【正文】 . 10 工作原理 ...................................................................................................... 10 旋轉(zhuǎn)冷卻裝置的設(shè)計(jì) ................................................................................. 11 方案二的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................. 12 方案的比較與選擇 .................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。在 1945 年日本全面受降，當(dāng)時(shí)東北的前蘇聯(lián)部隊(duì)搬運(yùn)走了大部分生產(chǎn)設(shè)備至運(yùn)動(dòng)地區(qū)，生產(chǎn)能力幾乎喪失。在這半個(gè)多世紀(jì)的生產(chǎn)歷史中，從 50 年代初唯一的套 ? 140 自動(dòng)軋管機(jī)組 （年產(chǎn)量 萬(wàn)噸 ）到現(xiàn)在 產(chǎn)品 規(guī)格 、 品種 齊全 的生產(chǎn)大國(guó)，其中于 1994 年成為 世界第一大無(wú)縫鋼管生產(chǎn)國(guó) （早于鋼與鋼材的產(chǎn)量成為世界第一的時(shí)間） ，隨后 穩(wěn)居第一 【 1】 。根據(jù)我國(guó)鋼管行業(yè)的研究報(bào)告顯示，全球鋼管的年產(chǎn)量、消費(fèi)能力已經(jīng)在下降，但我國(guó)不同其進(jìn)口量要略多，生產(chǎn)與消費(fèi)水平總體相當(dāng)， 這主要是 因?yàn)?我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速產(chǎn)生的 協(xié)同 效應(yīng) 。 其作為鋼鐵行業(yè)的重要產(chǎn)品，生產(chǎn)鋼管的特點(diǎn)如下 ： （ 1） 軋制是一種工作安排； （ 2） 生產(chǎn)過(guò)程由多個(gè)階段組成； （ 3） 不同的軋制批次需要不同的設(shè)置時(shí)間； （ 4） 產(chǎn)品品種在同一設(shè)備上經(jīng)常更換。 ④加入 WTO 之后 的影響 ,國(guó)外石油的大量進(jìn) 口涌入國(guó) 內(nèi)市場(chǎng) ,會(huì)影響到石油 對(duì)用管 的選擇 【 2】 。無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)過(guò)程可以描述為： 把 固體 的 管坯（或鋼錠） 進(jìn)行 穿孔 作業(yè) ，軋制成具有所需規(guī)格和性能的鋼管。 無(wú)縫鋼管的生產(chǎn) 一般 是 分為 熱變形工藝和冷處理工藝兩 部分內(nèi)容 組成。 上述工藝的無(wú)縫鋼管生產(chǎn) 方式 如圖 1 所示。最后，粒徑減小鋼管冷卻至常溫，然后進(jìn)行最后的切割，尺寸和鋸，并等待最終的整改。 1 無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程 此外，確定的軋制批次數(shù)量最終不應(yīng)超過(guò)最大軋制限額。在 1978 年， 意大利鋼管廠 建成了世界上第一套 限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)（ MPM） ，從此連軋管工藝有了十足的進(jìn)步。 20世紀(jì) 90年代中又成功改進(jìn)出了三輥 連軋管機(jī) （ PQF），在 2021 年時(shí)中國(guó)天津鋼管公司正式引進(jìn)并投產(chǎn)， 使連軋管工藝的技術(shù)裝備有了質(zhì)的飛躍。而 PQF 為三輥式 的，其構(gòu)造為一個(gè)孔型當(dāng)中有三個(gè)軋輥，其中三個(gè)軋輥 角度互為 120176。并 得到 大量廠商的 認(rèn)同和 推廣 ， 目前出大洋洲以外，各地均已廣泛使用并投產(chǎn) ； 特別是 1982 年以來(lái)的 15年之間 ， 當(dāng)時(shí)石油產(chǎn)業(yè)異常興旺，從而對(duì)石油井管的需求愈發(fā)強(qiáng)烈 ， 這較大的促使了無(wú)縫鋼管的發(fā)展 ， 從而連續(xù)建成并投產(chǎn)的 10 套 MPM 設(shè)備 ， 在第二套至第十套之間僅僅隔了 10年左右 。在芯棒運(yùn)動(dòng)速度、軋制鋼管長(zhǎng)度不變的情況下，減少首尾軋機(jī)的中心線長(zhǎng)度就可以縮短芯棒工作段從而達(dá)到目的。較大的變形能力使得設(shè)計(jì)者可以將 MPM 承擔(dān)的變形部分前移到穿孔機(jī)。按機(jī)架數(shù) 量 則 可分為少機(jī)架式 (即 MINIMPM)、 常規(guī)式 (即 MPM)。錐形軋輥 同 軋制線交叉 組 成 15 度 的 輾軋角 , 軋輥線 的 速度與金屬流動(dòng)速度 匹配 , 可實(shí)現(xiàn)最小 的 扭轉(zhuǎn) , 從而改善毛管壁厚精度 、 內(nèi)外表面 的 質(zhì)量。 這是目前為止 MPM 較為 先進(jìn)的壁厚控制技術(shù)。 該設(shè)備 采用 了 封閉孔 、 嚴(yán)密型 的 設(shè)計(jì) 方式 , 這樣 鋼管的壁厚 和 外徑 的 精度 有所 提高 , 可以更加有效 控制內(nèi)孔 的 多邊形效應(yīng)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 引進(jìn)上述機(jī)組 , 對(duì) 于 提高我國(guó) 的 無(wú)縫鋼管產(chǎn) 能 、改善鋼管 品質(zhì) 、提高專用管 的自給率 、 提高 重大 裝備 的 技術(shù)水平起到了 至關(guān)重要的作用。連軋機(jī)的變形量一般較大，芯棒與 鋼管間的相對(duì) 速度大 ，所以材料延伸系數(shù) 一般 選用為 4～ 6 之間 , 芯棒 沒(méi)有 浮動(dòng)芯棒的使用壽命 長(zhǎng)。多年 以 來(lái)， 對(duì)于我國(guó) 生產(chǎn) 的 大口徑無(wú)縫鋼管企業(yè) 大部分 ， 均 從國(guó)外進(jìn)口芯棒 。公司擁有 了 限動(dòng)芯棒 的 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 、專利 ，填補(bǔ)了 我國(guó)在 該產(chǎn)品生產(chǎn)的 短板 ， 同時(shí)漸漸取代了進(jìn)口產(chǎn)品 ， MPM 芯棒的年生產(chǎn) 量 達(dá)到 了 5000 噸，占國(guó)內(nèi) MPM 芯棒 市場(chǎng)份額的 45%， 在 國(guó)際市場(chǎng)占有率 大 約為 15%。芯棒的工藝流程 大致為 ：芯棒預(yù)熱 芯棒潤(rùn)滑 一 芯棒預(yù)穿 限動(dòng)軋制 一 芯棒冷卻 芯棒潤(rùn)滑。 在 芯棒處于 間歇的運(yùn)動(dòng) 生產(chǎn) 過(guò)程 中 ， 芯棒的 速度可達(dá)每秒 數(shù)米 ， 其 外徑 以 般在 50～ 150mm。通過(guò)循環(huán)水冷卻 后 的芯棒溫度在 140～ 150℃，水槽中 1～ 2min 冷卻 后，溫度可 控制在 70～ 90℃ (用溫控系統(tǒng) )【 7】 。設(shè)計(jì)時(shí)除了需要豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，還應(yīng)有足夠的理論知識(shí)、正確的設(shè)計(jì)流程。更為重要的是，要保證生產(chǎn)安全、質(zhì)量可靠、實(shí)用性強(qiáng)。 工作原理 芯棒從連軋管中脫出 ,并被輸送到脫棒后輥道。 旋轉(zhuǎn)冷卻裝置也有專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器減速，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在軸上裝有圓盤，與另一組圓盤成并列分布，這組圓盤無(wú)驅(qū)動(dòng)，主要起支撐作用。 圖 2 旋轉(zhuǎn)裝置 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 被冷卻的芯棒放置在兩圓盤中間，受圓盤摩擦力的作用勻速旋轉(zhuǎn)，這樣就能使芯棒在周向均勻的冷卻。 圖 3 方案二的原理圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 方案的比較與選擇 方法一的優(yōu)點(diǎn)： 芯棒冷卻的同時(shí)還不停的旋轉(zhuǎn)，水溫沿芯棒表面均勻分布 ,從而使芯棒沿縱向和周向冷卻更加均勻，提高了冷卻的質(zhì)量，縮短了冷卻的時(shí)間。在升降時(shí)芯棒所受的磨損比方案一還要大。 本次設(shè)計(jì)的思路、方案內(nèi)容均圍繞方案一產(chǎn)生。 ④兩圓盤的水平中心距離 h=100mm。目前交流電機(jī)隨著變頻技術(shù)的發(fā)展也可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同，異步電動(dòng)機(jī)分為鼠籠型、繞線型電機(jī)。在用電大戶建廠時(shí)，為了不影響生產(chǎn)，往往會(huì)自建電廠以減少供電部門對(duì)異步電機(jī)的使用 限制。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，選擇符合的電機(jī)為：交流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)，且交流異步電動(dòng)機(jī) 交流同步電動(dòng)機(jī)，籠型異步電動(dòng)機(jī) 繞線型異步電動(dòng)機(jī)。 使 芯棒旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)圓盤上 應(yīng) 有的 圓周力 為 : F N G???? （ 3－ 5） 其中： ? 芯棒與圓盤的摩擦系數(shù) 查表１－１ 2 可知 【 9】 ： ? ＝ 所以圓周力為： 2 4 5 8 1 0 . 3 7 3 7 4 . 3? ? ?FN （ 3－ 6） 圓周速度的確定 工作機(jī) 按工作要求，可由公式（ 3－ 7） 計(jì)算 圓周 速度 【 10】 r??? （ 3－ 7） 其中 : ? — 芯棒的角速度 （單位： rad/s） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 r— 芯棒的半徑 由公式 (413)可以 確定芯棒 的旋 轉(zhuǎn)角速 度： 2T??? （ 3－ 8） 所以可知芯棒的圓周速度： 2 rT??? （ 3－ 9） 式中： T — 芯棒的旋轉(zhuǎn)周期 (單位： s) r — 芯棒的半徑 （單位 m ） 由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知： T = s r= m 所以 2 4 752 5 8 /? ???? ms （ 310） 電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算與確定 電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算 （ 1） 根據(jù)設(shè)計(jì)的工況和條件， 選 用 三 項(xiàng) 籠 形 異步電動(dòng)機(jī) ,采取典型的 封閉式結(jié)構(gòu)， Y 系列 ，工作 電壓 380V。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 D 圖 7 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表 2 所示。根據(jù)用途通常分為： 通用 減速機(jī) 和專用減速機(jī) ， 不同特性的減速機(jī)有著不同的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。 減速器的選擇與計(jì)算 減速器傳動(dòng)比的初步確定 由式（ 4－ 1）計(jì)算減 速器的傳動(dòng)比 2idnn＝ （ 4－ 1） 其中： i －為減速器的理論傳動(dòng)比 dn － 為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 (r/min) 2n － 為減速器的輸出轉(zhuǎn)速 (r/min) 由式下可計(jì)算為減速器的輸出轉(zhuǎn)速 2 260n T? （ 4－ 2） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 21 122 1TDT D? （ 4－ 3） 其中： 2T — 工作機(jī)的主軸旋轉(zhuǎn)周期（ s） 1D — 芯棒的直徑 （ mm） 2D — 主動(dòng)圓盤的直徑 （ mm） 由 此可知： 2 1000 ???Ts （ 4－ 4） 2 60 / m ??nr （ 4－ 5） i ＝ ? 根據(jù)理論傳動(dòng)比 和 實(shí)際的工作條件選 取 兩級(jí)圓柱齒輪減速器。所以，軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在此章設(shè)計(jì)中有著 非常重要的作用。 在此章的中，我們考慮到軸的材料、受力特性，在設(shè)計(jì)中要注意一下方面：既要有充足的強(qiáng)度和合適的壽命也要有科學(xué)的結(jié)構(gòu)和一定的剛度及其它力學(xué)性能。主要的軸在設(shè)計(jì)完畢后，再進(jìn)行效核保證其使用可靠性。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 圖 11 軸的零件圖 每段 軸的尺寸參數(shù)如下： 軸 12 端安裝聯(lián)軸器 21?L =210mm, 21?d =100mm, 軸 2－ 3 段為安裝軸承及其軸承端蓋和密封裝置 mmL 7832 ?? ， mmd 11032 ?? 軸 3－ 4 段為密封 和 軸肩箱體內(nèi)壁的 距離 mmL 7343 ?? mmd 12243 ?? 軸 4－ 5 段為軸肩 mmL 3054 ?? mmd 14054 ?? 軸 5－ 6 段為安裝圓盤段 mmL 9865 ?? 56 130d mm? ? 軸 67 為過(guò)渡段 mmL 14776 ?? 67 122d mm? ? 軸 78 段為安裝軸承段 mmL 7887 ?? mmd 11087 ?? 軸 8－ 9 段處 為 聯(lián)軸器相接 段 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 mmL 16598 ?? 89 100d mm? ? 軸的校核 軸的力學(xué)模型的建立 首先要確定圓周上作用的位置點(diǎn)和支點(diǎn)的跨度，其中圓盤對(duì)軸的力作用點(diǎn)按簡(jiǎn)化原則處理，在確定軸上的圓盤作用點(diǎn)所在的具體位置。轉(zhuǎn)矩也是從輪轂寬度的 中 點(diǎn) 算 起 。 由 此 可 確 定 第 一 個(gè)圓盤軸上左端傳遞的扭矩為 12 0 955 0224488000PTnN mm? ? ? ??? （ 5－ 8） 由于第一個(gè)圓盤消耗一 部 分 功 率 ， 那 么 傳 遞 到 下 組 圓盤的功率會(huì)減小。 M HVVM V水平受力垂直受力水平彎矩垂直彎矩M總彎矩扭矩T 1T 2 圖 12 彎扭合成圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 29 六、 聯(lián)軸器的選擇與校核 聯(lián)軸器的選擇類型 聯(lián)軸器是用來(lái)連接旋轉(zhuǎn)軸和它們之間的吸收錯(cuò)位的機(jī)械裝置。 通過(guò)仔細(xì)選擇，安裝和聯(lián)軸器的保養(yǎng)，節(jié)省大量可以降低維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間進(jìn)行。 提高 機(jī)械的靈活性，從一個(gè)軸降低到另一個(gè)沖擊載荷的傳輸。 ，并且如果聯(lián)接潤(rùn)滑定期更換的潤(rùn)滑劑。深層失敗原因， 并非 維護(hù) 問(wèn)題，而是 包括：安裝不當(dāng) ，不當(dāng)?shù)?耦合選擇 ， 操作超出了設(shè)計(jì)能力。 導(dǎo)致的 滑劑泄漏或污染。 主動(dòng)端： 表 6 1d (mm) 1L (mm) 1l (mm) D (mm) 85 172 132 320 從動(dòng)端 2d (mm) 2L (mm) 2l (mm) D (mm) 100 212 167 320 其他聯(lián)軸器 的選擇 圓盤兩端的聯(lián)軸器及其兩段軸的聯(lián)軸器選擇根據(jù)零件的互換性，可選擇同種型號(hào)