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第24卷第4期2014年12月Vol.24No.4Dec.2014江汉石

第24卷第4期2014年12月

Vol.24No.4Dec.2014

JIANGHANPETROLEUMSCIENCEANDTECHNOLOGY

浅谈机械扩径摩擦副在油气输送管道上的应用

胡斌

(中国石化集团石油工程机械有限公司沙市钢管厂，湖北荆州434001)

摘要：扩径头是机械扩径机上配套的核心部件，也是摩擦副中滑动摩擦的代表性机械运动。本文通过扩径机的工作原理及结构进行深入的研究，分析了几种类型的摩擦副结构的特点，并结合油气输送管道的特性，从而确定生产线配套扩径头的结构形式、主要参数、摩擦副的材料匹配及热处理工艺，并对润滑方案进行了分析，结合相应特点确定润滑方式，其在实际应用上也取得了很好的效果，广泛的应用于国内外重点管线项目。

关键词：摩擦副；扩径机；润滑

摩擦副就运动形式可以分为滑动摩擦和滚动摩擦。滑动摩擦指两接触表面间存在相对滑动时的摩擦。它们的摩擦产生磨损，产生热，液体泄漏及其他现象。而油气输送焊管生产线上的扩径机的工作原理就属于典型的滑动摩擦的摩擦副。

机械扩径机(图1)是直缝焊管生产线上必不可少的关键设备之一。它负责将钢管整圆、校直，达到标准规定的外形尺寸公差要求，同时使钢管成型过程中产生的管体内部残余应力分布均匀。扩径头(图2)是机械扩径机上配套的扩管工装，是扩径机上技术含量最高、最核心的关键部件。

目前，机械扩径机仅有几家国外企业能够设计制造。为了实现对市场的垄断，这几家公司对相关技术实行严格的技术必威体育官网网址，特别是扩径头的技术含量较高、产品附加值大，各公司对扩径头的技术必威体育官网网址尤为严格。相应的，国内各大管厂直缝焊管生产线上的扩径机组及配套的扩径头都从国外进口。

扩径头作为扩管工装，属于消耗品，平均使用寿命约为10万根钢管，不仅价格昂贵，而且进口供货周期极长-至少12个月。为满足国内高速增长的油气管线市场对直缝埋弧焊接钢管的需求，保证我国油气生产的安全，沙市钢管厂对直缝埋弧焊管扩径机的扩径头的相关技术进行了研究。

1机械扩径机的工作原理和扩径头的主要研究工作

目前国内外在用的机械扩径机的工作原理基本相似，即利用油缸的伸缩，带动扩径头上由锥体及多个外模块组成的摩擦副的相对运动。随着锥体的轴向运动，外模块可以在径向上可靠的张开、回缩 (复位),完成扩管动作。受扩径头长度的限制，每次扩管时只能扩大管长方向的一小段，每根钢管的扩径需要分段多次完成。

扩径头的研究工作的重点是扩径头结构及主参数确定、零部件材料选择及热处理工艺、润滑方案，因此我们研究工作也主要围绕这几个方面展开。

2扩径头结构设计

2.1扩径头结构选择

进行结构选定时，需考虑所生产的钢管规格、配套的扩径杆尺寸，以及零、部件的工作可靠性、加工制造的经济性等因素。

目前已知的扩径头结构主要有三种方式：

2.1.1复位弹簧+对中导向机构(导向T块+导向燕

尾)

该方式的典型结构(见图3)。扩径头通过可

作者简介：胡斌，2003年毕业于武汉工业学院工业自动化专业，本科，曾经在中国石化集团江汉石油管理局沙市钢管厂直缝分厂工作，现在中国石化集团江汉石油管理局沙市钢管厂国际贸易公司工作。

第4期胡斌：浅谈机械扩径摩擦副在油气输送管道上的应用·71·

图1扩径机图2扩径头

图3摩擦副结构类型一

图4摩擦副结构类型二

以在锥体上燕尾槽自由滑动的燕尾滑块以及T形导向块实现外模块的对中与导向，通过预压缩的复位弹簧作用在安装外模块上导向T块的力量来确保外模块与锥体间贴合，从而实现外模块随动功能。

这种结构的优点是：结构紧凑，钢管生产规格较小或加工空间受限制的扩径头多采用此种结构；滑动面接触面积大，摩擦副表面接触应力较小。

其缺点也很明显：加工难度较大，尤其是对锥体导向(燕尾)槽的加工以及对对中导向机构的材料选取、热处理工艺、加工精度要求极为严格；安装较为复杂；由于弹簧不对称布置，存在偏置力，对燕尾块的受力使用存在一定不良影响。

2.1.2复位弹簧+对中导向机构(导向T块+对中套)

该方式通过导向T块与对中套实现外模块的对中与定位，通过对中套里的预压缩弹簧通过导向杆作用在外模块前部的力量，以及安装在支撑套里的

预压缩弹簧通过导向T块作用在外模块后部的力量，使外模块与锥体间贴合，从而实现随动功能。其结构如图4所示。

这种结构的优点有：径向方向尺寸较紧凑，适用于加工空间受限制的小规