[发明专利]一种无缝钢管热打头机锤头臂分段倾斜形式的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于无缝钢管热打头机技术领域，具体涉及钢管打头机锤头臂的设计方法。 

背景技术

钢管在进入后道拉拔工序前，通常需要利用打头机进行锻打处理，从而减小钢管头部直径以利于钢管顺利进入拉拔机。现有钢管热打头机的锤头臂为整段式结构，如图1所示，它存在以下问题： 

① 夹送辊受力大，咬入困难；

② 锤头臂销轴受力大，锤头臂结构较大；

③ 球形支撑和轴承磨损严重，寿命短。

锤头臂整段式无缝钢管热打头机工作过程中，电机通过皮带带动偏心轴承，偏心轴承通过轴承装配有四个圆环，每个圆环上面有球形支撑与锤头臂铰接，偏心轴套提供的打击力就是通过轴承、圆环和球形支撑传递到锤头臂。锤头臂在对无缝钢管进行打头的过程中，受到的钢管反作用力是变化的。此过程不能保证对无缝钢管打击力最大的时刻，球形支撑点处锤头臂上作用力的作用线通过球形支撑环中心，即存在附加有害力（轴向力），如图3（b）所示。但锤头臂分段式无缝钢管热打头机，如图2所示，能保证无缝钢管抵抗力最大的时刻，球形支撑与锤头臂的接触面积最大，如图4所示，降低球形支撑的接触应力，提高球形支撑的使用寿命，而且也消除了原设计中存在的附加有害力，改善了轴承的受力状态，如图3（a）所示。 

锤头臂分段倾斜角度对无缝钢管的咬入、球形支撑、锤头臂本身的受力都有很大的影响。适宜的倾斜角度可以保证无缝钢管抵抗力最大的时刻，球形支撑和轴承受力状态得到极大的改善，减小磨损，提高使用寿命，降低使用维护成本，提高了生产效率和经济性，而且锤头臂本身受力情况也得到改善，所以，确定锤头臂分段倾斜角度非常重要。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种确定锤头臂分段倾斜形式的方法。按此方法确定的锤头臂结构形式，可改善偏心圆环上球形支撑和轴承的受力状态，提高其寿命，同时降低使用维护成本，提高生产效率和经济效益。 

本发明是这样实现的：如图5所示，锤头臂4铰接布置在箱体7上，其特征是锤头臂4处于初始状态位置。当锤头臂的驱动段（6）运动到水平的时刻，钢管的抵抗力最大，即打击力最大的时刻，锤头臂的阻力段（5）中心轴线向上倾斜与水平线的夹角为θ，如图3（a）所示。θ的参数表达式为： 

其中的有关参数按如下方法确定：

 ，，

 ， ，，

公式中参数的意义如下：

      P1为锤头3咬入段（2）受到的力；P2为锤头3水平段（1）受到的力；F_T为弹簧缸施加的力；F_i为偏心圆环i施加的力；α为锤头3外模角度，通常α=12°；μ为锤头3与钢管的摩擦系数；H为锤头3水平段（1）至锤头臂阻力段（5）的距离；h为锤头3咬入段（2）受力点至锤头臂4阻力段（5）的距离；a为锤头臂4阻力段（5）的长度；b为弹簧缸中心轴线至铰接点的距离；L_i为偏心圆环i施加力至铰接点的距离；G为锤头臂受到重力。

公式中参数T、φ的确定过程如下。 

本发明包括打头机打击力最大时刻的确定和打头机锤头臂分段倾斜角度的确定。 

首先，确定打头机打击力最大时刻。无缝钢管被夹送辊送入打头机，首先与钢管接触的是锤头3的咬入段（2），在偏心圆环的作用下锤头对钢管进行挤压，钢管受力变形，同时与锤头咬入段的接触面积增大，钢管对锤头的抵抗力也随之增大。当钢管变形到同时与锤头咬入段（2）和水平段（1）完全接触的时刻，钢管对锤头的抵抗力最大，即打头机打击力最大的时刻，如图3所示。 

其次，确定打头机锤头臂分段倾斜角度。打头机在打击力最大的位置，如图3（a），此时钢管对锤头的抵抗力是分别垂直于锤头的水平段和咬入段向上，同时，打击过程钢管对锤头的摩擦力分别平行于锤头的水平段和咬入段向左。 

由已知条件，求出锤头臂的质心横坐标X_c： 

其中， ， ，，如图6所示。

对铰接点取矩得到： 

化简得：

如果，

则由上述条件得出：

。

 本发明的优点及积极效果： 

① 改善了咬入条件，有利于钢管的咬入，如图7所示；

② 球形支撑和轴承受力状态得到改善，提高其使用寿命；

③ 降低使用维护成本，提高了生产效率和经济性；

④ 铰接点的销柱受力减小。