左雁冰，張 超，汪恩輝，黃維勇，陳 峰，常 瑜，何 潛，劉 杰，叢陽陽

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

隨著石油鉆探、機(jī)械制造業(yè)的迅猛發(fā)展，我國的鋼管加工業(yè)也得到了長足的進(jìn)步。這對鋼管加工設(shè)備也提出了更高的要求。矯直是鋼管加工生產(chǎn)的精整工序，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量。為了矯直管端加厚的鋼管(俗稱“大頭管”)以及在矯直過程中避免碰傷管頭管尾，快開式鋼管矯直機(jī)應(yīng)運(yùn)而生?？扉_式矯直機(jī)為矯直輥對置立式布置，每一對矯直輥都有一個具備快速開合的功能?？扉_式矯直機(jī)有四滑架與兩滑架兩種結(jié)構(gòu)型式。近年來，四滑架結(jié)構(gòu)型式由于具備剛性好、導(dǎo)向段長度短、重量輕等特點(diǎn)，已在各大鋼管加工企業(yè)廣泛應(yīng)用，取代了兩滑架的結(jié)構(gòu)型式。由于對矯直輥傳動系統(tǒng)的布置與矯直工藝方向的相互關(guān)系，以及快開缸位置與矯直反彎工藝的相互關(guān)系研究比較少。本文以八立柱四滑架六輥對置式快開矯直機(jī)為例，對矯直工藝與其結(jié)構(gòu)的相互影響進(jìn)行了探討。

1 八立柱四滑架六輥對置式矯直機(jī)結(jié)構(gòu)

八立柱四滑架六輥對置式矯直機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該矯直機(jī)采用預(yù)應(yīng)力機(jī)架;六個矯直輥成對布置，每個矯直輥與單獨(dú)的滑動梁連接在一起;每個滑動梁有四個滑套在立柱上滑動;每對矯直輥中有一個具備快開功能;三個上滑動梁分別與安裝在固定梁上的平衡缸和蝸輪千斤頂相連;平衡缸起到平衡上滑動梁重量以及消除絲杠間隙的作用;蝸輪千斤頂起調(diào)節(jié)矯直輥開口度的作用。上下三個矯直輥分別通過兩臺齒輪分配箱與傳動系統(tǒng)相連。

圖1 八立柱四滑架六輥對置式矯直機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the quick-open straightener

2 矯直工藝方向?qū)ι舷鲁C直輥布置方向的影響

站在矯直機(jī)的操作側(cè)看去，上下矯直輥的布置方向?yàn)橐蛔笠挥摇膶︿摴艿某C直效果來看，這種差別影響不大。但是對矯直工藝以及前后臺設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式，這種差別卻有著明顯的影響。如圖1 所示，上輥的傳動裝置位于矯直機(jī)左側(cè)，下輥的傳動裝置位于矯直機(jī)右側(cè)。如果矯直時鋼管從左邊進(jìn)料，則上下輥旋轉(zhuǎn)方向如圖2 和圖3所示。

當(dāng)上下矯直輥按圖2 所示方向轉(zhuǎn)動時，被矯直的鋼管會沿矯直中心線方向從左向右螺旋前進(jìn)。如圖3 所示，鋼管在沿x 方向前進(jìn)的同時會產(chǎn)生一個y 方向的轉(zhuǎn)動。如果鋼管與前后導(dǎo)衛(wèi)的底面接觸，則鋼管會在摩擦力的驅(qū)動下向偏離矯直中心線方向滾動。同理，如果鋼管從右邊進(jìn)料，則上下矯直輥的旋轉(zhuǎn)方向要變成和圖2 相反的方向。此時鋼管的前進(jìn)方向和旋轉(zhuǎn)方向也和圖3 所示相反。當(dāng)下輥傳動位于矯直機(jī)左側(cè)，上輥傳動位于矯直機(jī)右側(cè)時，鋼管的進(jìn)料方向與鋼管的旋轉(zhuǎn)方向同樣也有類似的對應(yīng)關(guān)系。

圖2 矯直輥及鋼管轉(zhuǎn)動方向Fig.2 Rotation direction of the roll and the pipe

圖3 下矯直輥及鋼管轉(zhuǎn)動方向Fig.3 Rotation direction of the lower rolls and the pipe

鋼管螺旋前進(jìn)時如果和前后導(dǎo)衛(wèi)有接觸，必然會產(chǎn)生偏離矯直中心線的滾動。如果不對這種滾動進(jìn)行限制，鋼管在沒有矯直輥限制的部位，就會偏離矯直中心線而越滾越遠(yuǎn)，從而嚴(yán)重影響矯直的質(zhì)量。因此要求在設(shè)計前后臺設(shè)備的時候要充分考慮這種滾動的影響，選用合適的結(jié)構(gòu)型式。比如，前臺入口導(dǎo)衛(wèi)底板必須低于下矯直輥輥面。后臺如果選用L 型導(dǎo)衛(wèi)，則其立板必須在限制鋼管滾動的一側(cè);如果后臺選用菱形或者圓形封閉式導(dǎo)衛(wèi)，則可以不考慮這種影響。

由上可見，鋼管的矯直工藝方向決定了矯直機(jī)上下輥傳動裝置的擺放方向、矯直輥傳動的方向以及前后臺設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式。此結(jié)論同樣適用于其它結(jié)構(gòu)型式的斜輥矯直機(jī)。

3 上下反彎矯直工藝對快開矯直機(jī)結(jié)構(gòu)的影響

鋼管矯直是通過反彎來實(shí)現(xiàn)的，即所謂的“矯枉過正”。對本文中所指的六輥快開式矯直機(jī)而言，反彎是以1#、3#矯直輥為支點(diǎn)，2#矯直輥向上或向下偏離一個距離而形成的。這里把向上反彎稱為上反彎，反之為下反彎。鋼管矯直工藝為:各輥調(diào)整好角度及輥縫，各快開缸處于收回狀態(tài);當(dāng)管頭進(jìn)入每對矯直輥時，快開缸壓上;當(dāng)管尾離開每對矯直輥時，快開缸縮回。以下反彎為例，如圖4 所示，1#、3#下矯直輥和2#上矯直輥裝有快開液壓缸。當(dāng)鋼管頭部進(jìn)入1#、2#矯直輥時，液壓缸帶動矯直輥壓上。此時由于2#輥的反彎作用，鋼管頭部在進(jìn)入3#輥之前有撞到3#矯直輥大端的趨勢。此時3#快開缸處于縮回狀態(tài)，避讓了鋼管的管頭。當(dāng)管頭進(jìn)入3#矯直輥時，3#快開缸帶動矯直輥壓上，反彎環(huán)節(jié)形成。如果快開缸不按照這樣的位置布置，在用上述矯直工藝時，管頭管尾在進(jìn)出矯直輥的時候，必然要碰到矯直輥的大端，造成產(chǎn)品的缺陷。

如圖5 所示，當(dāng)采用上反彎矯直工藝時，快開缸變?yōu)樵?#、3#上滑動梁和2#下滑動梁布置。同樣避免了管頭進(jìn)入3#輥之前撞到矯直輥大端，保護(hù)了管頭管尾。

以上兩種快開矯直機(jī)結(jié)構(gòu)都是目前比較常見的結(jié)構(gòu)。但因?yàn)槲挥诔C直機(jī)下部的液壓缸基本都處于車間的地坑里，操作維護(hù)的難度比較大。

圖4 下反彎矯直機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.4 Downward bent structure of the quick-open straightener

圖5 上反彎矯直機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.5 Upward bent structure of the quick-open straightener

4 三個快開缸布置上滑動梁的新型工藝布置

為了避免地坑里的液壓缸維護(hù)難度大的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了一種三個快開缸都布置在上滑動梁的新型結(jié)構(gòu)，如圖6 所示。由于中間輥快開缸布置在上面，所以要采用下反彎矯直工藝。否則，鋼管在進(jìn)入2#輥時會碰到2#下輥的大端。這種布置也帶來了一個問題——當(dāng)管頭進(jìn)入2#輥時，2#快開缸不可以及時壓下。因?yàn)椴捎孟路磸澒に囯m然可以避免鋼管在進(jìn)入2#輥時不碰頭，但如果2#輥壓下，會導(dǎo)致管頭撞上3#矯直輥。因此要求采用新的快開工藝:管頭進(jìn)入1#矯直輥時1#快開缸壓下，管頭過了2#輥進(jìn)入3#輥時，2#、3#快開缸依次快速壓下。該工藝要求管頭進(jìn)入3#輥之前，矯直輥傳動處于比較低的速度，當(dāng)3#快開缸壓下時，矯直輥升速開始正常矯直;液壓系統(tǒng)要提供足夠的流量，以保證2#、3#兩個快開缸近似同時壓下。通過這兩個措施才能盡可能的縮短矯直盲區(qū)。

圖6 三個快開缸裝在上滑動梁的結(jié)構(gòu)Fig.6 All cylinder above the up sliding frame

5 結(jié)論

本文對矯直工藝對快開矯直機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響做了一些探討，得出了在設(shè)計矯直機(jī)設(shè)備時，需根據(jù)矯直的工藝方向以及采用何種反彎工藝而選用合理結(jié)構(gòu)的結(jié)論。中國重型機(jī)械研究院股份公司近年來為各大鋼管廠成套供貨了數(shù)十臺快開矯直機(jī)，其中有各種快開結(jié)構(gòu)，包括快開缸全部位于上滑動梁的結(jié)構(gòu)。雖然不同的廠家有著不同的需求和認(rèn)識，但這些快開矯直機(jī)設(shè)備都取得了良好的應(yīng)用效果。尤其是本文中提到的新型快開結(jié)構(gòu)矯直機(jī)在河南某鋼管廠得到了用戶的高度認(rèn)可，具有推廣的價值。

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