φ530 mm 六輥管材矯直機的設計與創新

李俊峰，陳 欣，陳學仁

(1.佛山市亞亮電工設備有限公司，廣東 佛山，528311;2.廣東冠邦科技有限公司，廣東 佛山，528311)

0 前言

矯直機是精整生產線的主體設備，近年來，隨著管材直徑的不斷加大及產品質量要求的提高，矯直技術也在不斷提升。φ530 mm 六輥管材矯直機是為某不銹鋼廠研制的大規格矯直機，用于對大直徑、無縫不銹鋼管進行矯直。

1 矯直機的主要技術參數

(1)待矯管材的規格及材質。

管材直徑D Φ100～Φ530 mm

管材壁厚 δ ≤28 mm

管材長度 3500～15000 mm

材 質 不銹鋼管

屈服極限 ≤300 MPa

(2)矯直前的管材參數。

直徑允許偏差 ±1.25%D

壁厚允許偏差 ±12.5%δ

原始彎曲 ≤10 mm/m(全長總彎曲≤200 mm)

(3)矯直后的管材參數。

矯直精度 ≤1 mm/m

不圓度 ≤公稱外徑的0.3%

矯后表面 表面無劃痕、無擦傷等

(4)矯直主機技術參數。

矯直輥 φ460 mm×900 mm

輥 距 1400 mm

矯直輥輥系 2－2－2

矯直速度 ≤15 m/min

2 矯直機組組成及平面布置

φ530 mm 六輥管材矯直機主要由機械系統、電氣控制系統、液壓系統等組成。其平面布置圖如圖1 所示。機械部分主要由上料裝置、矯直機主機、出料裝置組成。φ530mm 六輥管材矯直機的來料有兩種:一是從退火爐出料輥道直接輸送到矯直機上料輥道;另一種是從拉拔機或擴管機吊料至上料臺架。

電氣控制系統采用PLC 可編程序控制器和工控機進行控制，完成矯直機速度控制、矯直輥輥縫控制、矯直輥角度控制、機組自動化控制等，矯直工藝參數實現配方化管理，可以在HMI 人機界面上進行存儲、調用、修改、刪除等操作。

液壓系統由油箱、機泵組、閥臺等組成，主要實現入口第一個上輥的快速開合、矯直過程中快開油缸和平衡油缸的保壓及完成輔機其他油缸的動作。

圖1 φ530 mm 六輥管材矯直機組平面布置圖Fig.1 Layout of φ530 mm six roll tube straightener

3 矯直機組的創新設計

3.1 上料自動散料裝置

矯直機上料過程是待矯料從無序到有序的過程，由于來料存在較大的原始彎曲，機組工藝中存在成捆吊料上料，考慮管材直徑較大，單根管坯較重，人工散料強度太大等問題，設計時上料臺架配備6組自動散料機構，通過電機、減速機帶動鏈條，鏈條上設有撥爪，撥爪由油缸控制，可以在任意位置插入到堆放的來料間。同時考慮到料可能存在傾斜放置等狀況，所以6組撥爪通過液壓與電氣控制系統可實現集體升降，也可單獨升降，撥爪單獨升降通過后續實際使用驗證非常有必要。

3.2 上料輸送輥組合結構

該矯直機既有坯料、半成品矯直，又有成品矯直，成品管坯對表面質量要求非常高，所以上料V 型輸送輥(尺寸為φ200(底徑)mm ×700 mm)采用尼龍輥，保護管材表面，但是尼龍輥耐磨性很差，尤其是退火出來很彎的管材，很容易損壞輸送輥，同時大直徑矯直機的上料輸送輥也比較大，整體更換成本非常高。本次設計采用組合式輥體，即每個V 型輥由7組100 mm 寬的尼龍環組成，使用時只需更換損壞部位的尼龍環即可，此結構新穎實用，為后續生產節約了成本，組合輥體如圖2 所示。

圖2 上料輸送輥組合結構Fig.2 Combination structure of feeding conveyor roller

3.3 矯直機上輥滑動結構

通常，矯直機上輥滑動有套筒式和立柱滑塊式兩種方式。如圖3 所示，套筒式矯直輥安裝在套筒上，套筒與上橫梁配合，通過絲桿螺母結構實現升降，此種方式的穩定性取決套筒的直徑與套筒長度，適用于中小規格矯直;立柱滑塊式滑動機構如圖4 所示，上矯直輥安裝在活動梁上，每個活動梁在兩個(或四個)立柱中垂直滑動，此種方式的定位及穩定性均好，適用于大規格矯直。

圖3 套筒式滑動機構Fig.3 Sliding sleeve structure

圖4 立柱滑塊式滑動機構Fig.4 Upright sliding structure

3.4 上輥壓下機構及液壓控制

三個上輥壓下位置電動自動調整，壓下速度可調，輥縫值通過位移傳感器、電參數轉換計算在操作臺面顯示屏上自動數顯。操作時只需輸入管坯直徑，上輥會自動調整到位，三個上輥的壓下機構即可單動又可聯動，調整方便、可靠，調整精度高。

同時每個上矯直輥兩側設有平衡油缸(簡稱平衡缸)，起到消除絲桿螺母間隙的作用，提高輥縫精度。平衡缸有桿腔為工作腔，無桿腔接油箱，當矯直輥角度及輥縫調整時，平衡缸有桿腔泄壓;調整結束后，平衡油缸有桿腔進油并一直保壓。同時入口第一個上輥串聯液壓缸(簡稱快開缸)，可以快速開合，方便管坯的咬入，快速開合功能在后續使用中得到驗證，對彎料大料的咬入非常方便、實用。快開缸及平衡缸控制原理圖(見圖5)及控制思路如下:

圖5 快開缸及平衡缸控制原理圖Fig.5 Control principle diagram of quick opening cylinder and balance cylinder

快開缸具有直徑、行程大及壓力高(～25 MPa)等特點，為了滿足其快速壓下的要求，設計時快開缸采用由系統直接供油及系統直接進行壓力調定的方式;三組平衡缸的工作壓力較低，采用從主油路分一支路，共用一個減壓閥，各平衡缸可單獨動作。

根據機械結構布置，快開缸兩側各布置一個油缸組成平衡缸組(一)，快開缸與平衡缸的動作要求:快開缸壓下/壓上時，平衡缸組(一)有桿腔卸荷，如果卸荷不及時，則導致平衡缸組(一)的活塞桿受拉力，平衡缸組(一)活塞桿連接頭被拉斷，因此，在控制上采用以下流程:

(1)各電磁鐵通電順序。入口檢測開關檢測到料頭后發訊，電磁鐵YV1 通電(YV4 在上輥位置調節完成后已處于通電狀態)，快開缸打開，根據進料速度，定延時時間，延時完成后，電磁鐵YV3 先通電2S 后YV2 再通電，以保證快開缸壓下時平衡缸液控單向閥打開，快開缸閉合到位后，YV4 通電，矯直機工作。

(2)平衡缸壓力檢測。快開缸壓下時，雖控制了電磁閥的通電順序，為了防止出現因液控單向閥的卡阻而使活塞桿連接頭被拉斷的現象，閥站上平衡缸有桿腔設有壓力檢測開關，即YV3先通電2S，并檢測到壓力小于設定值時，YV2再通電，快開缸壓下，雙重保護，使系統更安全可靠。上輥位置調整時，各壓下執行元件的啟停和與相應電磁換向閥連鎖，并與位置檢測信號閉環，既保證調整的位置準確性，也確保調節動作的順暢，電機不會被悶車。

該液壓控制系統中快開缸利用系統大流量、高壓力實現快速開合，并具有保壓和溢流保護功能;三個平衡缸，可單獨調節，也可一起調節;平衡缸回路具有減壓、溢流、保壓和速度調節功能;與電氣控制配合，很容易實現輥縫自動調節和快開缸的開合控制。

3.5 下1#、3#輥升降調整機構

通常，下1#、3#矯直輥不做升降調整，為固定輥。但該生產線工況比較差，退火料存在大量黑色氧化皮，拉拔及擴管料表面附著一層白色泥狀物，矯直時經工藝潤滑后成泥狀沉淀堆積在下橫梁上，如不及時清理，下1#、3#矯直輥很容易被卡死，無法實現調角，基于此，下1#、3#矯直輥設計時托盤下方設有升降機構，角度調整時升降機構將托盤頂起，開始調角;角度調整結束后升降機構落下，托盤靠自重落下，且升降機構與托盤脫開不接觸，保證矯直時升降機構不承受矯直力。

4 結束語

φ530 mm 六輥管材矯直機結合了以往矯直機設計、制造方面的成熟技術，同時又根據實際工況等增加了新的創新及改進，為更大規格矯直機的研發積累了寶貴的經驗。該生產線已投產四年多，經驗證，設備具有設計合理、性能可靠、輥縫及角度調整方便、調整精度高以及整機自動化高等特點，得到用戶的認可，設備自投產以來為用戶創造了可觀的經濟效益。

［1］崔甫.矯直原理與矯直機械(二版)［M］.北京:冶金工業出版社，2005.

［2］鄭小海，王孟德.φ920 mm 十輥管材矯直機的研制［J］.鋼管，2011(2).

［3］熊杰，徐勇，程先華，等.10CR8BW 十輥鋼管矯直機的結構特點及分析［J］.寶鋼技術，2002(5).

［4］孫向陽，張國偉，封桂祥，等.減少矯直機故障停機時間的對策［J］.河北冶金，2013(5).

［5］李文剛.新型高精度管材矯直機［J］.鋼管，1999(5).

［6］李慧中.矯直機及調整參數分析［J］.金屬材料與冶金工程，2013(6).

［7］馮曉若.圓材矯直的理論與實踐［J］.山西機械，2002(6).

［8］王秀軍，李強，賈志剛.斜輥鋼管矯直機矯直力計算分析［J］.焊管，2002(3).

［9］賈金鳳.矯直機調整工藝分析［J］.應用技術，2013(6).

［10］李連進.六斜輥軋無縫鋼管矯直機的壓下量研究［J］.鍛壓技術，2008(10).