HT的行星轮轴孔,由于结构限制,镗杆细,伸出长,刚性差,加工质量难保证.对12套行星架的加工,关键工序采用数控加工,并配备专用镗杆,镗模及辅助支撑,测量基准等,确保符合图纸的精度要求.(2)主减速机箱体的技术攻关差速集体传动主减速机箱体分为四层太重技术导报1993?4(见图T),ti6造精度要求高
