李 伟，刘 健

随着现代化工业的发展，尤其是石油天然气工业和船舶工业的发展，对钢管的需求量不断增加，钢管的品种规格迅速扩大，尤其是对中小直径无缝钢管的需求更是迫切。因此必须扩大钢管的品种、规格及产量。

管材的品种繁多，其生产方法也多种多样。

由于受芯棒刚度，强度以及其他原因的影响，用热轧法生产直径＜Ø50．8 mm的钢管极为困难，要获得小直径热轧钢管通常需采用热轧减径方法。而随着钢管工业的不断的发展，张力减径机正逐步取代传统的无张力减径机，并不断的改进发展。

张力减径机能满足生产各种规格品种的要求，随着钢管的平均重量增大，生产能力也同步提高；轧管机组的换辊时间大大减少提高了生产效率；能用一种尺寸的钢管坯生产出不同的壁厚的小尺寸成品管，扩大了产品范围；同时，由于张力减径机的变形量大，能够提高成品管的质量。

1 张力减径机原理及特点

一般张力减径机组由20～28架机座组成，轧辊相互交错排列（见图1），轧辊转速沿轧制方向递增，张力大小通过改变相邻两架间速度差建立起来，钢管在拉应力状态下依次通过各架工作机座，在减径的同时达到减壁的效果。

图1 轧辊在工作机座上的布置

由于钢管头部和尾部所受张力在经过每架机座时都会在0和某一数值之间跳跃变化；因而在建立起稳定连轧过程之前和之后，钢管头部和尾部的张力值不是固定不变的，由此将导致沿管长方向壁厚的不均匀，特别是头尾部不均匀度尤其严重而必须进行切头和切尾。对此通过调节入口，出口电机转速和缩短机架间距来减少切头切尾的损失，并尽量增加管长（最好是无端轧制），以提高成品率。

二辊式张力减径机结构简单，便于制造和维修，且在轧辊直径相同情况下机架强度和刚度都比三辊式的高，但是即使这样，二辊式也只有在轧制力、扭矩以及伞齿轮和轴承负荷相当大时或轧制壁厚超过1 0～12 mm的厚壁管时才使用。

三辊式张力减径机较二辊式有许多突出的优点：

（1）三辊式张力减径机孔型由三段弧组成，钢管受力较均匀，轧辊与钢管表面的相对滑移小，摩擦损失小，变形效率较高。

（2）轧辊组装后在专用机床上加工孔型，然后将轧制机架推入机座，调整方便。

（3）三辊式机架孔型比二辊式椭圆度小（也有圆孔型），在需要大的减径量和减壁量时，成品管质量较好。

（4） 三辊式机架间距可以等于轧辊直径的0．9倍，而二辊式机架间距一般等于轧辊的名义直径。因此，三辊式能减少切头切尾量。

鉴于三辊式张力减径机具有以上优点，目前世界各国都广泛采用了这种减径机。

2 传动形式

从结构上分，三辊式张力减径机又分为：一个输入轴内传动和三个输入轴的外传动两种（见图2）。

图2 三辊减径机轧辊传动方案

而从传动形式上张力减径机又可分为：单独传动，集体传动和混合传动。

（1）单独传动 传动装置简单，便于调整，可适应各种品种及规格的调速需要。传动链转动惯量小，调速系统灵敏度高，动态速降恢复快。但是由于尺寸较大使各机架的间距加大，总长度增加，从而导致头尾的长度增大。另外，每架工作机座均需一台大功率的直流电机驱动，整个机组总功率大，电气费用高，控制技术复杂。

（2）集体传动 集体传动又分为：液压传动、差速传动和液压差速传动。

轧辊转速的改变通过叠加传动装置实现，这种叠加装置由主传动恒速电机和供每台工作机座单独使用的恒速电机及中间连接的差动齿轮系统组成。各机座的传动仅使用一个转数系列作为相邻机座具有的固定递增比之基本转数系列，轧件头、尾部通过时的基本转数级通过叠加传动装置和引入附加速度改变，从而保证通过控制轧制速度来获得不同的壁厚。其优点是机座的整体布置简单、紧凑，总传动功率小，不需要特殊的速度控制。但变速箱结构复杂，制造困难，减速箱只能以一种相对于辊子的速度系列工作，此外，主传动的灵活性也不如单独传动。

（3）混合传动 是将单独传动和集体传动混合而成的传动形式，通常入口侧的一组机座的传动方式为双电机差动传动，而位于出口侧的一组机座为单独电机传动，虽然这种传动方式能克服以上两种传动的不足，但仍然有着许多的缺点，因此很少采用（见表1）。

下面简要介绍的是：外传动，单独传动的三辊式张力减径机的传动机构。

3 传动机构

3.1 主传动电机

电机上下表面均为平面，且没有连接紧固螺栓和定位销，所以可以上下重叠布置。由于其宽大于双位机座宽，所以必须错位布置。

表1 传动形式比较

3.2 双位机座

（1）双位机座本体为铸造结构，中间由铸造隔板分为两腔，分别放置左、右传动轴及分配轴组件。每个双位机座上可装两机架，隔板上开有四个孔，交错对称于轧制中心线。伸出带外齿半联轴节的两个孔中心线即为左右机架水平分配轴和水平轧辊传动轴中心。

（2）双位机座两侧开口各腔分别为上、下倾斜轴、水平分配轴和传动轴以及上、下连接轴等的支撑腔。各组件组装好后放入相应支撑腔，合上轴承盖，用螺栓紧固。

（3）每个双位机座上设有四只连接油缸用于控制外齿半联轴节的伸缩，传动四根斜置轧辊及便于更换机架，油缸、外齿半联轴节的所有尺寸均相同。左向上下动力连接轴对调后就成为右向传动上下运动连接轴。而且左右机架的水平分配轴与水平轧辊传动组件的结构和尺寸也都完全相同，只是安装位置不同（见图3）。

图3 双位机座传动原理简图

（4） 全部双位机座中的所有齿轮传动比皆相同。

倾斜传动轴由结构与尺寸完全相同的左右两段，中间用齿形联轴节连接而成。而且对上下倾斜传动轴，除轴的中间长度使其外套筒长度不同外，其余部分结构与尺寸完全相同。为提高支撑刚度，轴两端分别采用两列短圆柱滚子轴承和两列圆柱滚子轴承。两端圆锥齿轮和齿形联轴节均采用花键连接，可传递较大扭矩（见图4）。

图4 倾斜传动轴结构图

4 结语

张力减径机以其轧制范围广，精度高，性能好的结构特点，在钢管生产中扮演者越来越重要的角色，目前我国在生产无缝钢管的过程中所采用的张力减径机大部分为引进设备。因此国内应组织开展研发工作，争取早日掌握其核心技术。