我国的冷轧管机的分析介绍

我国曾于1958年由前苏联引进了ХПТ-32、ХПТ-55和ХПТ-75等三种规格的二辊周期式冷轧管机，全部是半圆形孔型块。

1960年是一个非同寻常的年份。我国国民经济的各个方面均遇到了很大的困难。就在这一年，西安重型机械研究所（现中国重型机械研究院）克服种种困难自行设计了我国第一台多辊式冷轧管机SG-32-Ⅰ三辊、SG-70和SG-50四辊式冷轧管机的试验样机。由此填补了我国高精度高质量航空用管生产的空白，解决了我国没有冷轧管机的生产问题。该项成果获得了全国科技大会奖。SG-32-Ⅰ型和SG-70/50型四辊轧管机的样机示于图2-47、图2-48。

图2-47　我国第一台SG-32-Ⅰ型三辊冷轧管机样机

图2-48　我国第一台SG-70/50型四辊冷轧管机样机

1961年，是我国钢铁行业一个非常艰难的年份。国家决定开发我国重机械方面的九大基础工程设备。其中就包括了6130和6140两大工程。由原太原重型机器厂、洛阳矿山机器厂及西安重型机械研究所（现中国重型机械研究院）组成技术核心，全力以赴开发中国的冷轧管机。其间，太原重型机器厂设计、制造了半圆形块的冷轧管机，有LG-120、LG-150和LG-200型三种大规格冷轧管机。其中LG-150型轧管机为水平平衡，其余两台轧管机是垂直平衡，回转送进机构是平面凸轮机构；洛阳矿山机器厂设计、制造了LG-32、LG-55和LG-80型3台小规格冷轧管机；中国重型机械研究院设计、制造了LD-8，LD-15，LD-13，LD-6O型四种规格的多辊式冷轧管机及Φ2～12mm小规格的精密矫直机。

在6130和6140两大工程完成之后，洛阳矿山机器厂和中国重型机械研究院，根据用户的需要，又相继开发了不同规格的二辊和多辊冷轧管机，使我国冷轧管机又增添了不少新的品种。如洛阳矿山机器厂LG-90-GHL的高速环孔型长行程二辊冷轧管机；中国重型机械研究院的带垂直平衡的LD-120-Ⅱ型、LD-8x2双线、LD-12x4四线、WD-8、WD-15带温轧制轧管以及双线LG-25x2、DPG-30多排辊冷轧管机和带无丝杠回转送进机构的LD-30-WS、LD-60WS型多辊冷轧管机，以及LG-60-WS型二辊冷轧管机。这些轧管机有的是扩大了冷轧管材的品种，有的是提高了轧管机的产量，有的是在冷轧管领域内作了极为有益的科学探索并取得了可喜可贺的成绩。

上述三个单位开发的冷轧管机的主要参数分别见表2-14～17。

改革开放以来，尤其进入21世纪以后，伴随着我国国民经济的快速发展，我国冷轧管材的需求也有了突飞猛进的发展，为国内、国外行业提供了急需的不同规格、不同材质的精密管材。而随着产品规格的不断扩大，大直径冷轧管材需求量急速增长，有的企业还从国外引进了大规格的冷轧管机，如江苏南通特种钢有限公司从俄罗斯电钢城重机厂购买了ХПТ-450型三辊式周期冷轧管机，用于轧制大直径不锈钢管。

2003年初，根据国家经济发展的需要，天津无缝钢管有限公司决定在现有热轧大直径无缝钢管的基础上，增建冷轧大直径的冷轧管材生产线。该生产线由1台LG-90-HL、1台LG-180-HL、1台LG-220-HL型二辊冷轧管机及1台LD-120-Ⅴ型五辊冷轧管机和LB-30、LB-50和LB-100拉拔机各1台组成。上述设备均由中国重型机械研究院负责设计。设备的制造由天津无缝钢管有限责任公司安排。该生产线于2004年5月相继投产。这是目前我国自行设计、制造的最大规格冷轧管机，标志着我国冷轧管机进入了快速发展的阶段。以此为契机，我国的冷轧管技术又向前迈出了重要的一大步，并使我国的大直径冷轧管材生产进入了国际先进行列，不仅可以满足国内的需要，而且还大量出口。

5.1　LG-220-HL和LG-180-HL型冷轧管机

轧管机的组成包括：主传动系统的平皮带传动装置、气囊离合器装置、液压盘式制动器和转向箱，曲轴传动装置，机架装配，主机座装配，出口入口卡盘，凸轮-游动丝杠式回转送进装置，双丝杠中间床身，传动轴，过度齿轮箱、芯棒润滑装置，芯棒卡紧装置，芯棒定心装置，成品管快速拉出装置，出料台架等。这两台轧管机的机架均为开式带垂直平衡机构。其装料方式是端装料，机架如图2-49、图2-50、图2-51所示。

图2-49　国产冷轧管机垂直平衡机构示意

1—曲拐　2—大连杆　3—平衡重

图2-50　LG-220-HL轧管机机架示意

5.2　LG-280-HLS型普通速度冷轧管机

如图2-52～54所示，该轧管机由下列主要部件组成：上料装置，主传动系统，偏心齿轮传动装置，机架装配，主机座装配，出口入口卡盘，回转送进装置，中间床身，芯棒润滑装置，芯棒卡盘；芯棒装置，芯棒定心装置，成品管快速拉出装置，出料装置。

图2-52　LG-280轧管机机架示意

图2-53　LG-280轧管机总平面布置示意

图2-54　LG-280轧管机总装配图

（1）偏心齿轮传动装置

该轧管机没有像LG-220-HL型轧管机那样的带垂平衡机构和曲拐的传动装置，而是采用普通的偏心齿轮传动。在小齿轮轴上通过弹性联轴器驱动一对速比为3的伺服传动齿轮，在伺服传动齿轮输出轴上又通过弹性联轴器连接高分辨率的光电编码器，通过这个编码器给两台回转送进伺服电机发出动作指令。

（2）机架和主机座装配

轧管机机架采用开口式机架。轧辊的辊身直径为820mm。

机座箱是封闭式的，必要时上盖可由液压缸带动将其打开或关闭，目的是防止轧制过程中冷却液四处飞溅和防止灰尘及杂物落入其中。

（3）出入口卡盘

入口卡盘在主机座和中间床身之间，固定在主机座上；出口卡盘位于主机座和偏心齿轮传动装置之间，固定在偏心齿轮箱座上。

（4）中间床身

床身是焊接结构的箱型结构，用于安装传动丝杆、回转光杠、管坯卡盘、活动托架，它与回转送进装置组成统一体，一起实现管坯的定量送进与回转。在中间床身上还有管缝探测装置。

两根传动丝杆水平地放置在中间床身内，两端装有轴承支座，通过丝杠的传动，带动管坯卡盘和托架，将管坯间歇的送进到主机架轧制区进行轧制。

（5）回转光杠轴

它是一根带长键槽的长轴，与入口卡盘的一根出轴相连接，它的作用是在丝杆送进管坯的同时，把回转动作也传给管坯卡盘，使管坯回转。

（6）管坯卡盘

由双丝杆带动前进或后退，由回转光杠轴带动回转。为了控制管坯卡盘的工作位置，在前后极限位置各装有两个接近开关。

（7）活动托架

用于解决较大长度范围内的活动支承问题。它对送进丝杆、回转轴、芯棒杆、管坯均起着支承作用。

（8）回转送进装置

采用当今世界上最先进的全数字交流伺服电机传动的回转送进机构。两台交流伺服电机分别通过蜗杆带动各自的两个涡轮及其对应的两个丝杠，驱动送进小车，实现管坯送进和快速返回；一台交流伺服电机通过轮蜗杆副驱动转角轴带动芯棒卡盘、送进小车、出入口卡盘回转。

伺服电机的回转和送进动作的信号作来自于偏心齿轮传动装置上的高分辨率编码器

（9）出料装置

包括出料台架、拨料机构、成品台架。

成品管快速拉出装置是为防止接头叠轧而造成事故，快速将尾部已进入精整区的成品管块速拉出变形区。

（10）芯棒卡盘及润滑、定心装置

芯棒卡盘位于芯棒润滑装置与回转送进箱之间，用于固定芯棒杆位置。

芯棒润滑装置用于通过芯棒内部的孔向变形区锥体与芯棒之间输送润滑剂。它位于芯棒卡紧装置与上料床身之间。

芯棒定心装置位于回转送进箱与芯棒润滑装置之间。当芯棒卡盘打开、送入管坯后，芯棒定心装置油缸将芯棒杆抬起到要求的高度，托住芯棒杆，芯棒卡盘准确地再次夹紧芯棒杆。

5.3　新一代高速连续上料冷轧管机

2006年后，我国钢管工业步入飞速发展期，国内冷轧管机的需求更是快速增长，尤其对高速高质量高产能的轧管机提出了更高的制造要求。根据国内外冷轧管发展的趋势，中国重型机械研究院审时度势，加大科研力度，开发了多种规格的高速长行程、连续上料高度自动化，由伺服电机控制的回转送进机构的新型冷轧管机，这些新轧管机的相继问世，填补了国内的高精度钢管生产的空白，满足了国内管材生产的部分需求并出口国外。这些轧管机有：LG-10-GHLLS、LG-15-GHLLS、LG-30-GHLLS和LG-40-GHLLS等。

以下将以LG-40-GHLLS型轧管机为例，对这些轧管机的基本结构和装备组成做相应介绍。

5.3.1　轧管机部件组成

LG-40-GHLLS型轧管机组成部件包括：上料装置、芯棒卡紧装置、芯棒润滑装置、装料床身（含1号芯棒、2号芯棒卡盘，可调速装料辊、非变速装料辊、导向等装置），1号送进、2号送进床身，1号送进、2号送进小车，送进回转装置，出入口卡盘、机架装配、主机座装配、曲轴传动装置、刮油装置、快速拉出装置、出料装置、侧向换辊装置、管端探测装置和芯棒断裂检测装置。

（1）上料装置

由料架、拨料机构和夹送辊装置组成，液压缸驱动的拨料机构将储存于料架上的管坯拨入V形辊道上，减速电机通过链轮、链条带动一组辊道，将管坯送入夹送辊装置，夹送辊将管坯穿到芯杆上，置于装料床身内。

（2）曲轴传动装置

如图2-55所示，由直流电机、气动盘式制动器、曲轴及其扇形块和一组连杆、平衡轴及扇形块、小齿轮和一对齿数相同大齿轮组成。曲轴转动时，带动连杆推动工作机架实现往复运动。曲轴上的大齿轮与平衡轴相啮合的齿轮齿数相等，从而带动平衡轴旋转。曲轴上的四个扇形块和平衡轴装有两个扇形块相差一个相位，组成水平质量平衡系统，用来平衡机架往复运动所产生的惯性力。

图2-55　双扇平衡机构示意

（3）轧管机机架

轧管机机架（图2-56）由闭式机架、轧辊装置及环形孔型组成。当工作机架往复运动时，轧辊对管坯实现轧制。

图2-56　LG-40-GHLLS高速冷轧管机机架示意

（4）主机座

主机座（图2-57）为一箱型结构，它的功能是将轧管机机架装在该机座内的平行导轨上，在主机座的左、右侧板上装有齿条，齿条与装在机架内一对环孔型轧辊一端的同步齿轮相啮合。机架在机座内作往复运动时，实现对管材的轧制变形。

（5）入口和出口卡盘

出、入口卡盘（图2-58）分别置于机座的前、后两端，中间由一根长轴连接，由1台伺服电机通过2#床身的转角轴带动，分别对管坯和成品管进行回转，回转角度与芯棒同步且正、反向任意可调；出、入口卡盘卡爪通过减压阀压力可调。

（6）1号、2号送料床身

两个床身分别由两根丝杠及一根光杠、托架组成。床身内两根丝杠位于轧制中心线的两侧，光杠位于轧制中心线的正下方，并使得送进小车工作平稳、可靠。

（7）1号、2号送进小车

图2-57　轧管机主机座示意

图2-58　入口与出口卡盘示意

管坯送进小车（图2-59）分别置于1号、2号送料床身内，由两台交流伺服电机带动交替工作，实现送进，其卡爪夹紧管坯，使管坯既送进又回转，回转也是由两台交流伺服电机带动，回转角度与芯棒同步；通过交流伺服控制可得到不同大小的送进量。

（8）回转送进装置

回转送进装置如图2-60所示，由4台交流伺服电机、4组蜗轮蜗杆副组成的高精度低齿隙的伺服减速箱组成，置于1号、2号送料床身两段床身之间，用于传动两个送进小车实现管坯的回转和送进。送进由两台交流伺服电机分别驱动，回转也由两台交流伺服电机驱动。

图2-59　管坯送进小车

图2-60　LG-40-GHLLS型高速轧机床身及回转送进机构

1—回转送进装置　2—2号送料床身　3—1号送料床身

图2-61的回转送进装置是另一种结构形式。

（9）装料床身

由两个交替工作的1号、2号芯棒卡盘和两台交流伺服电机及传动系统、可调速装料辊装置、非变速装料辊装配、导向装置等组成，两台交流伺服电机分别通过蜗轮蜗杆副组成的高精度低齿隙的伺服减速箱驱动两个芯棒卡盘，对管坯和芯棒进行回转。芯棒固定在芯棒杆的前端，而芯棒杆通过轴向位置可调的芯杆卡盘得以固定，并用液压锁紧，从而使芯棒能保持在设定的工作位置上。芯杆卡盘的打开、夹紧由液压缸控制。

两套可调速装料辊装置分别由变频电机驱动、位于2号芯棒卡盘的前后，实现管坯的跟踪撵料，三套非变速装料辊装配在两个芯棒卡盘之间，分别由交流电机驱动，用于对管坯的夹送和跟踪，夹送辊压力可调。

芯棒卡紧装置和夹送辊分别如图2-62、图2-63所示。

图2-61　LG-40-GHLLS型高速轧机床身另一种结构形式

图2-62　芯棒卡紧装置示意

（10）芯棒内润滑装置

长期以来，轧制过程中芯棒和管坯的内表面是没有在线实时润滑的，造成了不少的废品。为解决这一问题MEER公司首先研制成功了如图2-64的芯棒的内润滑装置。使用效果很好。

图2-63　夹送辊示意

图2-64　芯棒内润滑装置示意

1—润滑剂输入管路　2—带内孔的芯棒杆尾部　3—输入嘴与芯棒杆尾接触（压紧的位置）4—输入嘴抬起位置（离开轧制中心线）5—轧制中心线　6—液压缸

由图2-64可以看出，当液压缸活塞伸出至左端，此时，是输入嘴与芯棒杆尾部压紧的位置，此时液压泵开始定时工作，将润滑液泵入芯棒杆的孔内并输送到芯棒使之得到润滑。液压泵停止工作后，液压缸活塞返回到右端，将自动输嘴1抬高至位置4，此时可继续装进新的管坯，继续轧制。

（11）出料装置

由出料V型槽、液压缸驱动的拨料机构和成品台架组成。

（12）侧向快速换辊装置

图2-64所示的侧向换辊装置在轧管机的传动侧，换辊时轧机停在后死点位置，主机座传动侧的小门打开，活动齿条向上抬起，换辊小车通过电机传动的螺旋机构将机架内的上、下辊体一起拉出，然后换辊小车移开，再将备好辊体备件的换辊小车移到换辊工位，将新辊体推入机架内。

（13）成品管快速拉出装置

该装置为了顶轧时为防止接头叠轧而造成事故，必须快速将尾部已进入精整区的成品管快速拉出而设置的。该装置上下辊均由小型电机传动，通过主动齿轮1带动拉出辊3快速转动。当有需要拉出管子时，液压缸2开始工作，上下拉出辊相互靠近夹住成品管，将成品管快速拉出。如图2-65所示。

图2-65　成品快速啦出装置示意

1—主动齿轮　2—液压缸　3—拉出辊

（14）刮油装置

长期以来，生产厂家对于冷轧管机所轧成品管时带出的冷却液，因洒流满地而造成环境污染很感头痛。为此，专门设计了冷轧管机成品管除油的装置。实践结果证明效果良好，有效地解决了地面的油污问题。如图2-66所示。

图2-66　成品管出口刮油装置示意

1—单相电容运转可逆电动机　2—小齿轮　3—拔杆4，5—接近快关　6—大齿轮　7—导向套　8—轴承

当需要刮油时，由接近开关5得到信号，单相电机1开始运转，通过小齿轮2驱动大齿轮6，再由大齿轮带动拔杆3将软绳缠绕在成品管表面3-4圈即可。该机构装在曲轴箱的成品管出口处，当轧机继续轧制时，成品管表面的润滑油就会被该机构的软绳挡住后流到下面的接油槽内及时得到回收而不会掉到地面上。

（15）管端探测装置和芯棒断裂检测装置

管端探测装置检测到两根管材的对头接缝后，根据机架的摆动次数、送进量、延伸系数、管端探测装置所在变形区的位置，按照对头接缝通过的时间和计数脉冲通过PCL计算，控制出口卡盘的开合、夹送辊拉料，轧机的升速和降速。在轧制时，若芯棒断裂装置检测到芯棒断裂后，就会使轧管机迅速停车而保护轧辊。如图2-67所示。

5.3.2　轧管机的技术特点

（1）轧管机采用曲轴-双扇形块质量平衡系统来平衡曲柄滑块机构的惯性力和惯性力矩，实现了高速轧制。主电机与小齿轮轴之间采用气动盘式制动器，处理事故时可快速制动、准确停车。

图2-67　管端检测与芯棒断裂检测装置示意

1，2—接近快关

图2-68　LG-40-GHLLS型高速轧机总平面布置示意

1—上料装置　2—喂料辊装置　3—管坯内壁润滑装置　4—芯棒在线润滑装置5—装料床身6—芯棒杆　7—回转送进装置　8—2号送料床身　9—1号送料床身10—出入口卡盘　11—速换辊装置　12—主机座　13—机架14—曲轴传动装置　15—成品管快速拉出装置　16—出料装置

（2）增加了机架行程，采用环孔型轧辊实现长行程轧制，金属变形的均匀性增加，这样可增加送进量，提高成品管质量和产量。

（3）轧管机采用伺服电机控制轧制时管坯的回转和送进（包括芯棒卡盘的回转，送进小车的送进和回转，入口和出口卡盘的回转），与传统的机械式回转送进机构完全不同。该机构不仅减少并简化了机械设备，并减少了设备的机械故障，降低了设备的磨损、能耗和噪声，还使设备的制造安装、维护保养更为简便；而且也减少了占地面积，提高了轧管机的使用性能和生产能力，节约了生产辅助时间。

（4）采用两个交替工作的芯棒杆卡紧装置，使轧管机实现了不停机连续上料；采用两个交替工作的管坯卡盘，使轧管机不停机连续送进。由此实现了轧管机的连续轧制，从而大幅度地提高了机组的作业率和产量。

（5）采用PLC程序控制上料，出料，穿管等工序，自动化程度高。

（6）可根据用户要求，在轧管机上增加管端探测装置和芯棒断裂检测装置。管端探测装置检测到两根管子的对头接缝后，根据机架的摆动次数、送进量、延伸系数、管端探测装置检测到得所在变形区的位置，按照对头接缝到达位置后的时间和计数脉冲通过PCL计算，控制出口卡盘的开合、夹送辊快速拉料。拉料位置的设定和调整可以通过人机界面的OP触摸屏接口，根据测量精度和准确性由人工设定和校正。芯棒断裂检测装置检测到芯棒断裂后，发出信号使制动器启用，气囊离合器放气，使轧机2～3次内迅速停车，以保护轧辊。这样轧管机易于实现高速、自动化。

（7）全部齿轮采用硬齿面磨齿工艺，传动平稳，噪音低。

（8）采用管坯内表面润滑，以提高管材内表面质量，同时可以延长芯棒使用寿命。

（9）轧机上装有成品管自动除油装置。

（10）采用侧向快速换辊装置，更换轧辊方便快捷，换辊时间短。

中国重型机械研究院研制的新型冷轧管机参数见表2-18所列。

5.4　多辊式冷轧管机

我国于1960年成功研制的第一台冷轧管机就是多辊冷轧管机，称SG-32-Ⅰ型三辊冷轧管机。它一出现就受到了业界的广泛重视，后被列为国家九大工程中的一项，即6140工程，该项工程于1967年圆满完成。其中包括LD-8、LD-15、LD-30和LD-60型。

5.4.1　轧管机装备结构和工艺技术的进步

继6140工程之后，多辊冷轧管机在我国得到了快速的发展。到2013年为止，全国多辊冷轧管机的总数量已超过3 000余台。其规格也有扩大，如LD-90、LD-120、LD-160、LD-180和LD-200型。此外还扩大了生产的产品品种，如LD-2x8双线、LD-4x12四线、LD-2x15双线和LD-2x30双线多辊冷轧管机等多种型号。

在轧管机的结构和工艺方面也有了很大的发展和进步。具体体现在如下方面。

（1）增加了轧管机的行程。

（2）回转送进机构中的马尔泰机构和平面凸轮机构，全部被液压和轴向凸轮机构淘汰，尤其是轴向凸轮机构。其最大特点是它的加速度曲线比马尔泰机构的加速度曲线低50%且平滑，因此生产时噪音很低，其使用寿命大大延长，很受用户欢迎。

（3）采用了伺服电机控制的回转送进机构，使轧管机在速度得以提高的同时，自动化水平更为提高。如广东冠邦科技有限公司推出的LD-150-CL型五辊轧管机就在国内首次采用了伺服电机控制的回转送进机构；之后又有LD-2x8、LD-2x15、LD-30-CS和LD-60-CS等型号的轧管机也采用了伺服电机控制的回转送进机构，现场使用效果良好。

5.4.2　多辊冷轧管机机架的主要结构型式

多辊式冷轧管机机架是一个圆柱形的厚壁套筒，3个或更多的轧辊均匀地分布在套筒内，由于套筒刚性好，受力均匀，其弹性变形小，对于轧制高精度精密管材十分有利。图2-69～71示出了原西安重型机械研究所开发的LD-30-WS、LD-60-WS及LD-120和宁波机床总厂的LD-180A轧管机的三辊、四辊、五辊机架及其摇杆机构的结构。由图2-69～71可以看出，轧辊的布置

必须遵守的原则是，其中一个轧辊必须位于轧制中心线的垂直下方。

轧辊的调整分为径向调整和轴向调整。成品规格在60mm以下的轧管机，采用集体调整和单个轧辊调整相结合的方法，也就是说，既可集体调整，也可单个轧辊进行径向调整。目前均采用斜契调整的方法。轧辊的轴向位置是自定位的，即轧辊辊身的宽度与滑道凹槽间在设计时已留有足够的余量，允许轧辊在一定范围左右窜动的可能。成品管外径尺寸大于60mm（即LD-60以上轧管机）不必采用集体调整的方法，只需对单个轧辊调整就完全可以了。因为大规格轧机的集体调整机构比较复杂，并且会使整个机架的重量增加许多，对于提高轧机的速度极为不利。

如图2-72所示，多辊式冷轧管机的轧辊尺寸的确定方法是基于在轧制不同材质、不同规格的产品时的轧制压力，轧辊的强度和刚度以及轧辊的辊径与滑道工作面之间的接触应力的大小综合确定的。

图2-69　LD-30多辊轧机机架示意

图2-70　LD-60多辊轧机四辊机架示意

1—框架　2—机架套筒　3—斜契　4—滑道　5—轧辊6—导向架　7-轧辊架　8—斜支座　9—轧辊轴承　10—螺栓

轧辊尺寸的确定可根据诺萨里（В.В.Носаль）的方法进行计算：

a=0.7Rc（1-cos 180/n）

式中　a——轧辊辊缘的厚度，mm；

　　　RC——成品管的半径，mm；

图2-71　LD-120多辊轧机五辊机架示意

1—框架　2—机架套筒　3—斜契　4—滑道　5—轧辊6—轧辊保持架　7—轧辊轴承　8—斜支架　9—扇形块

图2-72　多辊轧机的轧辊示意

　　　n——轧辊的数量，个。

轧辊辊径的长度按下式计算：

式中　Rd——轧辊的辊底半径，mm；

　　　Rj——轧辊的辊径半径，mm。

轧辊辊径的许用接触应力可按下面的经验计算：

轧辊的承载能力：

轧辊的辊径按下列经验公式计算：

适用于三辊式方案 Rj=0.75·Rd

适用于四辊式方案 Rj=0.62·Rd

当要求轧制最薄壁厚管材时，轧辊最大轧辊底部直径可按下式计算：

式中　tc——成品管壁厚，mm；

　　　f——摩擦系数；

　　　σs——轧辊的屈服极限。

5.5　伺服电机控制的LD-150型五辊冷轧管机

2006年，根据用户的要求，广东冠邦科技有限公司开发了我国第一台由伺服电机控制回转送进的LD-150-CL多辊冷轧管机。该轧管机用于轧制液压缸用精密冷轧管材，参见图2-73所示。

图2-73　LD-150多辊冷轧管机总装配图

5.5.1　冷轧管机主要参数

（1）工艺参数

LD-150型五辊冷轧管机工艺参数见表2-19。

（2）设备参数

LD-150型五辊冷轧管机设备参数见表2-20。

表2-19　LD-150型五辊冷轧管机工艺参数

表2-20　LD-150型五辊冷轧管机设备参数

（3）电气参数

LD-150型五辊冷轧管机电气参数见表2-21。

5.5.2　冷轧管机设备组成

LD-150-CL型多辊冷轧管机由下列部件组成。

主传动机构、机座、机架、摇杆机构、床身（1）、送进装置、送进小车、回转装置、管坯夹送装置、床身（2）、推料机构、授料台、芯棒系统、换辊工具、液压系统、工艺润滑系统、设备润滑系统、电控系统。

（1）主传动机构

由Z4-315-32型直流电机、电力液压块式制动器、平皮带传动装置、同步信号发讯装置及支座等组成。

表2-21　LD-150型五辊冷轧管机电气参数

（2）送进装置

由两台交流伺服电机、传动齿轮箱组成，置于两段床身之间，用于传动两个送进小车。

（3）回转装置

由两个交替工作的芯杆卡盘和一台直流电动机及传动系统构成，用于对管坯和芯棒进行回转。芯棒固定在芯棒杆的前端，而芯棒杆通过轴向位置可调的芯杆卡盘得以固定，从而使芯棒能保持在预定的工作位置上。芯杆卡盘的打开、夹紧由液压缸控制。

（4）电气控制系统

为满足轧机的各种工艺要求，采用SIMENS数字可控硅传动系统实现主机的无级调速和管坯、芯棒的同步回转；采用SIMENS交流伺服电机实现管坯的精确送进。系统设有连锁保护，以保证设备安全正常地运行。

（5）自动化控制

Qq的核心选用西门子公司的S7系列PLC和相应的系统软件控制轧管机的全部逻辑关系和全线的报警系统。6RA70的给定输入和工作状态直接受PLC控制，保证直流传动和交流伺服系统的协调同步工作。设有手动和自动两种控制方式。

（6）报警信号系统

生产中各报警信号如送进小车极限位置报警、液压、润滑系统液位报警、压力报警直接进入PLC进行处理。

（7）系统通讯

实现全部网络化，布线简单，便于维护。轧制速度给定、送进量给定、回转角度给定、各工作点报警、各工作状态都通过触摸屏直接操作、实时显示。轧机从上料至轧制可全部自动完成。

5.6　多线冷轧管机

所谓多线轧管机，就是在1台冷轧管机上可以同时轧制2根以上管材。

为了提高冷轧管机的生产效率，国内外从事冷轧管事业的广大科技工作者付出了艰辛的劳动去探索提高冷轧管机生产效率的途径，并取得了较好的效果，多线冷轧管机就是其中之一。

多辊冷轧管机的产品质量好，这是公认的事实。但其生产效率低，则是其最大的弱点。1967～1968年期间，原西安重型机械研究所设计制造了LD-8x2双线、LD-12x2双线和LD-12x4四线的三辊式冷轧管机。图2-74是LD-8x2双线三辊冷轧管机的机架结构示意。

图2-74　LD-8x2双线轧管机机架示意

1—1号机架　2—框架 3—斜支座　4—2号机架

如图2-74所示，轧管机机架本体与单线轧管机没有原则性的区别。两个机架并排安装在同一个机架车体内，用同一个摇杆系统带动轧机机架作往复运动，以实现轧制。应当说明的是，采用这种方法进行双线轧制时，两根管坯及其成品尺寸必须是相同的。另外，管坯的长度不能相差太大，否则，轧管机的产量将受到影响。

LD-12x4四线三辊冷轧管机的机架结构与LD-12x2型双线轧管机的结构没有区别。图2-75是由两组双线轧管机的机架组成的四线三辊式冷轧管机。每一个双线机架由一套摇杆系统带动作往复运动以实现轧制过程。但是两组机架在往复运动时的相位相错近100°，起到相互平衡惯性力的作用，进而提高轧管机机架的摆动速度，减少冲击，有效提高轧管机的产量。两组机架在轧制过程中分别进行回转和送进。

图2-75　LD-12四线轧管机机架示意

1—1号双线机架　2—2号双线机架　3—1号斜支座　4—2号斜支座

根据上述双线和四线冷轧管机实践结果的分析，认为上述轧管机尚有不少不足之处，如当在同一台轧管机上同时轧制不同规格的管材时，由于管材受力不均，将会使轧管机机架左右扭动，这将极大地影响成品管材的产品质量；另外，若遇其中的一线出了故障，则要停机处理，由此影响轧管机的产量；另外操作也不够方便。

为此对多线轧管机进行了相应改进。在双线轧制时，改用两个机架分别同时轧制，即两个机架分别驱动，这样的效果比原结构好得多，在同一台轧机上可以同时轧制两种不同的成品管。如图2-76所示。

5.7　LG-920-3G三辊巨型冷轧管机

2008年江苏诚德钢管有限公司提出需要轧制特大直径的冷轧管材，直径900～1 000mm、壁厚20～80mm。轧制的材质是奥氏体不锈钢和合金钢。陕西多伦科技有限公司根据诚德钢管的需求，经过多方努力搜集有关资料和信息，提出多个设计方案进行比较，最终选定三辊式变断面孔型的冷轧管机设计方案。该三辊巨型冷轧管机的工作原理如前述的图2-33所示。

图2-76　新双线LD-2x15l冷轧管机

陕西多伦科技有限公司根据用户的要求所设计开发的LG-920-3G型三辊变断面孔型冷轧管机。这台世界上最大规格的冷轧管机经过几年的努力，于2012年3月进行了第一次负荷试车并取得了圆满成功。这标志着我国在冷轧管材装备技术取得了重大突破。

5.7.1　LG-920-3G型冷轧管机主要设备构成

（1）上料台

（2）芯棒卡紧及其传动机构

（3）送料床身及送进卡盘

（4）入口卡盘

（5）轧机机架及保持架

（6）出口卡盘

（7）成品管拉出机构

（8）成品管出口台及存放台

（9）芯棒杆及其内润滑装置

（10）出口端芯棒支撑机构

该轧管机是由液压缸推动轧辊保持架，再通过摇杆机构带动机架往复运动来完成轧制过程的。轧管机的行程可变，因此，可以轧制锥形变断面成品管，是用途极为广泛的多用途轧管机。

LG-920-3G型冷轧管机的机架和总装配如图2-77、图2-78所示。主要参数见表2-20。

5.8　LG-40-3G型三辊变断面孔型冷轧管机

图2-77　LG-920-3G轧管机机架

图2-78　LG-920-3G轧机总装配

表2-22　LG-920-3G冷轧管机的主要参数（mm）

我国曾于20世纪80-90年代开发了LG-60-3G型三辊变断面孔型冷轧管机。所轧制的产品质量很好，尺寸精度达到8级，表面粗糙度为Ra0.4～0.8，但因当时对轧辊轴承的问题没有得到有效的解决方法，因此没有得到广泛推广。

2011年，广东冠邦科技有限公司成功研制出我国第一台小规格的LG-40-3G型三辊变断面孔型冷轧管机。

该轧管机的应用实践证明，三辊变断面孔型冷轧管机的变形量与二辊冷轧管机相同，所轧管材的尺寸精度与表面粗糙度与LD型多辊冷轧管机相同，而轧管机的产量与二辊冷轧管机相当。

三辊变断面孔型冷轧管机的特点如下。

（1）轧制过程中，三辊变断面孔型的变形条件远优越于二辊变断面孔型，如图2-79所示。

二辊和三辊两种变断面孔型在轧辊的名义直径、辊缝间隙、孔型偏移值、孔型半径和辊底半径均相同的条件下，孔型的深度却大不相同，三辊只有二辊的50%，因此轧制过程中，二辊与三辊孔型中变形锥体与孔型表面接触点的相对滑动差值达到2倍多，也就是说二辊孔型与锥体表面的相对滑动量比三辊的要大得多，相当于三辊的1倍还多，因此就会使成品的表面产生严重划伤，严重影响产品的尺寸精度、表面粗糙度及质量，尤其对于轧制直径超过300mm以上的管材时，这种相对摩擦特别严重，甚至会使产品报废，所以在选择机型时应特别慎重。

图2-79　二辊与三辊孔型内速度差之比较

（2）三辊变断面孔型冷轧管机在轧制过程中较二辊的变形均匀，尤其在轧制直径300mm以上的管材时尤为突出。

（3）三辊变断面孔型冷轧管机的产品精度可与多辊式冷轧管机的产品精度相嫓美，即尺寸精度可达尺寸精度可达8级，成品的内外表面粗糙度可达Ra0.4～0.8。

（4）三辊变断面孔型冷轧管机纠正管坯原始偏差能力较强，壁厚纠偏可达60%～80%。

（5）三辊变断面孔型冷轧管机的产品范围特别广，它不仅仅适用于轧制300～920mm以上的管材，它同样适合轧制15～300mm范围内的小规格管材，壁厚在0.5～60mm之间。

三辊变断面孔型冷轧管机由于具有上述方面的特殊优点，可以预见，一定会有很好的发展前途。在不久的将来，它将是二辊变断面孔型冷轧管机的最有力的竞争对手，而多辊冷轧管机或将可能被淘汰。

LG-40-3G轧管机机架示于图2-80。

图2-80　LG-40-3G轧管机机架示意

可以肯定地说，根据上述两种型号国产三辊变断面孔型冷轧管机各自特点的介绍和分析，国内冷轧管材生产单位在如何选取满足自己需要的冷轧管机方面，将会有一个比较清晰明确的概念。

5.9　LG-450冷轧管机

根据生产的实际需要和用户提出的使用要求，温州永得利机械制造有限公司设计制造了LG-30-H、LG-50-H、LG-60-H、LG-90-H、LG-120-H、LG-180-H、LG-250-H、LG-280-H、LG-325-H和LG-450-H共10种规格的二辊式冷轧管机，这些轧管机均已广泛用于生产。

这10种规格的二辊式冷轧管机，以LG-450-H机型作相应介绍。其主要参数见表2-23。

表2-23　LG450-H型二辊式冷轧管机技术性能

5.10　特种性能的冷轧管机

随着我国国民经济的极大发展和科学技术的不断进步，各行各行各业对于管材的品种提出了许多新的要求，如带筋管、方管、矩形管、温轧管、变断面管等。有的管材看起来并不难，但实施操作起来并不那么容易。因为这些管材对于产品质量的要求异常苛刻。

5.10.1　带筋管

如图2-81所示，这种管材的直径并不大，但管子的外表面需要带有4条均匀布置的纵向凸起的筋。

该轧管机是在已有的LD-15型轧管机的基础上，将三辊式的机架改造为二辊非变断面孔型的轧辊，并再配以新的90°转角的回转机构而组成。

图2-81　带筋管的横断面示意

单排辊机架和双排辊机架如图2-82、图2-83所示。

图2-82　带筋管单排辊机架示意

5.10.2　异型管轧机

广东冠邦科技有限公司根据用户的要求，设计开发了1台异型管轧机，经试产外方内圆管，产品的质量良好。

为了生产外方内圆的异形管材，该轧管机采用了带摇杆机构的二辊机架，同时将管坯和芯棒的回转角度固定为90°。其结构如图2-84所示。

若将生产方管的二辊机架更换为三辊机架，这台冷轧管机便可以生产六角管，这时的回转角度必须固定为60°。

图2-83　带筋管双排辊机架示意

图2-84　外方内圆管轧机机架示意

5.10.3　温轧管机

为了适应某些难变形金属在常温下难于变形或变形困难的特点，必须将其加热到适当的温度后再进行轧制。中国重型机械研究院为此专门设计了WD-8和WD-15型两种规格的用于温轧的多辊冷轧管机。

该轧管机的基本结构和工作原理没有变化，只是将机架的结构作了适当的修改，使之便于散热，同时增加了必要的氢气加热装置，氢气加热装置跟随轧管机机架一起作往复运动。该轧管机最重要的是保证管材在轧制过程中的散热、可靠的冷却和润滑条件。

5.10.4　多排辊冷轧管机

1969～1974年之间，原西安重型机械研究所成功研制了一种新型冷轧管机——多排辊冷轧管机。图2-85是该多排辊冷轧管机的变形区形成示意，轧管机的结构原理示于图86。

图2-85　多排辊冷轧管机原理示意

多排辊冷轧管机，根据曲柄连杆机构和四杆机构上不同点的不同曲率的封闭曲线的包络线设计而成。由图2-85可见：1，2，3，4号辊的孔型底部直径的运动轨迹是不同曲率的封闭曲线1，2，3，4。这四个曲线的包络线就形成了变形区。如果各项参数选择适当，并在C1、C2、C3、C4各点安装小直径圆孔型轧辊，那么就会使这些轧辊的孔型底部直径运动轨迹的包络线与金属在冷轧过程中的变形规律十分相近。

在垂直平面内，上、下对称配置了两个偏心轮，其曲柄半径为R，曲柄的A点与连杆L相连，连杆的另一端与机架1相连于B点。连杆L1的一端与连杆L相连于F点，另一端与机架2相连于B1点。轧辊则装在连杆L1上的各点C1、C1、C1、C1各点，当曲柄R位于270°时，这些点必须是处于同一水平线上，而且它们的间距是不等的。在机架2上的B1点处装有偏心量很小的偏心轴，用于调节成品管的尺寸偏差。该轧机采用一次回转和送进。回转送进机构与二辊和多辊冷轧管机的回转送进机构没有原则性区别。但是，需要注意的一个特点是，根据该轧机的工作原理，当轧机机架在反行程时，即曲柄从180°转到0°的过程中，4个轧辊全部抬起，脱离了变形锥体（变形区），在这段时间内完成回转送进动作，时间是非常充裕的。

前面已经分析过，二棍和多辊冷轧管机的回转送进时间必须在曲柄的回转角的120°以内完成，绝对不可以大于120°。而多排辊轧管机则可以在180°的时间内完成。这对于减小回转送进机构的冲击负荷，降低噪音，提高回转送进机构的使用寿命是十分有利的。

图2-86　a多排辊冷轧管机机架结构原理示意

图2-86　b多排辊冷轧管机机架结构示意

原西安重型机械研究所自1969～1974年，研究并分析了多排辊冷轧管机的工作原理，完成了样机的设计、制造和试验。1980年开始陆续为用户提供DPG-30型多排辊冷轧管机5台（宁波机床厂制造），DPG-80-S型1台。并在原来的基础上改进了设计，1990～1993年间又制造并销售了7台DPG-25-WS型多排辊冷轧管机，该轧管机采用了无丝杠回转送进机构。与此同时还设计、制造了1台DPG-30-WS型轧管机供给中国台湾厂家使用。

图2-87　DPG-25-WS型多排辊冷轧机

多排辊冷轧管机的特点是，采用多排轧辊轧制时可实现大减径量和大减壁量轧制；轧辊的尺寸小、重量轻；轧辊的孔型是圆形等断面的，易于加工制造，不需要专用的孔型加工机床；轧辊轴承采用滚针密布，取消了重型轴承；由于反行程时，轧辊与变形区脱离接触，回转送进的时间充裕，因而间歇运动的回转送进机构冲击力小，噪音小，使用寿命长；主传动中的齿轮箱是垂直对称布置，易于平衡；采用较小的曲柄半径可以获得较长的变形区。但，多排辊冷轧管机的缺点是，轧制时的轴向力较大。

5.10.5　LD-40x2双线多辊冷轧管机

2011年，宁波东重机械有限公司开发了国内外首台LD-40x2双线冷轧管机（图2-88）。该轧管机的回转送进机构采用了新式轴向凸轮机构。其技术参数见表2-24。

该机构的突出优点是，采用变加速度运动曲线，运动时的冲击力比马尔泰盘机构小50%，机构比平面凸轮更简单且转角准确，非常适于轧制高精度管材。

5.10.6　LG-15-HLS二辊冷轧管机

2012年宁波东重机械有限公司开发了最新款LG-15-HLS，该轧管机没有采用动平衡机构，而是采用伺服电机控制轧机的回转送进，其造价要比高速轧管机便宜许多，很适合中小企业使用。如图2-89所示。

图2-88　LD-40X2双线多辊冷轧管机

图2-89　LG-15-HLS型二辊冷轧管机