凸輪式聯(lián)合拉拔機(jī)的研究與改進(jìn)

陳學(xué)仁

(廣東冠邦科技有限公司，廣東 順德 528312)

凸輪式聯(lián)合拉拔機(jī)的研究與改進(jìn)

陳學(xué)仁

(廣東冠邦科技有限公司，廣東 順德 528312)

針對(duì)聯(lián)合拉拔機(jī)存在的規(guī)律性間歇停頓、拉拔打滑等問題進(jìn)行分析和計(jì)算，并結(jié)合用戶的實(shí)際使用情況，對(duì)聯(lián)合拉拔機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，改一個(gè)徑向凸輪為兩個(gè)徑向凸輪，將引鉗油缸改用氣缸。適當(dāng)加長抱鉗長度，抱鉗采用噴砂工藝。改進(jìn)后的聯(lián)拉機(jī)的使用效果很好，對(duì)同類企業(yè)也具有一定的借鑒意義。

聯(lián)合拉拔機(jī)；徑向凸輪； 柱塞缸； 抱鉗缸

0 前言

凸輪式聯(lián)合拉拔機(jī)[1]是銅管生產(chǎn)線上非常重要的設(shè)備之一，目前國內(nèi)銅行業(yè)中，采用銅管連鑄連軋[2-3]工藝的生產(chǎn)線都配有多臺(tái)聯(lián)合拉拔機(jī)設(shè)備。經(jīng)過聯(lián)合拉拔機(jī)拉拔過的銅管，采用盤式收卷后，由盤拉機(jī)再拉拔到更小規(guī)格，或在聯(lián)合拉拔機(jī)后配在線飛鋸，出定尺直條管(成品)。

1 拉拔機(jī)結(jié)構(gòu)、拉拔工藝及拉拔時(shí)存在的問題

(1)拉拔機(jī)由電機(jī)、減速機(jī)、拉拔小車、凸輪、平行缸、摸座等組成。

(2) 拉拔工藝。注內(nèi)模油→打坑→制頭→穿過模座→引鉗拉拔→(前車單拉：如有空拉或抱緊困難)→正常拉拔。

(3)存在的問題。①拉拔存在規(guī)律性間歇停頓，致使在線飛鋸速度不高，且經(jīng)常打鋸片、出現(xiàn)管切口出現(xiàn)發(fā)紅發(fā)黑和管口切面存在斜面；②拉拔打滑，造成拉拔斷管；③開始拉拔段有空拉現(xiàn)象，造成開始拉拔段拉拔抱緊困難。

2 存在問題的原因分析

2.1 拉拔間歇停頓原因分析

拉拔出現(xiàn)停頓現(xiàn)象的原因是：打滑和兩小車抱鉗打開和夾緊存在間隙。但有規(guī)律的停頓只能是系統(tǒng)(包括液壓和機(jī)械)固有的特性引起的停頓。以平行鉗口油缸動(dòng)作為研究對(duì)象進(jìn)行分析。

(1)原拉拔機(jī)液壓系統(tǒng)原理。抱鉗缸在壓差作用下動(dòng)作，其前腔始終有3.5 MPa背壓，后腔壓力油由安裝在主軸上的徑向凸向輪驅(qū)動(dòng)柱塞缸，實(shí)現(xiàn)壓力油的壓力變換和輸入輸出。

(2)抱鉗缸動(dòng)作和徑向凸輪的關(guān)系。以抱鉗缸2為研究對(duì)象，簡化原理圖,如圖1所示。

圖1 簡化液壓原理圖Fig.1 Simplified hydraulic system

徑向凸輪曲線的展開圖如圖2所示。徑向凸輪安裝在主軸上，徑向凸輪曲線是由兩段圓弧、兩段直線和四段過渡曲線(等加速、等減速曲線)組成。

圖2 徑向凸輪輪廓軌跡曲線Fig.2 Radial cam profile curve

抱鉗缸后腔液壓油壓力的具體變化規(guī)律如下：

①徑向凸輪FAB段是圓弧段，此時(shí)的X1與X3聯(lián)通，P2=PX3=PX1=1.8 MPa；

②徑向凸輪從B點(diǎn)轉(zhuǎn)到C點(diǎn)，柱塞缸的柱塞被壓入缸筒。柱塞壓入缸筒過程中：0～5 mm階段(LZ1)，X1與X3依然聯(lián)通，壓力P2=PX3=PX1=1.8 MPa；X1口封閉后，柱塞缸排除的油經(jīng)壓縮，壓力升高，壓力油進(jìn)入抱鉗缸缸后腔，抱鉗缸抱緊后，多余的壓力油進(jìn)一步壓縮，壓力超過蓄能器充氣壓力后，進(jìn)入蓄能器。流體的體積彈性模量[4-6]K= -V×(dP/dV)，取K=7×109(N/m2)。P3在4 MPa左右時(shí)，抱鉗缸動(dòng)作。

③徑向凸輪CDE段是圓弧，此時(shí)的X2與X3聯(lián)通，P2=Pz，若柱塞缸等元件內(nèi)泄較大，引起壓力下降時(shí)，當(dāng)壓力低于6 MPa，則系統(tǒng)通過X2向柱塞缸供油，所以P2壓力最低位6 MPa；

④徑向凸輪從E點(diǎn)轉(zhuǎn)到F點(diǎn)，柱塞在PX3的作用下伸出。分析方法、計(jì)算與②相似，不同的是P3在3 MPa左右，抱鉗缸動(dòng)作(打開)。

(3)兩柱塞缸對(duì)稱布置在徑向凸輪兩側(cè)，以抱鉗缸1為研究對(duì)象，分析方法與(2)相同。

以徑向凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，分別以柱塞缸柱塞運(yùn)動(dòng)軌跡、抱鉗缸活塞運(yùn)動(dòng)軌跡和抱鉗缸后腔壓力,如圖3所示。

(4)拉拔機(jī)間歇停頓原因。從圖3看，由徑向凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞缸控制的抱鉗缸，其打開和夾緊之間存在時(shí)間間隙，大約相差轉(zhuǎn)動(dòng)11.95°的時(shí)間。

圖3 柱塞缸柱塞運(yùn)動(dòng)軌跡、抱鉗缸活塞運(yùn)動(dòng)軌跡和抱鉗缸后腔壓力曲線對(duì)照?qǐng)DFig.3 Piston motion track of plunger cylinder and holding clamp cylinder, back cavity press of holding clamp cylinder

兩個(gè)拉拔小車運(yùn)動(dòng)分別由安裝在主軸上的兩個(gè)相位相差180°的雙面凸輪決定，根據(jù)雙面凸輪曲線，小車正向移動(dòng)的轉(zhuǎn)角是234°，去掉加速和減速段，勻速移動(dòng)的轉(zhuǎn)角是190°，即兩個(gè)小車正向移動(dòng)有10°的重疊，由于抱鉗的斜面作用，正向移動(dòng)時(shí)，抱鉗缸即使前腔壓力已經(jīng)大于后腔壓力，抱鉗缸也不會(huì)有打開動(dòng)作。所以在理論上，徑向凸輪和雙面凸輪的相位調(diào)節(jié)到最佳時(shí)，拉拔間歇只有大約轉(zhuǎn)動(dòng)1.95°轉(zhuǎn)角的時(shí)間。

2.2 拉拔打滑原因分析

聯(lián)合拉拔機(jī)在抱鉗缸的作用下，夾緊或松開銅管，在主電機(jī)通過減速箱軸驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)雙面凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的雙面凸輪推動(dòng)卡在其上的拉拔小車沿拉拔方形做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)銅管拉拔，即銅管拉拔是靠抱鉗與銅管之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)的，出現(xiàn)打滑現(xiàn)象是摩擦力不夠產(chǎn)生的。①抱鉗鉗口太光滑，摩擦系數(shù)?。虎诒сQ太短，摩擦面小；③抱鉗缸沒動(dòng)作，抱鉗未夾緊。

2.3 造成開始拉拔段拉拔抱緊困難的原因分析

制頭長度根據(jù)引鉗需要確定，打坑的大小和深度，必須保證拉拔時(shí)芯頭不會(huì)向后滑動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)減徑減壁拉拔。制頭長度、打坑的大小和深度很容易解決。而開始拉拔段有空拉現(xiàn)象，則是打坑位置靠后，芯頭有一小段距離可滑動(dòng)，造成引鉗拉拔時(shí)出現(xiàn)空拉，第一下正常拉拔困難，易出現(xiàn)打滑。

3 改進(jìn)措施

3.1 機(jī)械設(shè)備及工藝改進(jìn)

(2)采用定位裝置，實(shí)現(xiàn)壓頭、打坑自動(dòng)化，機(jī)械定位，確保制頭長度和打坑位置的準(zhǔn)確性，避免開始拉拔出現(xiàn)空拉段。

3.2 液壓系統(tǒng)改進(jìn)

基于機(jī)械的改進(jìn)和實(shí)際使用情況分析(壓力沖擊)，對(duì)原液壓系統(tǒng)做了如下改進(jìn)：

(1)引鉗缸改用氣缸，采用氣動(dòng)控制。

(2)改一個(gè)徑向凸輪為兩個(gè)徑向凸輪。

(3)去掉四個(gè)電磁換向閥。

(4)去掉兩個(gè)15 MPa的溢流閥。

采用兩個(gè)徑向凸輪，使一個(gè)徑向凸輪對(duì)應(yīng)一個(gè)柱塞缸和一個(gè)抱鉗缸，通過調(diào)整各自徑向凸輪的相位，保證每個(gè)抱鉗缸的鎖緊/松開動(dòng)作。兩個(gè)徑向凸輪消除了一個(gè)徑向凸輪的固有缺陷。即單個(gè)凸輪控制兩個(gè)柱塞缸，為保證動(dòng)作對(duì)稱，徑向凸輪必須具有對(duì)稱性，無法做到雙面凸輪勻速段190°的特性，也無法消除間歇停頓。具體做法是：使徑向凸輪1相對(duì)原凸輪相位提前3°，徑向凸輪2相對(duì)徑向凸輪1相位提前3°，再配合雙面凸輪曲線特性，就可實(shí)際消除兩抱鉗的抱緊和松開存在時(shí)間間隙(有重疊拉拔段)，解決兩小車?yán)未嬖陂g歇停頓問題(相位相差角度可調(diào)，3°僅供參考。)改進(jìn)后的柱塞運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示。

近年來，隨著國家政策重視程度的增加、政府及高?？蒲型度肓Χ鹊某掷m(xù)加大，高校科研實(shí)力日益增強(qiáng)。因此，動(dòng)態(tài)考量科研成果轉(zhuǎn)化過程，根據(jù)科研成果轉(zhuǎn)化的演化過程制定合理的成果評(píng)價(jià)系統(tǒng)和靈活的利益分配制度、獎(jiǎng)勵(lì)制度，將更有利于科研成果轉(zhuǎn)化的順利進(jìn)行。

圖4 改進(jìn)后的柱塞缸柱塞運(yùn)動(dòng)軌跡、抱鉗缸活塞運(yùn)動(dòng)軌跡和抱鉗缸后腔壓力曲線對(duì)照?qǐng)DFig.4 Piston motion track of improved plunger cylinder and holding clamp cylinder, back cavity press of holding clamp cylinder

(5)重新按實(shí)際配管位置布置閥塊各出口。

修改后的原理圖及修改前后閥塊圖對(duì)照如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 改進(jìn)后原理圖Fig.5 Improved hydraulic system

圖6 原閥組圖Fig.6 Original valve assembly

圖7 新閥組圖Fig.7 New valve assembly

4 結(jié)束語

改進(jìn)后的聯(lián)拉機(jī)的使用，既解決了拉拔打滑和開始拉拔段的空拉問題，也簡化了液壓系統(tǒng)，維護(hù)和操作更加方便，降低了制造成本，得到了用戶的一致好評(píng)。

[1] 陳朝偉，王蕭，鄧震偉. 聯(lián)合拉拔機(jī)雙面凸輪曲線

的研究[J].中國金屬通報(bào),2010(36).

[2] 曾時(shí)金，潘峰.銅管連鑄連軋技術(shù)與裝備的發(fā)展 [J].中國金屬通報(bào)，2012(32).

[3] 田福生，祈威. 關(guān)于連鑄連軋精密銅管生產(chǎn)線的建議[A].中國有色金屬加工裝備及中日銅加工技術(shù)論壇[C]，2011.

[4] 李壽剛.液壓傳動(dòng)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1994.

[5] 官忠范.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[6] 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[7] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(五版)(5卷)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[8] 李正祥. 液壓系統(tǒng)沖擊產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施[J].試驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2014,12(1).

洛軸再制造盾構(gòu)機(jī)主軸承國內(nèi)首家通過專家使用評(píng)估

6月21日，洛陽LYC軸承有限公司(以下簡稱洛軸)與中鐵隧道集團(tuán)在廣州軌道交通4號(hào)線南延5標(biāo)項(xiàng)目部聯(lián)合召開直徑11.66 m盾構(gòu)機(jī)再制造主軸承使用評(píng)估會(huì)。本次會(huì)議由洛軸和中鐵隧道集團(tuán)聯(lián)合組織，洛軸董事長、黨委書記吳宗彥、副總經(jīng)理姜國強(qiáng)、副總工程師董漢杰，中鐵隧道集團(tuán)副總經(jīng)理陳建、副總工程師康寶生出席會(huì)議。評(píng)估專家組由9名專家組成，盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任、盾構(gòu)再制造創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長陳饋，盾構(gòu)再制造創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟首席顧問劉春，中國軸承工業(yè)協(xié)會(huì)秘書長周宇，中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)掘進(jìn)機(jī)械分會(huì)秘書長宋振華，全斷面掘進(jìn)機(jī)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任蘇鵬程，中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司總工程師周駿，中國鐵建重工設(shè)計(jì)研究院院長張靜，中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通公司副總工程師張繼宏，中鐵工程裝備集團(tuán)盾構(gòu)制造有限公司副總經(jīng)理趙新合。

會(huì)議由洛軸副總經(jīng)理姜國強(qiáng)主持，評(píng)估過程中，洛軸董事長、黨委書記吳宗彥，中鐵隧道集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理陳建分別致歡迎辭。

陳建指出，使用洛軸再制造主軸承直徑11.66 m盾構(gòu)機(jī)的廣州軌道交通4號(hào)線南延5標(biāo)項(xiàng)目即將貫通，并將很快用于下一步項(xiàng)目使用。通過雙方此次合作，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是在全國盾構(gòu)再制造方面，中鐵隧道集團(tuán)發(fā)揮自身盾構(gòu)數(shù)量多、種類齊全的優(yōu)勢(shì)，開展的盾構(gòu)再制造工作走在了行業(yè)的前面，并入選國家工信部工程機(jī)械領(lǐng)域再制造試點(diǎn)單位。但盾構(gòu)再制造離不開核心部件的再制造，離不開洛軸這樣的專業(yè)零部件再制造企業(yè)的支持。因此，只要各方聯(lián)動(dòng)，大家共同努力，再制造這項(xiàng)工作就能走得更遠(yuǎn)、發(fā)展更快。二是《中國制造2025》是中國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)。而目前代表中國制造業(yè)水平之一的盾構(gòu)，其核心零部件仍然依賴進(jìn)口，特別是主軸承這類直接影響工程實(shí)施的核心部件，更是沒有單位敢輕易嘗試國產(chǎn)化替代。此次中鐵隧道集團(tuán)聯(lián)合洛軸進(jìn)行大直徑、復(fù)雜地層條件下的嘗試，對(duì)下一步主軸承國產(chǎn)化替代將起到引領(lǐng)作用。三是通過專家對(duì)該再制造主軸承目前狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)中鐵隧道下一步使用洛軸的新造軸承及再制造軸承做好技術(shù)儲(chǔ)備，更為今后的盾構(gòu)機(jī)主軸承實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代提供更多的經(jīng)驗(yàn)。

行業(yè)專家相繼聽取了洛軸對(duì)該主軸承的前期檢測(cè)、評(píng)估及再制造方案的制定和實(shí)施過程匯報(bào)，中鐵隧道集團(tuán)對(duì)該軸承上機(jī)使用、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和后續(xù)工程情況匯報(bào)，并對(duì)該軸承的再制造、使用狀況、監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行了專家論證。

與會(huì)專家肯定了中鐵隧道集團(tuán)有限公司敢于創(chuàng)新，勇于嘗試盾構(gòu)主軸承再制造。認(rèn)為經(jīng)過洛軸再制造的直徑11.66 m泥水盾構(gòu)主軸承，游隙設(shè)計(jì)、工藝指標(biāo)制定具有先進(jìn)性，產(chǎn)品技術(shù)水平和實(shí)施方案科學(xué)，技術(shù)指標(biāo)及性能基本達(dá)到國際原產(chǎn)品水平，滿足了廣州四號(hào)線南延段復(fù)雜地況的施工要求。在施工過程中，運(yùn)行平穩(wěn)順利，達(dá)到了再制造主軸承的要求。

專家組建議中鐵隧道集團(tuán)和洛軸認(rèn)真總結(jié)主軸承再制造經(jīng)驗(yàn)，完善現(xiàn)場監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集及分析，對(duì)再制造軸承用于后續(xù)工程進(jìn)行可靠性評(píng)估，并積極開發(fā)新工藝、使盾構(gòu)主軸承再制造實(shí)現(xiàn)更大的創(chuàng)新突破，加快推進(jìn)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)主軸承國產(chǎn)化步伐。

會(huì)上，中國軸承協(xié)會(huì)秘書長周宇對(duì)洛軸在盾構(gòu)機(jī)主軸承再制造中所做的工作給予好評(píng)。他指出，洛軸作為軸承企業(yè)的排頭兵企業(yè)，在軍工、鐵路、風(fēng)電等高端軸承研發(fā)方面走在了行業(yè)的最前端。此次能夠瞄準(zhǔn)至今仍沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代，代表軸承行業(yè)最高技術(shù)水平的盾構(gòu)機(jī)主軸承，并克服產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特殊等困難，高水平完成再制造主軸承工作，推動(dòng)了整個(gè)軸承行業(yè)的進(jìn)步。希望洛軸繼續(xù)挑起高端軸承實(shí)施國產(chǎn)化替代重任，再接再厲，勇攀高峰，進(jìn)一步做好盾構(gòu)機(jī)主軸承的再制造工作，并在再制造過程中，做好技術(shù)數(shù)據(jù)的積累和再創(chuàng)造，早日實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)主軸承的國產(chǎn)化，為推動(dòng)我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

吳宗彥在會(huì)議總結(jié)講話時(shí)，代表公司對(duì)專家組的辛苦工作表示感謝，他指出，與會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)和專家站在振興我國重大裝備制造業(yè)的高度，為盾構(gòu)機(jī)主軸承國產(chǎn)化、再制造指明了發(fā)展方向，也為洛軸下一步工作明確了方向和奮斗目標(biāo)。洛軸將以此次評(píng)估會(huì)為契機(jī)，以專家的鼓勵(lì)和期望為動(dòng)力，按照專家組所提的建議，認(rèn)真梳理和完善前期工作，抓好工作的落實(shí)，繼續(xù)做好盾構(gòu)機(jī)主軸承的制造、再制造、檢測(cè)分析與評(píng)估工作，提高服務(wù)用戶的水平，努力把盾構(gòu)機(jī)主軸承國產(chǎn)化、再制造技術(shù)提升到一個(gè)新的臺(tái)階，為我國重大裝備的發(fā)展貢獻(xiàn)力量！

作者：余柯 張文斌

Research and improvement of combined drawing machine

CHEN Xue-ren

(Guangdong Tube & Rod Technology Co., Ltd.，Shunde 528312，China)

The regular intermittent stop and the drawing slippage of a combined drawing machine are analyzed and calculated in this paper, and the combined drawing machine is improved according to actual using situation. It changes one radial cam to that two. The lead clamp oil cylinder is changed into pneumatic control. It extends length of holding clamp and sand blast it. The improved machine has favorable using effect. It also has active meaning for other similar enterprises.

combined drawing machine; radial cam; plunger cylinder; holding clamp cylinder

2016-03-22；

2016-06-18

陳學(xué)仁(1974-)，男，陜西人，工程師，主要從事冶金系統(tǒng)設(shè)備流體傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)工作。

TH137

A

1001-196X(2016)04-0098-04