一种管坯热定心机设计浅议

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1、一种管坯热定心机设计浅议　　【摘要】本文简要介绍一种热轧管坯热定心机的基本结构、工作原理及特点等，为今后类似设计提供借鉴及参考。【关键词】无缝管热定心机设备某钢铁（集团）有限责任公司为实施国家发改委批准的结构调整总体发展规划，以优化产品结构为目标，扩大高端无缝管产品的产能和质量，投资建设Φ159mm无缝管热轧、热处理工程。为配合此次工程，我们设计了与Φ159mm连轧无缝管生产线配套的1套管坯热定心机，此设备的结构形式是在外商提供的基本数据资料进行研发的，在国内是首台。本管坯热定心机具有对加热后的管坯进行尾端定心的功能，从而改善穿孔后的毛管尾端的几何形

2、状，布置在从环形炉到穿孔机的辊道端部，并能与热轧区轧机小时生产节奏相匹配。1基本结构及特点及工作原理1.1基本结构及特点基本结构：热定心机主要包括1机架、2上下夹紧臂、3连杆、4夹紧缸、5定心缸及6顶头等部分组成，如图1所示。5特点：定心力大并且可调，结构简单紧凑，占用空间小，由于采用顶头可更换装置简化了辅机功能，减轻了设备重量。1.2工作原理由热坯输送辊道将加热后的管坯送至热定心机顶头位置，此时上下夹紧臂通过夹紧缸外伸来夹紧管坯，夹紧臂相对于管坯的对中靠中间的连杆同步动作来实现。当夹紧臂夹紧管坯后，定心缸驱动定心头向前移动实现管坯尾部定心，定心完毕

3、，定心缸回退，夹紧缸缩回，至此完成一根来料的定心任务。为满足由热坯输送辊道送来的不同直径管坯都在定心头同一中心线上，顶头可更换。2设备技术规格与参数定心力：580KN夹持力：1500KN液压系统的工作压力为16MPar定心温度：1150～1200℃定心孔直径：60mm定心孔深度：55mm工作一次时间：10s定心头最大工作次数：150次/小时3主要部件的有限元分析3.1分析参数信息分析类型-线性材料模型静应力单位-自定义-（N，mm，s，degC，）5重力加速度=9814.56mm/s2缺省节点温度-0°C缺省材料-16Mn3.2机架强度受力分析实体建

4、模后，将模型导入ALGOR中，进行有限元网格划分，单元类型为块体和四面体单元，共有个29730表面网格，90288个块单元。施加最大载荷下的机架有限元静力分析结果：最大应力187.4Mp，与材料16Mn屈服应力对照，载荷系数为1.47。如图2所示。3.3夹紧臂强度受力分析实体建模后，将模型导入ALGOR中，进行有限元网格划分，单元类型为块体和四面体单元，共有个5758表面网格，18411个块单元。施加最大载荷下的机架有限元静力分析结果：如图3最大应力189.9Mp，与材料16Mn屈服应力对照，载荷系数为1.45。4本次设计创新点4.1顶头的缓冲装置本

5、次设计在结构上优化了顶头部位，由原来的顶头部分开放式结构变成封闭式结构，增加缓冲装置，在控制不精确的情况下防止坯料撞伤顶头及损坏定心油缸，同时有效的增强了机架的刚度。如图4所示。4.2顶头偏心54.2.1顶头偏心的原因在本次设计中，热坯来料分两种规格：Φ150/Φ210，因为辊道标高固定不动，所来两种坯料与顶头中心线不能同时对中，所以要完成两种规格的定心任务就存在顶头与坯料对中的问题。由于规格相对少，没有采用定心机升降或热坯输送辊道升降这种较复杂的方法，而采取了顶头偏心的简单方法来满足两种规格的定心。Φ210规格坯料定心时使用不偏心的顶头，Φ150规

6、格坯料定心时需要使用偏心的顶头，如图6右图所示。在更换坯料规格的同时需要更换顶头。4.2.2偏心顶头的对中及更换顶头方法为了适应两种规格坯料，不仅顶头要设置偏心，而且在动作上要保证顶头顶点与坯料中心线对中就必须抑制顶头延中心轴线的转动，为了达到这一目的，在顶头及导向结构上作了设计，如下图5左图示意。在滑套与顶头之间由两侧的平面来配合导向。滑套与顶头配合后，滑套依然没有被抑制延轴线的转动，因此我们采用了两个螺杆与挡板及机架固定来抑制滑套的转动，此设计一方面抑制了滑套的轴向转动，别一方面也为滑套在套筒中的滑动提供了导向作用，而且在更换顶头时只需松开两螺杆

7、用扳手转动滑套及可取出顶头进行更换，使更换顶头变的简单方便，如图7右图所示。5参考文献：[1]寇晓东，ALGOR结构分析高级教程.2008.5