1、設(shè)備能力極端化

 隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，我國裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，Φ550mm以上大口徑厚壁與Φ5mm以下小口徑薄壁不銹鋼無縫管材需求量逐漸增加，產(chǎn)品仍然存在供需矛盾，部分產(chǎn)品依賴進口，究其根本原因是國內(nèi)欠缺上述極端化產(chǎn)品生產(chǎn)用的裝備能力。

  2012年，太原重機械集團有限公司開始了LG-720冷軋管機的研究，該機使用了大功率伺服控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了大慣量控制對象的高精度同步控制，是世界上最大規(guī)格的冷軋無縫不銹鋼管的設(shè)備，首機于2015年在江蘇武進不銹鋼股份有限公司投入使用，根據(jù)國家鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心現(xiàn)場抽樣表明，大口徑無縫鋼管的表面質(zhì)量、尺寸公差、拉伸試驗、晶粒度等主要指標(biāo)符合美國材料協(xié)會不銹鋼無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)。圖1為正在進行生產(chǎn)作業(yè)的LG-720冷軋管機。另外，近期國內(nèi)企業(yè)也在研發(fā)LG-850冷軋管機，以進一步擴大冷軋無縫管材產(chǎn)品規(guī)格。

圖1 正在進行生產(chǎn)作業(yè)的LG-720冷軋管機

 中重院、興通機械等企業(yè)自主研發(fā)了小規(guī)格冷軋管機，軋制出的成品管規(guī)格可最小可達到Φ3mm，為我國毛細血管國產(chǎn)化提供了原料。

2、軋機速度高速化

 提高冷軋機的軋制速度是提高其產(chǎn)量的最直接措施，但是提高冷軋機的軋制速度，會導(dǎo)致軋機的運動部分產(chǎn)生更大的慣性力和慣性力矩，從第一臺高速冷軋機的出現(xiàn)開始，慣性力和慣性力矩的減小與平衡，也是冷軋機發(fā)展過程中的重要研究內(nèi)容之一。

 國內(nèi)早期冷軋管機多采用垂直滑動重錘平衡機構(gòu)（圖2），例如二十世紀(jì)六十年代末，洛陽礦山機械廠設(shè)計的LG-30III型高速冷軋機。該機構(gòu)利用垂直放置的重錘裝置來儲存機架減速時釋放的能量，在機架加速時釋放其儲存的能量；再由曲軸上的扇形塊平衡機架和重錘的慣性力^[2]。這種平衡機構(gòu)的效果顯著，但重錘需要放置在較深的地坑內(nèi)，應(yīng)用范圍受到了很大的限制。

圖2 垂直滑動重錘平衡機構(gòu)

 雙扇形塊平衡機構(gòu)采用兩個扇形平衡塊，在曲軸上與曲柄呈180°角位置安裝第一個扇形塊，用來平衡機架在高速運動時產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩，然后再在與曲軸等速運行的平衡軸上增加合適質(zhì)量的扇形平衡塊，用來平衡機架和第一個扇形塊的慣性力和慣性力矩^[2]。這種平衡機構(gòu)可以使軋機的軋制速度大幅度提高，并且雙扇形塊平衡機構(gòu)安裝時不需要地坑，相比與垂直滑動重錘平衡機構(gòu)，對場地的要求較小，并且制造、安裝、維護都更加方便，例如中重院、上海攀枝花、浙江中星、江蘇恒立等企業(yè)研發(fā)的高速冷軋管機就采用了這種平衡結(jié)構(gòu)。圖3為雙扇形塊平衡機構(gòu)。

圖3 雙扇形塊平衡機構(gòu)

3、軋機設(shè)備智能化

 隨著專業(yè)人才的欠缺與市場對產(chǎn)品價格的催低，企業(yè)希望使用更少的工人來完成整套軋制流程，要求傳統(tǒng)生產(chǎn)模式開始轉(zhuǎn)變，這就需要設(shè)備具備智能化生產(chǎn)功能，這就要求軋機區(qū)域設(shè)備、電氣系統(tǒng)以及液壓潤滑系統(tǒng)完善與改進，滿足智能化生產(chǎn)要求，有利于無人化軋制的實現(xiàn)。

 軋機區(qū)域設(shè)備的智能化改進對象主要是上料裝置、送進裝置、出料裝置、側(cè)向換輥裝置以及管端探測裝置和芯棒斷裂檢測裝置。管坯從放料臺滑至上料軌道，由上料裝置推送到送進裝置部分，管材送進裝置由兩個夾取回轉(zhuǎn)裝置組成，兩個夾取回轉(zhuǎn)裝置沿預(yù)設(shè)好的動作配合運行（圖4），

圖4 兩夾取裝置軌跡圖

當(dāng)夾取裝置1開始夾送管坯的前一段時間，夾取回轉(zhuǎn)裝置2的夾頭處于放松狀態(tài)，當(dāng)夾取回轉(zhuǎn)裝置1運行到特定位置時（圖中綠色區(qū)域），夾取回轉(zhuǎn)裝置2開始運行，并夾緊管坯與夾送回轉(zhuǎn)裝置1同步前進，夾緊回轉(zhuǎn)裝置1到達預(yù)設(shè)的行程極限后放松夾頭，與管坯脫離接觸，由夾緊回轉(zhuǎn)裝置2夾送管坯前進，夾送回轉(zhuǎn)裝置1返回初始位置準(zhǔn)備下一輪送進，夾送回轉(zhuǎn)裝置2到達預(yù)設(shè)位置后也松開夾頭返回初始位置，準(zhǔn)備下一輪與夾送回轉(zhuǎn)裝置1的配合送進。軋制完成后，鋼管被出料裝置推送至管架上等待后續(xù)處理。圖5為送進裝置模型圖。

圖5 送進裝置模型

    安裝在設(shè)備中的傳感器檢測裝置，可以有效地檢測出鋼管的管縫、管材與芯棒斷裂等狀態(tài)。軋輥機架采用一種新型閉式機架，當(dāng)需要更換軋輥時，由在軌道運行的換輥小車將軋輥系整體從機架中抽出，再將需要更換的新軋輥機架推入，不需要再拆卸機架更換軋輥，極大的節(jié)約更換軋輥系的時間，也節(jié)約了人力資源。圖6為更換軋輥的流程示意圖。

圖6 更換軋輥流程示意圖

 電氣控制系統(tǒng)包括軋管機主機速度控制，回轉(zhuǎn)送進電機控制，機組自動化控制等?；剞D(zhuǎn)送進電機采用伺服電機，與軋管機主機速度之間采用主從控制策略，以實現(xiàn)區(qū)域設(shè)備之間的速度匹配，也能夠?qū)崿F(xiàn)從管坯上料、穿管、各夾送輥的加緊松開、軋制、出料等整個工藝過程的全自動化作業(yè)。

不同的運行機構(gòu)對于壓力、速度等參數(shù)有著不同的要求，因此液壓系統(tǒng)配備多個閥組，保證位于不同機構(gòu)的各液壓缸能夠按設(shè)計要求穩(wěn)定地工作。液壓系統(tǒng)具有超壓保護功能，同時能夠顯示溫度、壓力、液位等參數(shù)供技術(shù)人員檢測設(shè)備狀況。