楊曉卿，劉 威，朱建明，李小鳳

(1.中國聯(lián)合工程有限公司 裝備工程公司，浙江 杭州 310000；2.杭州天驕舞臺科技有限公司，浙江 杭州 310000)

目前，國內(nèi)大型不銹鋼管(包括無縫鋼管和焊管)固溶處理設備主要采用室式熱處理爐，配淬火水槽及淬火裝鋼機[1]。鋼管被送入固溶爐加熱，達到設定要求時，打開爐門，淬火裝鋼機前部叉臂伸入爐膛，從爐膛中取出鋼管，然后將整個鋼管迅速浸入水中，完成固溶處理，或者是加熱的鋼管被直接拋入淬火槽中。然而，在處理大型鋼管時，由于鋼管接觸水時，上部和下部冷卻速度不一樣，很容易造成鋼管變形，增加了后續(xù)矯直的工作量，影響了產(chǎn)品的合格率[2]。

針對上述情況，筆者研制了一種鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置，鋼管直徑為325～1 620 mm。在鋼管被取出固溶爐的過程中一邊旋轉(zhuǎn)，一邊快速下降浸入水槽的水中，減少了鋼管表面接觸水的時間差，使鋼管表面溫度相對均勻，從而減少了鋼管的變形量，提高了鋼管生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)品率，減少或免去了后續(xù)矯直工序，從而大大降低了生產(chǎn)成本[3]。

該項目研制的載體是獲得國資委單項資助的浙江省重點技術攻關項目“年產(chǎn)20000噸石油等輸送用大口徑管道及組件項目”中的核心關鍵項目，是國內(nèi)第1臺處理鋼管直徑達到1 620 mm，長度達到12.5 m的不銹鋼管固溶處理自動生產(chǎn)線，包括罩式爐、淬火水槽和淬火裝鋼機。本文研制的鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置應用于淬火裝鋼機叉臂上。

1 裝置組成

鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置主要由裝鋼機升降裝置、旋轉(zhuǎn)動力分配裝置、壓緊裝置、旋轉(zhuǎn)輪裝置、壓力傳感器、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成(見圖1)。

圖1 鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)設計

2.1 裝鋼機升降裝置

裝鋼機升降裝置由鏈條、叉臂、升降架、升降導輪、升降軌道和升降液壓缸等組成(見圖2)[4]。叉臂與升降架組成升降機架；鏈條一端連接升降架，另一端固定在整個設備的主梁上；升降架與安裝在軌道內(nèi)的升降導輪相連接；升降液壓缸推出和縮回實現(xiàn)叉臂上升和叉臂上鋼管入水(推升拉降)[5]。

圖2 裝鋼機升降裝置

2.2 旋轉(zhuǎn)動力分配裝置

鋼管邊旋轉(zhuǎn)邊入水，轉(zhuǎn)速與鋼管直徑有關。鋼管直徑越小，變形越厲害，就要求轉(zhuǎn)速越高；反之，直徑越大，鋼管越不容易變形，轉(zhuǎn)速可以減小。一般要求轉(zhuǎn)速為10～120 r/min。旋轉(zhuǎn)動力分配裝置是由1個變頻調(diào)速電動機帶動減速機集中傳動，電動機的變頻控制可以滿足不同直徑的鋼管淬火時的不同轉(zhuǎn)速。其布置在遠離淬火水面的叉臂上端，每組旋轉(zhuǎn)動力通過1組圓錐和1組蝸輪蝸桿以及若干傳動軸傳到叉臂上，帶動旋轉(zhuǎn)輪裝置轉(zhuǎn)動，從而使得進入淬火液中的鋼管邊旋轉(zhuǎn)邊進入液面。

旋轉(zhuǎn)動力分配裝置由電動機減速機、聯(lián)軸器、傳動軸、錐齒輪組成的轉(zhuǎn)向器、蝸輪蝸桿、軸承以及密封件[6]組成(見圖3)。

圖3 旋轉(zhuǎn)動力分配裝置

該裝置的主要技術參數(shù)如下：1)旋轉(zhuǎn)功率為7.5 kW；2)錐齒輪模數(shù)為5 mm；3)錐齒輪齒數(shù)為19；4)蝸桿頭數(shù)為3；5)蝸輪座間距為800 mm。

2.3 旋轉(zhuǎn)輪裝置

旋轉(zhuǎn)輪裝置的動力來自于叉臂頂部的電動機減速機，通過旋轉(zhuǎn)動力分配裝置傳遞到蝸桿，再通過蝸輪蝸桿傳動，帶動旋轉(zhuǎn)輪軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)輪裝置由蝸輪軸、蝸輪、蝸輪座、軸承、帶密封件的透蓋、旋轉(zhuǎn)輪(直徑為300 mm)及固定板組成(見圖4)。

圖4 旋轉(zhuǎn)輪裝置

由于在水下使用，裝置用部件都采用不銹鋼材質(zhì)。軸承為不銹鋼軸承，其具有很好的耐腐蝕性能，可以在有腐蝕性的水中長時間使用，同時還能提高軸承的承載能力和熱傳導作用。軸承內(nèi)外圈和鋼球材料為9Cr18，軸承保持器和封閉蓋材料為0Cr19Ni9，透蓋采用橡膠密封，透蓋骨架外面包丁腈橡膠。

2.4 壓緊裝置(含壓力傳感器)

為防止淬火鋼管旋轉(zhuǎn)時漂浮被甩出，應特別設計一套壓緊裝置(見圖5)。在鋼管即將入水淬火時，裝在叉臂上部的液壓缸伸出，鋼管上部的壓緊裝置下降到適當?shù)奈恢?，液壓缸的伸出距離可調(diào)以適用不同直徑的鋼管；壓緊裝置上的液壓缸伸出使得壓輪組件與鋼管接觸，壓力大小通過壓力傳感器來控制，既可保證鋼管在水中足夠旋轉(zhuǎn)，又不至于將熱態(tài)鋼管壓變形[7]。當叉臂要進入爐膛取料時，壓輪組件通過液壓缸縮回來翻轉(zhuǎn)，只保證叉臂機構(gòu)進入爐膛，而避免壓輪組件進入高溫爐膛損壞。

圖5 壓緊裝置

壓緊裝置由液壓缸、壓輪固定架、壓輪組件和平衡輪組件組成。壓緊裝置數(shù)量一般可根據(jù)鋼管的長度來確定，長的鋼管可多設置幾套，反之，短的鋼管可以少配幾套。

該裝置的主要技術參數(shù)如下：1)液壓缸1推力為1 t(4組)；2)液壓缸1行程為1 320 mm；3)液壓缸2推力為1 t(4組)；4)液壓缸2行程為535 mm；5)液壓缸間距為2 400/3 200 mm；6)壓輪組件為4套。

2.5 液壓系統(tǒng)

鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置中的升降、壓緊、旋轉(zhuǎn)都采用液壓驅(qū)動，動力油由安裝在淬火裝鋼機上的液壓泵站專供[8]。液壓泵通過電動機驅(qū)動輸出壓力油，液壓泵壓力由電磁溢流閥調(diào)整[9]。液壓泵出口設計1臺蓄能器，用來穩(wěn)定泵的壓力脈動，保持恒定的壓力[10]。

針對淬火要求入水時間快、升降液壓缸動作平穩(wěn)的特點，設計3組換向閥的回路，以實現(xiàn)液壓缸快速下降，平穩(wěn)停止動作；并在每組升降液壓缸處設計1個液控單向閥，以實現(xiàn)任意位置的停止保壓；設計1個安全球閥，當系統(tǒng)沒有電源或者液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可手動打開安全球閥，讓液壓缸緩慢下降。

針對壓緊裝置壓力可調(diào)的特點，旋轉(zhuǎn)壓緊液壓缸設計比例減壓閥，通過調(diào)節(jié)進入壓緊液壓缸的液壓油壓力，通過壓力傳感器隨時反饋壓力大小，來調(diào)整壓緊輪對鋼管的壓緊力。

3 結(jié)語

本文研制的鋼管旋轉(zhuǎn)淬火裝置實現(xiàn)了鋼管淬火時的旋轉(zhuǎn)功能，并能短時耐熱，可長期防水，旋轉(zhuǎn)速度無級可調(diào)；壓緊裝置中壓輪的壓力通過壓力傳感器和液壓系統(tǒng)的壓力構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)了在計算機中設定壓力值，可以控制壓輪的壓力，保證鋼管在快速平穩(wěn)下降的過程中，旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)，且在鋼管表面沒有留下可見的壓痕和變形。應用實踐表明，該裝置完全滿足大直徑鋼管的淬火要求。

[1] 周敬恩. 熱處理手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2] 王秉銓. 工業(yè)爐設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3] 于程歆，劉林. 淬火冷卻技術及淬火介質(zhì)[M]. 沈陽：遼寧科學技術出版社，2010.

[4] 張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等. 起重機設計手冊[M]. 北京：中國鐵道出版社，2001.

[5] 《鋼結(jié)構(gòu)設計手冊》編委會. 鋼結(jié)構(gòu)設計手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[6] 成大先. 機械設計手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[7] Sclater N, Chironis N P. 機械設計實用機構(gòu)與裝置圖冊[M]. 鄒平，譯. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[8] 陸望龍. 液壓系統(tǒng)使用與維護手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[9] 張利平. 液壓站設計與使用[M]. 北京：海洋出版社，2004.

[10] 張利平. 液壓閥原理、使用與維護[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.