鋼管矯直 布朗克斯鋼管矯直機簡介
無論是什么生產(chǎn)工藝， 連續(xù)焊管、拉拔、 擠壓 、 皮爾格熱軋或者任何其他工藝， 幾乎所有鋼管在其生產(chǎn)過程中的某個階段都需要進行矯直。
矯直圓形鋼管最有效且產(chǎn)量最高的方式就是采用斜輥矯直機。
斜輥矯直機是將它們的輥子對走鋼線成一定角度安裝， 這樣鋼管可以旋轉(zhuǎn)著通過矯直機。
借助彎曲進行矯直
各類型矯直機的通用方法是施加給鋼管的每個部分一個比被矯直材料屈服點高的應(yīng)力， 然后再逐漸消除這一應(yīng)力。
兩種矯直機都是借助沿鋼管軸線上通過彎曲對鋼管產(chǎn)生一應(yīng)力(在圖1中箭頭表示彎曲載荷)
拉伸及壓縮載荷
除此之外， 六輥和十輥矯直機還都可以施加一碾軋或歸圓的載荷，這個力也有助于達(dá)到所期望的矯直效果(見圖2.)。 事實上， 當(dāng)鋼管通
過矯直機時是旋轉(zhuǎn)的， 這就使得鋼管的每一部分都可以被輥子壓到(見圖3.)。 為了 保證達(dá)到這樣的效果， 每對輥子的間距就要設(shè)計成在管子上施加壓力的帶寬要有搭接。
圖2 圖3
碾軋及彎曲載荷
? 通過六輥或十輥矯直機能夠在鋼管上施加碾軋載荷具有如下益處：
A) 管子端頭到斷頭的直線度得到改善；
B) 有一定橢圓度的管子得以歸圓。
? 如果要想通過沿鋼管軸向施加彎曲載荷以達(dá)到矯直鋼管的目的的話， 很顯然只有當(dāng)鋼管整個通過處于有支撐的輥子下才能得以彎曲。 因此在管子端頭進到第二對輥子前和尾部離開第一對矯直輥時，是不能得到矯直的。 換言之， 因為不能彎曲， 在一個大約相當(dāng)于工作輥中心距的長度的兩個管端是得不到矯直的。
? 在我們的六或十個相向安裝的輥子矯直機中，由于碾軋而產(chǎn)生的應(yīng)力， 比起其他的矯直方法來，對頭部和尾部的直線度有顯著的改善。 除此之外，在管子上的橢圓度得以明顯減小。
? 實踐中還發(fā)現(xiàn)， 通過采用對被矯直的管子綜合實施碾軋和彎曲， 可以得到最佳的直線度， 而每種載荷的比例取決于管子直徑、 軋輥尺寸和中心， 以及管子直徑與壁厚的比例等。
六輥和十輥矯直機的優(yōu)點
? 六輥和十輥矯直機比起其他類型矯直機在設(shè)計上的一個主要優(yōu)點就是接觸管子的所有輥子都是驅(qū)動的。 如果不是這樣的話， 那么在矯直機的入口處，管子必須要將一個或多個固定空轉(zhuǎn)輥加速到矯直速度。 這就不可避免地造成一些打滑并且相應(yīng)地在頭部造成劃痕， 從而使那些表面有特殊質(zhì)量需求的管子達(dá)不到要求。
? 六輥和十輥斜輥矯直機的工作輥輥形具有較長的雙曲線，因此可以使碾軋及彎曲載荷盡可能長地分布在管子上， 從而減少了 接觸壓力， 以及造成外部和內(nèi)部矯直痕跡的趨勢。
? 長的工作輥包羅線還能保證管子被完全包住并且不需要額外的導(dǎo)向裝置控制管子位置， 也避免由此產(chǎn)生的劃痕。
六輥與十輥矯直機的比較
選擇十輥矯直機， 而不采用六輥主要有兩個原因， 即：
? 質(zhì)量更佳， 直線度更加恒定
? 在維修及直線度都在可接受的范圍內(nèi)， 追求較高的生產(chǎn)速度。
除了 上面兩點， 還應(yīng)考慮到設(shè)備投資成本的增加， 因為多出了 兩對工作輥。
六輥矯直機 十輥矯直機
BRONX/TAYLOR-WILSON
布朗克斯/泰勒-威爾遜10CR5矯直機
BRONX/TAYLOR-WILSON
布朗克斯/泰勒-威爾遜
6CR11 – 矯直加厚端管的 重型矯直機
六輥與十輥矯直機的比較
在任何交叉形式斜輥矯直機所達(dá)到的直線度可歸納為， 取決于在管子通過矯直機時， 施加在管子每個單元上應(yīng)力反向的次數(shù)。 應(yīng)力反向的次數(shù)越多，所能達(dá)到的直線度越高、 越恒定。
施加在管子上的應(yīng)力反向次數(shù)可以通過兩種途徑增加：
? 增加工作輥的對數(shù)， 由此而增加將管子壓至屈服強度以上的額外的點， 可以對鋼管進行碾軋及/或彎曲
? 在管子通過矯直機任何一段距離， 增加管子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。
增加工作輥對數(shù)
? 在六輥矯直機上， 很顯然管子在三處可能通過碾軋將管子壓到屈服點以上， 即： 在入口、 中心和出口的各對工作輥處。 此外， 所需的管子屈服點以上彎曲矯直只有一次， 即在中間的一對工作輥處。
? 在十輥矯直機上則多了 兩次施加給管子的碾軋機會， 而管子屈服點以上的彎曲矯直則發(fā)生在三處，即第二、 第三和第四對工作輥處。
? 十輥矯直機提供了 更多的應(yīng)力反向， 因此， 相對六輥矯直機而言， 在類似應(yīng)用情況下， 直線度質(zhì)量更好。
工作輥角度對
應(yīng)力反向次數(shù)和矯直效果的影響
? 兩個工作輥軸線與被矯直管子軸線之間角度越小， 管子通過矯直機時行進同樣的離， 其旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)越多， 因此， 也就承受更多次的應(yīng)力反向(假設(shè)工作輥曲線相同)。
? 然而， 角度太小， 矯直機產(chǎn)量會受到限制， 在選擇十輥還是六輥矯直機， 需要在矯直精度、 產(chǎn)量和投資成本做出權(quán)衡。
十輥優(yōu)于六輥矯直機的其他特點
在六輥矯直機上只有一種工作輥設(shè)定方法， 也就是中下輥高出前后輥， 產(chǎn)生一個正撓度的彎曲矯直； 而十輥則有三對輥子可調(diào)整矯直撓度， 這在一定情形下是有好處的。
實際設(shè)備設(shè)計所考慮的問題
? 典型的設(shè)備設(shè)計不管六輥還是十輥基本上是一樣的， 下面具體的實例是按十輥設(shè)計來敘述的。前面提到的理論矯直要求必須通過實際設(shè)計的矯直機來滿足， 矯直機要具備覆蓋很大直徑范圍的鋼管， 很好的可靠性和足夠快的生產(chǎn)速度。
? 矯直過程中所施加的載荷是靠堅固的鋼結(jié)構(gòu)頂蓋和底座來承受的， 頂蓋和底座是靠數(shù)根圓形鋼立柱連在一起的。 底座支撐五個下工作輥， 每個工作輥安裝在一對軸承座之間，靠螺栓把在輥子托盤上， 每個輥子托盤通過一圓孔安裝在底座上。 頂蓋的設(shè)計總的來說是類似的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，用以支撐五個上工作輥。
為矯直加厚端管子而設(shè)計的快開
在矯直機生產(chǎn)線上， 矯直機的輥縫設(shè)定成允許加厚端通過。 當(dāng)管子以慢速咬入時， 管端在切斷安裝在第一對輥子處的光柵時， 即啟動了 延時， 上工作輥按信號閉合， 壓在正常管徑的管體上。 閉合動作極為快捷， 保證在加厚端結(jié)束處就有輥子接觸上進行矯直。同樣在第二和第三對輥子處也安裝了 光電管， 在加厚端通過后上工作輥閉合， 在第三對工作輥閉合后， 主傳動開始加速， 直到設(shè)定的正常矯直速度。
在入口槽的一個光電管感應(yīng)到管子的尾端時， 在尾端靠近矯直機時， 主傳動減速到咬入速度， 控制系統(tǒng)的三個延時順序給信號打開入口上輥、 中上輥和出口上輥， 以便讓加厚端通過各對矯直輥。
實際設(shè)備設(shè)計所考慮的問題
? 為了 對所有直徑的管子進行矯直， 每個上輥的位置借助一絲杠機構(gòu)進行調(diào)整， 每個輥子在導(dǎo)向孔內(nèi)垂直調(diào)整位置。 第二(六輥)、 第三和第四(十輥)個下輥也有類似機構(gòu)， 以便調(diào)整施加在管子上的撓度。
? 為了 保持管子與輥子接觸的最大長度， 在不同管徑下要調(diào)整矯直角度， 這是通過一導(dǎo)螺桿和螺母轉(zhuǎn)動輥子托盤實現(xiàn)的。
? 為了 有助于設(shè)備調(diào)整的重復(fù)設(shè)定， 通常提供有顯示工作輥垂直和角度位置的功能， 在小矯直機上可能是安裝在手輪上的指針轉(zhuǎn)盤， 而在大矯直機上則為帶數(shù)字編碼器的調(diào)整機構(gòu)， 顯示在操作工控制界面上。
? 當(dāng)所有輥子的角度及垂直位置都設(shè)定得適合所要矯直的管子規(guī)格及鋼級時， 每個輥子的位置就要鎖緊。 在小矯直機上可采用手動夾緊螺栓， 大矯直機通常采用短行程液壓缸鎖緊工作輥托盤軸。
工作輥主傳動采用兩臺同樣的電機和傳輸設(shè)備分別傳動上工作輥和下工作輥。 每個傳動包括帶五(三)個輸出軸的減速及分配齒輪箱， 通過萬向軸驅(qū)動每個工作輥。 萬向軸要適應(yīng)工作輥必要的角度及垂直方向的運動范圍。
工作輥位置設(shè)定
? 如上所述， 矯直機通常都有工作輥角度和垂直位置的顯示， 以便了 解設(shè)定是否合適， 并記錄下來， 以便在以后生產(chǎn)類似產(chǎn)品時調(diào)用。 現(xiàn)在都可以通過HMI系統(tǒng)實現(xiàn)， 操作工只需要輸入管子的參數(shù)， 如管徑、 壁厚和材質(zhì)， 矯直機即可建議一個最佳的設(shè)定方案， 只要操作工接受，矯直機即可按照建議的方案自 動進行設(shè)定， 操作工再輔助以“微調(diào)” 達(dá)到最佳的調(diào)整效果。
? 所需要的設(shè)定計算是通過數(shù)學(xué)模型、 查表法， 以及參考已經(jīng)用過的數(shù)據(jù)庫和這幾種方法的綜合而得到的。
工作輥位置設(shè)定
另一個有助于了解矯直過程的工具是壓力傳感器， 它們可給出工作輥實際施加在管子上的載荷。 這些測量的讀數(shù)可顯示出矯直同類管子時的變化， 由此可決定是否需要進行修正矯直設(shè)定， 在不考慮輥子磨損情況下保證矯直機設(shè)定的重復(fù)性。
重型設(shè)計的矯直機
管子矯直機的重型設(shè)計是在考慮矯直高屈服強度、 大壁厚API質(zhì)量的石油專用管而開發(fā)出來的。
輥子支撐方法 :
六個輥子的每個輥子都借助軸承座安裝在鋼制托盤上。
輥子托盤需要進行角度調(diào)整， 它 插進重型鋼制輥子底座上。
每個輥子底座都有四個很對稱的滑套， 各在一個角 上，以便在主機立柱上進行上下滑動。
三個上輥和中 下輥都各裝備有兩個蝸輪蝸桿機構(gòu)， 以便在同一垂直面上調(diào)整輥子的上下位置。 絲杠機構(gòu)安在輥子軸承座的正下方以消除施加到輥子托盤上的任何彎曲載荷， 并在管子咬入和離開輥子時提高輥子的穩(wěn)定性。
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