王 成，魏 昊

（湖北新冶鋼有限公司，湖北 黃石 435001）

頂管機(jī)的工作原理是由主電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪—齒條，從而推動(dòng)外帶毛管的芯棒通過(guò)多架輥模，使鋼管減徑、減壁、延伸。這種機(jī)組采用縱軋變形，具有延伸率大、軋制速度高、產(chǎn)品尺寸精度高等特點(diǎn)，適于生產(chǎn)薄壁無(wú)縫鋼管［1-10］。

頂管機(jī)在頂管過(guò)程中芯棒承受的是頂推力，由于芯棒是細(xì)長(zhǎng)桿件，為了保證芯棒不失穩(wěn)，在頂管機(jī)前臺(tái)布置有對(duì)芯棒起導(dǎo)向作用的固定扣瓦。某廠Φ219 mm CPE（Crossroll Piercing and Elongating）頂管機(jī)組產(chǎn)品規(guī)格范圍較大，頂管機(jī)準(zhǔn)備有Φ105，145，180，220 mm等4種規(guī)格的芯棒，根據(jù)生產(chǎn)情況在每個(gè)規(guī)格之間進(jìn)行更換。由于原有固定扣瓦結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零部件較多，在更換芯棒規(guī)格時(shí)存在更換工作量大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，不能實(shí)現(xiàn)快速倒換工具，不利于生產(chǎn)的順行；并且相關(guān)零件存在加工難度大、加工周期長(zhǎng)，增加了工具備件的采購(gòu)成本。為了適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，有必要對(duì)現(xiàn)有Φ219 mm CPE頂管機(jī)的芯棒固定扣瓦進(jìn)行改進(jìn)。

1 原有固定扣瓦的結(jié)構(gòu)及存在的問(wèn)題

頂管機(jī)原固定扣瓦及扣瓦支架的結(jié)構(gòu)如圖1所示，分別為上固定扣瓦、左固定扣瓦和右固定扣瓦，3塊扣瓦的形狀類似，圖2所示為原上固定扣瓦的結(jié)構(gòu)。

圖1 原固定扣瓦及扣瓦支架的結(jié)構(gòu)示意

圖2 原上固定扣瓦的結(jié)構(gòu)示意

圖1 所示中，上固定扣瓦、左固定扣瓦和右固定扣瓦分別通過(guò)T型螺栓安裝在上扣瓦支架、左扣瓦支架和右扣瓦支架上，每塊扣瓦上有4個(gè)螺栓，整個(gè)頂管機(jī)一共有14組扣瓦，共計(jì)168個(gè)T型螺栓。每次倒換芯棒規(guī)格時(shí)，僅拆裝T型螺栓就需花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間；同時(shí)，每塊固定扣瓦安裝在相應(yīng)的扣瓦支架的槽內(nèi)，使用一段時(shí)間后，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的水、氧化鐵皮、粉塵等使得扣瓦與扣瓦支架之間結(jié)合緊密，拆卸扣瓦的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。

從備件管理的角度來(lái)看，如果每種芯棒規(guī)格對(duì)應(yīng)的扣瓦只準(zhǔn)備1套備件就需要42塊扣瓦，4種規(guī)格的芯棒在僅準(zhǔn)備1套備件的情況下就需要168塊扣瓦。如果每種規(guī)格的芯棒準(zhǔn)備多套扣瓦備件，那么扣瓦的數(shù)量將更多，給工具備件的準(zhǔn)備、制造、使用和保管帶來(lái)很多問(wèn)題。

2 改進(jìn)方案的論證

文獻(xiàn)［11-13］表明，用于頂管機(jī)前臺(tái)的芯棒扣瓦除了上述3塊扣瓦組合的結(jié)構(gòu)之外，還有一種通過(guò)可調(diào)的導(dǎo)向輥裝置來(lái)作為芯棒扣瓦的型式。

采用3塊扣瓦組合的結(jié)構(gòu)顯然不適合經(jīng)常倒換芯棒規(guī)格的場(chǎng)合，而采用可調(diào)的導(dǎo)向輥裝置作為扣瓦將增加若干組液壓缸驅(qū)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)，使頂管機(jī)前臺(tái)的設(shè)備大為復(fù)雜，而且不適合現(xiàn)有設(shè)備的改造。

對(duì)于經(jīng)常倒換芯棒規(guī)格的場(chǎng)合，頂管機(jī)芯棒扣瓦應(yīng)該滿足以下要求：①具備對(duì)芯棒進(jìn)行導(dǎo)向的功能；②允許芯棒尾座順利穿過(guò)；③在芯棒的摩擦力作用下定位可靠，具備足夠的強(qiáng)度；④零件數(shù)量少，拆卸方便，工作量小；⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。

3 改進(jìn)方案

經(jīng)過(guò)分析，對(duì)現(xiàn)有固定扣瓦的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的固定扣瓦的結(jié)構(gòu)如圖3所示。改進(jìn)后的固定扣瓦為一個(gè)具有中空內(nèi)腔的圓筒，內(nèi)腔直徑取決于所對(duì)應(yīng)的芯棒直徑，在頂管過(guò)程中，中空內(nèi)腔對(duì)芯棒可以起到很好的導(dǎo)向作用；為了能夠順利通過(guò)芯棒尾座，在圓筒的筒壁上沿著固定扣瓦的長(zhǎng)度方向、從一端到另一端開有與中空內(nèi)腔貫通的直槽［14］。

圖3 改進(jìn)后的固定扣瓦的結(jié)構(gòu)示意

改進(jìn)后的固定扣瓦與扣瓦支架的結(jié)構(gòu)如圖4所示。上扣瓦支架將固定扣瓦壓緊在左右兩側(cè)的下扣瓦支架上。在扣瓦外圓周上位于直槽的左右兩側(cè)對(duì)稱的位置分別加工有定位平面，這兩個(gè)平面與左右兩側(cè)的扣瓦支架上加工好的凸臺(tái)接觸，在安裝固定扣瓦時(shí)，不需要調(diào)整就能保證直槽對(duì)準(zhǔn)芯棒尾座的筋板方向；另外，上扣瓦支架前后加工有止口，起到限制固定扣瓦軸向位置的作用，防止固定扣瓦在芯棒的摩擦力作用下發(fā)生軸向位移。

4 實(shí)施效果

與原有結(jié)構(gòu)相比，采用改進(jìn)后的整體固定扣瓦后，能將固定扣瓦與扣瓦支架間的T型螺栓全部取消，不僅減少了零件數(shù)量，而且拆、裝固定扣瓦只需將上扣瓦支架壓緊或者松開即可，極大地減少了倒換芯棒規(guī)格時(shí)拆裝扣瓦螺栓的工作量，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

圖4 改進(jìn)后的固定扣瓦及扣瓦支架的結(jié)構(gòu)示意

整體結(jié)構(gòu)的固定扣瓦與推桿之間的包圍區(qū)域增加，能夠顯著提高芯棒在頂管過(guò)程中的穩(wěn)定性。從制造的角度看，整體結(jié)構(gòu)的固定扣瓦可以用無(wú)縫鋼管或者鑄件作為毛坯進(jìn)行加工，減少了加工工時(shí)，降低了加工成本。

改進(jìn)后的固定扣瓦減少了庫(kù)存?zhèn)浼?shù)量；更換芯棒規(guī)格的時(shí)間也從12 h縮短到6 h，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。

實(shí)踐表明，頂管機(jī)固定扣瓦的改進(jìn)完全能夠適應(yīng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，達(dá)到了預(yù)期目的。