管材矯直機(jī)及矯直輥的設(shè)計(jì)

郭寶山

（太重煤機(jī)有限公司，山西 太原030032）

矯直機(jī)是管材精整區(qū)的主要設(shè)備之一。管材矯直機(jī)的主要作用是消除管材在軋制、冷卻等過程中產(chǎn)生的彎曲，同時(shí)還能減少管材的橢圓度。

1 管材矯直機(jī)的種類及應(yīng)用

管材矯直機(jī)可分為機(jī)械壓力矯直機(jī)和斜輥矯直機(jī)。機(jī)械壓力矯直機(jī)工作時(shí)，自動(dòng)化程度低，需要人工輔助操作，效率低下且矯直效果不好，多用于管材的初矯；斜輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是矯直輥與管材傾斜相交，矯直輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管材在前進(jìn)中伴有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，矯直輥對(duì)管材的壓彎軌跡呈螺旋線形，即壓彎的方位是按螺旋形改變，由于管材在矯直輥間進(jìn)行多次縱向反復(fù)彎曲，不但保證了管材的直線度，同時(shí)可消除管材的橢圓度。常用的斜輥矯直機(jī)配有5個(gè)矯直輥或7個(gè)矯直輥，七輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)比較完善，并有較多的矯直循環(huán)次數(shù)，工廠在實(shí)際生產(chǎn)中，采用該形式較多。

2 斜輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)

斜輥矯直機(jī)的特點(diǎn)是矯直輥與矯直中心線成一定角度，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)1連接減速箱2，并通過分齒箱3和萬向聯(lián)軸器4連接矯直輥，矯直輥壓下裝置5調(diào)節(jié)矯直輥的上下開口度，通過矯直輥調(diào)角裝置6實(shí)現(xiàn)矯直輥與矯直中心線9角度的調(diào)節(jié)。

隨著矯直機(jī)智能化的發(fā)展，矯直輥壓下裝置5和矯直輥調(diào)角裝置6已可根據(jù)管材的不同規(guī)格實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)整。

3 矯直輥的設(shè)計(jì)

斜輥矯直機(jī)輥形曲線是決定矯直效果的主要因素。矯直輥的最小直徑（即喉徑）由被矯管材的最大直徑確定，即Dmin=1.5Dcmax；矯直輥的輥身長度L=1.67Dmin。矯直輥輥形曲線的設(shè)計(jì)方法較多，下面介紹兩種常用的設(shè)計(jì)方法。

3.1 圖解法

已知：被矯直管材的直徑為d，矯直輥與管材兩軸線間距離為H，兩軸線之間的夾角為γ，求矯直輥的曲線。

如下頁圖2所示，取矯直輥軸線為X軸，在矯直輥喉徑處作Y軸，原點(diǎn)為O，距離Y軸X1處作平行于Y軸的截面M1，M1平面截矯直輥所得的截交線為圓M，圓M的半徑為R1。以此類推，取X2、X3、X4、……作一系列與Y軸平行的截面M2、M3、M4，可得一系列對(duì)應(yīng)的半徑為R2、R3、R4、……的截交圓，由此可得矯直輥的曲線，X2、X3、X4、……的取值越接近，所得的矯直輥曲線越精確，其最小半徑為H-d/2。采用該種方法設(shè)計(jì)的矯直輥曲線，由于要作一系列近似橢圓E，又要通過橢圓E作與之相切的圓M，因此求得矯直輥曲線誤差較大。

3.2 圖解計(jì)算法

若要取得更為良好的矯直效果，在上述圖解法的基礎(chǔ)上，可用圖解計(jì)算法設(shè)計(jì)矯直輥曲線。

圖2 矯直輥曲線的圖解法

如圖2所示，圓M與橢圓E相切與點(diǎn)T，橢E的中心O1在ZOY坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（-H，x1tanγ），以O(shè)1作ZOY的平移坐標(biāo)系Z1O1Y1，該坐標(biāo)系隨截面位置的變化而沿Y1軸線方向移動(dòng)，相切點(diǎn)T的坐標(biāo)為（Z1，Y1），橢圓方程：

由圖2可知，切點(diǎn)T在Y1軸的右側(cè)，故而Z1取“+”值，橢圓在切點(diǎn)T處的法線方程為：

T點(diǎn)處的法線為點(diǎn)T與圓M圓心O的連線，將點(diǎn)T和點(diǎn)O在X1O1Y1坐標(biāo)系中的坐標(biāo)代入（3-2）得：

切點(diǎn)T與圓心O之間的距離即為所求圓M的半徑R:

當(dāng)y1=0時(shí)，由式（1）可得z1=d/2，由式（3）得X1=0，由式（4）得在設(shè)計(jì)矯直輥曲線時(shí)，由y1=0開始，取一系列±y1值，由式（1）求得z1的值，將z1的值代入式（3）求得±X1，再代入式（4）中，求得各個(gè)截面上圓M的半徑值R。

4 結(jié)語

要獲得良好的矯直質(zhì)量，應(yīng)選取合理的γ（即矯直輥中心線與被矯管材中心線的夾角）值，γ值選取的范圍多在24°~35°。同時(shí)，理論上不同直徑的管材應(yīng)采用不同的矯直輥和相應(yīng)的γ值，為了簡化矯直輥的數(shù)量，實(shí)際生產(chǎn)中，多采用一種矯直輥，通過變換γ值完成不同管徑管材的矯直。