300噸短管端部加厚設(shè)備研究

（河北省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邯鄲 056001）

1 短管端部加厚設(shè)備國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

國外的管端端部加厚設(shè)備主要適用于石油鉆桿，不適合短管的端部加厚。且重量普遍較重，同軸度差，價(jià)格昂貴。國內(nèi)在管端加厚工藝和管端加厚設(shè)備的研究較少，目前專業(yè)生產(chǎn)制造管端加厚設(shè)備的廠家較少，大多廠家采用四柱壓力機(jī)結(jié)構(gòu)加頂鍛的結(jié)構(gòu)方式，也沒有解決同心度不好的問題，且體積較大，價(jià)格也很高，對短管管端加厚也有不足之處。

2 短管端部加厚設(shè)備市場需求前景廣闊

（1）煤鉆桿加工需要短管管端加厚設(shè)備，本單位已具備生產(chǎn)YDG200型、YDG300型、YDG600型端部加厚設(shè)備的能力，但設(shè)備僅適用于長度在3米以上鉆桿的管端加厚，隨著業(yè)務(wù)的不斷拓展，1～2m的鉆桿在市場上有很大的需求，尤其是煤礦用圓鉆桿、三棱鉆桿大都在2m以下且大部分采用端部加厚加摩擦焊接技術(shù)，根據(jù)市場需求經(jīng)市場調(diào)研認(rèn)為鐓鍛力為300噸的短管端部加厚設(shè)備市場需求前景廣闊。

（2）二氧化碳致裂儲液管加工需要短管加厚設(shè)備，二氧化碳儲液管大部分規(guī)格長度小于2m,用現(xiàn)有端部加厚設(shè)備加工非常困難。

隨著二氧化碳致裂技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，二氧化碳致裂器產(chǎn)品市場需求量大幅增加，我隊(duì)自2016年年底積極開發(fā)二氧化碳致裂器產(chǎn)品，取得了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。儲液管是其中的關(guān)鍵部件，儲液管選用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼管材，分為51、95、108、114、127、133等幾種規(guī)格，根據(jù)規(guī)格不同長度一般為900～2000mm，儲液管兩端需進(jìn)行加厚處理來安裝發(fā)熱裝置和定壓片，并保證螺紋連接處有足夠的強(qiáng)度。普通鉆桿加厚設(shè)備由于夾持部位長無法對其進(jìn)行端部加厚，200噸的鐓鍛力也不能滿足大直徑儲液管（108以上規(guī)格）端部加厚要求，市場上也沒有儲液管專用的短管端部加厚設(shè)備，為滿足市場需求，急需開發(fā)一種鐓鍛力300噸的短管端部加厚設(shè)備。

3 300噸短管端部加厚設(shè)備技術(shù)方案

經(jīng)過多次的探討確定此設(shè)備技術(shù)方案為：在原有的YDG300液壓鐓管機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。改造的關(guān)鍵問題是如何實(shí)現(xiàn)小于兩米的短管的夾持，且保證鉆桿加厚部位與鉆桿體的同心度較高。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，此設(shè)備在夾緊方式上進(jìn)行大膽創(chuàng)新，將模具夾具合二為一，模具油缸與夾緊油缸在徑向位置上重合，零件數(shù)量大幅減少，延續(xù)錐面徑向自定心夾緊方式，極大地節(jié)省了夾緊空間，滿足了300噸短管端部加厚設(shè)備設(shè)計(jì)需求。具體方案如下：

3．1 300噸短管端部加厚設(shè)備技術(shù)指標(biāo)如下

鐓鍛缸：Φ420×Φ240—550

最大鐓鍛力：3000kN

夾緊缸：Φ500×Φ420×Φ340—110

最大通徑：135mm

最大系統(tǒng)壓力：31.5MPa

最大工作壓力：26MPa

液壓泵電機(jī) 型號：Y250M-4

功率：55kW

轉(zhuǎn)速：1480r/min

液壓柱塞泵型號： HY140Y-RP

3．2 300噸短管端部加厚設(shè)備采用設(shè)計(jì)方案

（1）液壓系統(tǒng)采用兩臺高壓柱塞泵合流，以保證足夠的鐓鍛力和合理的鐓鍛速度，采用二通插裝閥組為液壓控制單元，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)夾緊、差動(dòng)頂鍛、后退、松開、前進(jìn)待命的動(dòng)作步驟，完成一個(gè)工作循環(huán)。

（2）主機(jī)采用四柱軸向預(yù)緊方案，可保證頂鍛油缸與夾緊油缸的同軸度，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的改造和優(yōu)化。

①原有設(shè)備鐓鍛和夾緊由兩個(gè)油缸控制且模具與夾具是相互獨(dú)立的(如圖1)。這種結(jié)構(gòu)使主機(jī)的軸向尺寸比較長，相應(yīng)地要求鐓鍛的鉆桿要有足夠的長度，才能夠被夾緊。為了解決壓縮主機(jī)軸向長度這一問題，將此結(jié)構(gòu)改造為鐓鍛和夾緊由一個(gè)油缸來控制。我們首先提出把模具與夾具合二為一的想法，通過把鐓鍛油缸與夾緊油缸由以前的軸向上的兩個(gè)獨(dú)立部件合二為一成為一個(gè)油缸（如圖2），這樣就很好地達(dá)到了使主機(jī)軸向尺寸縮小的目的，也就達(dá)到了鐓鍛短管的基本要求。改造后軸向尺寸縮短1米，由改造前最短鐓鍛長度2米縮小到1米左右。

圖1 模套和夾具套

②同時(shí)，對原有設(shè)備的模具體的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改進(jìn)，原有設(shè)備模具體由四半組成，四半間是通過植入的彈簧使四塊緊緊的貼在活塞桿的內(nèi)錐面上，改為四半通過T形塊掛在活塞桿的內(nèi)錐面上的梯形槽內(nèi)，以達(dá)到與活塞桿的聯(lián)接實(shí)現(xiàn)模具的開合。這樣的改進(jìn)使得裝配變的簡便，原有結(jié)構(gòu)安裝困難并且有一定的危險(xiǎn)性，再有彈簧是易損件，用一段時(shí)間后需要拆換，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)牢固可靠，裝配簡單，不需要經(jīng)常拆卸，省時(shí)省力。

③主機(jī)的四軸向預(yù)緊方案是通過拉桿把四個(gè)支座串在一起，再通過兩端的螺母把所有零件裝配在一起并施加一定的預(yù)緊力。這次的設(shè)計(jì)引入了超級螺栓多頂推預(yù)緊器的原理使用了超級螺母取代一端的六角螺母。在裝配時(shí)先將一端的螺母與拉桿裝配好后再將超級螺母的硬質(zhì)墊圈和螺母主體手動(dòng)安裝到拉桿上，通過擰緊環(huán)繞在螺母主體一圈的頂推螺釘，產(chǎn)生強(qiáng)大的頂推力（軸向）。

這個(gè)頂推力直接作用在硬質(zhì)墊圈上。多個(gè)頂推螺釘?shù)模ㄝS向）頂推力和拉桿的反向作用力一起在支座上產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)大的預(yù)緊力，使所有零件緊固的聯(lián)接在一起。頂推螺釘摩擦直徑小，因此，可以用相對小的扭矩來實(shí)現(xiàn)高的頂推力。這種結(jié)構(gòu)只需手動(dòng)工具即可安裝和拆卸任何尺寸的預(yù)緊器。安全、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)。采用錐面增力徑向夾緊自定心夾緊機(jī)構(gòu)。電氣控制采用PLC柔性可調(diào)編程方案，便于不同規(guī)格管端加厚參數(shù)設(shè)置。冷卻系統(tǒng)由噴淋冷卻升級為噴霧冷卻，可大幅提高模具的使用壽命。

4 結(jié)語

此次研制的300噸短管加厚設(shè)備在原來YDG300液壓鐓管機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造和改進(jìn)，傳承YDG300的結(jié)構(gòu)緊湊布局合理，頂鍛速度快，同心度高，價(jià)格低廉，操作方便的優(yōu)點(diǎn)。在主機(jī)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改造，使軸向尺寸大大縮減滿足了短管端部加厚的需要，同時(shí)又對部分其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使設(shè)備的裝配和使用性能有了進(jìn)一步的提高，而且體積小、性價(jià)比高，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。