热扩顶头调整系统及方法与流程

本发明涉及无缝钢管成型技术领域，尤其涉及一种热扩顶头调整系统及方法。

背景技术：

目前，国内大口径钢管生产能力不足，可生产的热轧无缝钢管最大外径难以满足使用需求。为了实现更大直径无缝钢管的生产，可以采用热扩径工艺。热扩径工艺具有生产流程简单、质量稳定、经济实用等特点，且成本低、生产效率高，广泛应用于大口径无缝钢管的生产，缓解了大口径钢管市场的供应紧张局面。

现有技术通过顶杆小车进行热扩径工艺，顶杆小车移动到预设位置后，固定顶杆小车，电控系统控制顶杆小车的顶杆伸缩至预设位置，进行热扩径轧制作业。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：轧制过程中，由于顶头发生受热膨胀，导致轧制精度较低，经常会出现轧制后荒管前后端壁厚误差较大的情况。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种热扩顶头调整系统及方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种热扩顶头调整系统，所述系统包括：顶杆小车、止推座、闭锁装置和控制单元；所述顶杆小车与所述控制单元电连接，所述顶杆小车的一侧设置有顶头，所述顶头在所述控制单元的控制下进行伸缩；所述止推座与所述顶杆小车通过所述闭锁装置可拆卸地连接，所述止推座与所述控制单元电连接，在所述控制单元的控制下进行移动。

进一步地，所述系统还包括：比例阀和液压缸，所述比例阀串联在所述控制单元和所述液压缸之间，用于在所述控制单元的指令下控制所述液压缸运转，所述液压缸用于驱动所述止推座移动。

进一步地，所述系统还包括位移传感器，所述位移传感器设置在所述止推座上，并与所述控制单元电连接，用于检测所述止推座的位置信息并将所述位置信息发送给所述控制单元。

进一步地，所述系统还包括压力传感器，所述压力传感器与所述控制单元电连接，用于检测所述止推座的压力并将所述压力信号发送给所述控制单元。

进一步地，所述系统还包括：变频器和电机，所述变频器串联在所述控制单元和所述电机之间，用于在所述控制单元的指令下控制所述电机运转，所述电机用于驱动所述顶头伸缩。

进一步地，所述系统还包括位置编码器，所述位置编码器设置在所述顶头上，用于检测所述顶头的位置信息并将所述位置信息发送给所述控制单元。

进一步地，所述闭锁装置为压紧缸。

第二方面，提供了一种热扩顶头调整方法，所述方法包括：

将顶杆小车与止推座的连接松卸，控制单元调整所述止推座至预设位置；

将所述顶杆小车调整至轧制位，并通过闭锁装置使所述顶杆小车与所述止推座保持固定；

控制单元控制所述顶杆小车的顶头伸缩至预设位置，轧制预设时间；

轧制预设时间后，所述控制单元控制所述止推座移动，所述止推座带动所述顶杆小车移动，所述顶杆小车带动所述顶头移动。

进一步地，所述控制单元控制所述止推座移动时，接收位移传感器和压力传感器的反馈信号，根据所述反馈信号对所述止推座的移动过程进行调控。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的热扩顶头调整系统及方法，顶杆小车的顶头伸缩至预设位置进行轧制，轧制预设时间后通过止推座带动顶杆小车移动对顶头位置进行在线调整，轧制精度较高，提高热扩径轧制效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的热扩顶头调整系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的热扩顶头调整系统中液压缸驱动止推座的结构示意图；

图3为本发明一个实施例提供的热扩顶头调整系统中的电路连接关系图。

附图标记说明：

1-顶杆小车、2-止推座、3-闭锁装置、4-顶头、5-液压缸。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供了一种热扩顶头调整系统，如附图1至3所示，该系统包括：顶杆小车1、止推座2、闭锁装置3和控制单元。顶杆小车1与控制单元电连接，顶杆小车1的一侧设置有顶头4，顶头4在控制单元的控制下进行伸缩。止推座2与顶杆小车1通过闭锁装置3可拆卸地连接，止推座2与控制单元电连接，在控制单元的控制下进行移动。

以下对本发明实施例提供的热扩顶头调整系统的工作原理进行说明：

应用时，将顶杆小车1与止推座2的连接松卸，控制单元调整止推座2至预设位置，用于后续对顶杆小车1进行卡紧。然后将顶杆小车1调整至轧制位，并通过闭锁装置3使顶杆小车1与止推座2保持固定。控制单元控制顶杆小车1的顶头4伸缩至预设位置，轧制预设时间。随着轧制工作的进行，温度升高使顶头4热膨胀，轧制精度降低。基于此，轧制预设时间后，控制单元控制止推座2移动，止推座2带动顶杆小车1移动，对顶头4的位置进行调整。如附图1所示，顶头4为自左向右外径逐渐增大的锥形结构，轧制过程中，为了消除热膨胀导致的轧制误差，在轧制预设时间后，止推座2向右移动带动顶头4后退，通过止推座2带动顶杆小车1移动对顶头4位置进行在线调整，使顶头4在轧制过程中始终保持较高精度，避免出现荒管前后端壁厚误差较大的情况。

可见，本发明实施例提供的热扩顶头调整系统，顶杆小车1的顶头4伸缩至预设位置进行轧制，轧制预设时间后通过止推座2带动顶杆小车1移动对顶头4位置进行在线调整，轧制精度较高，提高热扩径轧制效果。

其中，对于控制单元如何控制止推座2移动，以下进行示例说明：

本发明实施例提供的热扩顶头调整系统还包括：比例阀和液压缸5，比例阀串联在控制单元和液压缸5之间，用于在控制单元的指令下控制液压缸5运转，液压缸5用于驱动止推座2移动。使用时，控制单元向比例阀输入电气信号，比例阀按输入的电气信号连续地、按比例地对油流的压力、流量或方向进行远距离控制，进而对液压缸5的伸缩进行控制，使控制单元能够对止推座2的移动进行调控。

其中，如附图2所示，比例阀和液压缸5的数量可以为两个，两个比例阀分别与控制单元连接，并与对应的液压缸5连接，使止推座2的移动较平缓。

进一步地，为了提高控制精度，本发明实施例提供的热扩顶头调整系统还包括位移传感器，位移传感器设置在止推座2上，并与控制单元电连接，用于检测止推座2的位置信息并将位置信息发送给控制单元。通过设置位移传感器对止推座2的位置进行监控，形成闭环反馈控制，能够进一步提高控制精度。

进一步地，本发明实施例提供的热扩顶头调整系统还包括压力传感器，压力传感器与控制单元电连接，用于检测止推座2的压力并将压力信号发送给控制单元。顶头4进行热扩径轧制时，荒管对顶头4的反作用力作用在止推座2上，通过在止推座2上设置压力传感器，控制单元通过压力信息对止推座2的移动进行控制，控制压力始终保持在预设值。举例来说，正常轧制时的压力为预设值，当检测到压力大于预设值时，表示顶头4开始热膨胀，带动顶头4后退；当检测到压力小于预设值时，表示顶头4的后退幅度过大，需进行适当调整。

进一步地，本发明实施例提供的热扩顶头调整系统还包括：变频器、电机，变频器串联在控制单元和电机之间，用于在控制单元的指令下控制电机运转，电机用于驱动顶头4伸缩。如此设置，控制单元与变频器电连接，向变频器发送控制指令，变频器输出预设电流信号对电机的运转进行控制，进而控制顶头4的伸缩。通过上述步骤，使顶头4在控制单元的控制下进行伸缩。

进一步地，为了提高顶头4伸缩的控制精度，本发明实施例提供的热扩顶头系统还包括位置编码器，位置编码器设置在顶头4上，用于检测顶头4的位置信息并将位置信息发送给控制单元。通过位置编码器检测位置信息并将位置信息发送给控制单元，作为顶头4伸缩的调节基准，形成闭环反馈调节，能够提高顶头4伸缩调控的精度。

其中，控制单元可以为西门子s7-1500tcpu，控制单元与变频器、比例阀、位移传感器和位置编码器等部件可以通过profinet网络连接。进一步地，该热扩顶头调整系统中还可以设置有远程i/o站，配合控制单元实现快速伺服控制。

本发明实施例中，顶杆小车1与止推座2通过闭锁装置3可拆卸连接，示例地，闭锁装置3可以为压紧缸。压紧缸通过液压驱动，可以较为便捷地进行伸缩，抵紧时将顶杆小车1与止推座2相对固定，松开时解除固定，实现顶杆小车1与止推座2的可拆卸连接，且进行固定时固定位置准确，固定效果较好。

第二方面，本发明实施例提供了一种热扩顶头调整方法，该方法包括：

将顶杆小车1与止推座2的连接松卸，控制单元调整止推座2至预设位置。

将顶杆小车1调整至轧制位，并通过闭锁装置3使顶杆小车1与止推座2保持固定。

控制单元控制顶杆小车1的顶头4伸缩至预设位置，轧制预设时间。

轧制预设时间后，控制单元控制止推座2移动，止推座2带动顶杆小车1移动，顶杆小车1带动顶头4移动。

应用时，将顶杆小车1与止推座2的连接松卸，控制单元调整止推座2至预设位置，用于后续对顶杆小车1进行卡紧。然后将顶杆小车1调整至轧制位，并通过闭锁装置3使顶杆小车1与止推座2保持固定。控制单元控制顶杆小车1的顶头4伸缩至预设位置，轧制预设时间。随着轧制工作的进行，温度升高使顶头4热膨胀，轧制精度降低。基于此，轧制预设时间后，控制单元控制止推座2移动，止推座2带动顶杆小车1移动，对顶头4的位置进行调整。如附图1所示，顶头4为自左向右外径逐渐增大的锥形结构，轧制过程中，为了消除热膨胀导致的轧制误差，在轧制预设时间后，止推座2向右移动带动顶头4后退，通过止推座2带动顶杆小车1移动对顶头4位置进行在线调整，使顶头4在轧制过程中始终保持较高精度，避免出现荒管前后端壁厚误差较大的情况。

可见，本发明实施例提供的热扩顶头调整方法，顶杆小车1的顶头4伸缩至预设位置进行轧制，轧制预设时间后通过止推座2带动顶杆小车1移动对顶头4位置进行在线调整，轧制精度较高，提高热扩径轧制效果。

进一步地，该方法还包括：控制单元控制止推座2移动时，接收位移传感器和压力传感器的反馈信号，根据反馈信号对止推座2的移动过程进行调节。通过位移传感器的位置信息作为反馈，压力传感器的压力信息作为保护形成闭环控制系统，提高控制精度，进而提高热扩径轧制效果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。