张晓鹏 李玉波
一重集团大连核电石化有限公司 辽宁大连116113
摘要 介绍了一种液压驱动的机械穿管机的结构组成和工作原理，对该穿管机各主要组成部件的功能、设计、调试及使用要点进行说明。
关键词 换热器；穿管；液压驱动
0 引言
大型换热器管束组件一般由上万根管子与两端管板焊接而成，管子需逐根从一侧管板穿至另一侧管板，通常由8-10名操作工靠人力推入。为实现穿管作业机械化，我们设计了液压驱动的机械穿管机，该设备已应用到我公司承制的某项目环氧乙烷反应器穿管作业中。本文主要对机械穿管机的结构特点进行介绍。
1 工作原理
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1—钢管；2—穿管机；3—调整平台及滑轨；4—升降机；5—液压站；6—产品管板。
图1 机械穿管机安装示意图
如图1所示，机械穿管机通过液压系统驱动的橡胶传动轮匀速旋转，靠传动轮与钢管之间的摩擦力推动钢管匀速行进并依次穿过对应的管板、支持板直至另一侧管板，横移穿管机或操作升降机平台可完成不同位置的穿管工作。
2 机构特点
如图2所示，机械穿管机由液压驱动装置、轮组压力调整装置、轮组及轮组间传动系统、底部横移及纵向微调装置、激光找正装置等几部分构成。
2.1轮组及轮组间传动装置
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1—框架；2—压紧装置；3—液压马达；4—滑轨及滑块；5—水平微调装置；6—轮组。
图2 穿管机结构图
轮组为上排导向压紧轮和下排驱动传动轮组成。上排3组导向压紧轮，压紧轮组轴固定在轮组压力调整装置的滑块上，起到对钢管施加压紧力作用。轴与轴承间设计快拆机构，便于传动轮磨损时快速更换。
下排为三组驱动传动轮，通过增加驱动轮组数量达到降低对钢管压力防止其压迫变形，提高轮组对钢管推力目的。滚轮采用钢轴外挂橡胶轮，橡胶表面压花提高摩擦力；橡胶为耐热橡胶，邵尔硬度不小于75，保证穿管打滑摩擦发热时橡胶的硬度及耐磨性。
驱动轮侧面设有齿轮传动机构，实现三组轮组的同步转动。同步轴齿轮模数应由作用在其上的圆周力所产生的齿根弯曲应力确定；齿轮齿数太少不利于平稳传动，齿数太多浪费材料；在齿数分度圆直径一定时，同步轴直径应该做的尽量大，因为齿轮直径越大，扭矩越大，同步轴亦应随之加强，否则扭矩刚度不足将影响同步效果。
2.2 轮组压力调整装置
轮组压力调整装置通过调整轮组对钢管压力来改变轮组对钢管推力，包括压紧螺栓、压紧螺母、挡块、弹簧和滑块。钢管穿管阻力受管板孔安装同心度及钢管表面光洁度等因素影响，使用中根据具体穿管作业情况相应调整穿管推力。通常第一对压力轮压力略小，主要起导引作用。单根弹簧最大设计压力：
式中：Fmax为穿管设计最大推力(N) ；μ为钢铁与橡胶间干摩擦系数，取0.3；n为钢铁与推轮接触面数量，每个v型驱动轮有2个接触面，取6。
2.3 激光找正装置
激光找正装置用于实现穿管作业直观显示穿管机指示位置，达到快速找正目的。装置激光发射器、磁夹及连接卡箍组成，磁夹靠磁力牢固吸附到穿管机壳体上。使用中通过调整磁夹上铁片改变激光的指向，将激光点定位到所穿管孔上部管桥正中。
2.4 液压动力装置
液压动力装置由液压站和液压马达组成。液压驱动可代替复杂的电动机与减速机，具有重量轻、推力大、调速与变向响应快等优点。液压站型号为上海塞沃机电HPE-150，油箱有效容积100L，具体技术参数见表一。
表一 液压站技术参数
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液压马达具体技术参数见表二，为宁波北仑弗兰特液压机械有限公司生产，型号为1QJM11-0.5。与现有液压站配套使用时实际转速5-140r/min，传动到驱动轮的理论拉力9786N，穿管推力按2500N富裕4倍。与现有液压管路配置了两个2-M33×2-6H进出油口，与穿管机传动系统配置了相关内花键连接轴。液压马达最大转速：
式中，V为设计最大进给速度(m/sec)，R为辊轮与钢管接触处半径(m)；
液压马达额定功率：
式中，Fmax为本设备最大输出推力（N）；z为穿管机传动功率，取0.9。
表二 液压马达技术参数
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换向调速装置作用是靠阀门流量调速及流向来改变液压马达的转速转向，组成为：换向阀、高压软管、快速接头、密封件，工作压力10MPa，流速70L/分钟。液压换向阀为手动三位四通，有正反停三个档位。
3 调试与使用
将穿管机吊至升降机上，通过液压管路连接液压阀门、液压马达及液压站，开动液压站，检测运转状态、液压密封、钢管推力，找正管板孔。
接通液压站电源，打开液压阀门，旋转轮组推动钢管依次通过穿管机、管板孔及支持板，横移穿管机完成同排临近管孔的穿管作业；完成此排穿管后，升起升降机平台，进行下一排直管的穿管作业。使用中根据钢管所受阻力不同酌情调整压紧螺栓下压力改变推力。
穿管结束后，先将流量控制阀缓慢关闭，再将液压泵的电磁阀关断，液压泵停止提供动力，最后切断电源。
4 结语
本文所述机械穿管机具有穿管推力大、速度快、操作简单等优点，目前已经应用到某环氧乙烷反应器制造中，降低了操作人员劳动强度、节省了人力资源，成功实现穿管作业机械化。对于φ51×3mm、长度为12m的管子，采用机械穿管机每班次可完成900-1000根，与人工相比效率提高约5倍。