钢管矫直-布朗克斯钢管矫直机简介

钢 钢 管 管 矫 矫 直 直- 布 布 朗 朗 克 克 斯 斯 钢 钢 管 管 矫 矫 直 直 机 机 简 简 介 介
Via 常 州 精 密 钢 管 博 客
钢 钢 管 管 矫 矫 直 直 布 布 朗 朗 克 克 斯 斯 钢 钢 管 管 矫 矫 直 直 机 机 简 简 介 介
无 论 是 什 么 生 产 工 艺 ， 连 续 焊 管 、 拉 拔 、 挤 压 、 皮 尔 格 热 轧 或 者 任 何 其 他 工 艺 ， 几 乎 所 有 钢 管 在 其 生 产 过 程 中 的 某
个 阶 段 都 需 要 进 行 矫 直 。
矫 直 圆 形 钢 管 最 有 效 且 产 量 最 高 的 方 式 就 是 采 用 斜 辊 矫 直 机 。
斜 辊 矫 直 机 是 将 它 们 的 辊 子 对 走 钢 线 成 一 定 角 度 安 装 ， 这 样 钢 管 可 以 旋 转 着 通 过 矫 直 机 。借 借 助 助 弯 弯 曲 曲 进 进 行 行 矫 矫 直 直
各 类 型 矫 直 机 的 通 用 方 法 是 施 加 给 钢 管 的 每 个 部 分 一 个 比 被 矫 直 材 料 屈 服 点 高 的 应 力 ， 然 后 再 逐 渐 消 除 这 一 应 力 。
两 种 矫 直 机 都 是 借 助 沿 钢 管 轴 线 上 通 过 弯 曲 对 钢 管 产 生 一 应 力( 在 图1 中 箭 头 表 示 弯 曲 载 荷)拉 拉 伸 伸 及 及 压 压 缩 缩 载 载 荷 荷
除 此 之 外 ， 六 辊 和 十 辊 矫 直 机 还 都 可 以 施 加 一 碾 轧 或 归 圆 的 载 荷 ， 这 个 力 也 有 助 于 达 到 所 期 望 的 矫 直 效 果( 见 图2.) 。 事
实 上 ， 当 钢 管 通
过 矫 直 机 时 是 旋 转 的 ， 这 就 使 得 钢 管 的 每 一 部 分 都 可 以 被 辊 子 压 到( 见 图3.) 。 为 了 保 证 达 到 这 样 的 效 果 ， 每 对 辊 子 的
间 距 就 要 设 计 成 在 管 子 上 施 加 压 力 的 带 宽 要 有 搭 接 。图2 图3
碾 碾 轧 轧 及 及 弯 弯 曲 曲 载 载 荷 荷
? 通 过 六 辊 或 十 辊 矫 直 机 能 够 在 钢 管 上 施 加 碾 轧 载 荷 具 有 如 下 益 处 ：
A) 管 子 端 头 到 断 头 的 直 线 度 得 到 改 善 ；
B) 有 一 定 椭 圆 度 的 管 子 得 以 归 圆 。
? 如 果 要 想 通 过 沿 钢 管 轴 向 施 加 弯 曲 载 荷 以 达 到 矫 直 钢 管 的 目 的 的 话 ， 很 显 然 只 有 当 钢 管 整 个 通 过 处 于 有 支 撑 的 辊 子 下
才 能 得 以 弯 曲 。 因 此 在 管 子 端 头 进 到 第 二 对 辊 子 前 和 尾 部 离 开 第 一 对 矫 直 辊 时 ， 是 不 能 得 到 矫 直 的 。 换 言 之 ， 因 为 不 能 弯
曲 ， 在 一 个 大 约 相 当 于 工 作 辊 中 心 距 的 长 度 的 两 个 管 端 是 得 不 到 矫 直 的 。曲 ， 在 一 个 大 约 相 当 于 工 作 辊 中 心 距 的 长 度 的 两 个 管 端 是 得 不 到 矫 直 的 。
? 在 我 们 的 六 或 十 个 相 向 安 装 的 辊 子 矫 直 机 中 ， 由 于 碾 轧 而 产 生 的 应 力 ， 比 起 其 他 的 矫 直 方 法 来 ， 对 头 部 和 尾 部 的 直 线
度 有 显 著 的 改 善 。 除 此 之 外 ， 在 管 子 上 的 椭 圆 度 得 以 明 显 减 小 。
? 实 践 中 还 发 现 ， 通 过 采 用 对 被 矫 直 的 管 子 综 合 实 施 碾 轧 和 弯 曲 ， 可 以 得 到 最 佳 的 直 线 度 ， 而 每 种 载 荷 的 比 例 取 决 于
管 子 直 径 、 轧 辊 尺 寸 和 中 心 ， 以 及 管 子 直 径 与 壁 厚 的 比 例 等 。
六 六 辊 辊 和 和 十 十 辊 辊 矫 矫 直 直 机 机 的 的 优 优 点 点
? 六 辊 和 十 辊 矫 直 机 比 起 其 他 类 型 矫 直 机 在 设 计 上 的 一 个 主 要 优 点 就 是 接 触 管 子 的 所 有 辊 子 都 是 驱 动 的 。 如 果 不 是 这 样
的 话 ， 那 么 在 矫 直 机 的 入 口 处 ， 管 子 必 须 要 将 一 个 或 多 个 固 定 空 转 辊 加 速 到 矫 直 速 度 。 这 就 不 可 避 免 地 造 成 一 些 打 滑 并 且
相 应 地 在 头 部 造 成 划 痕 ， 从 而 使 那 些 表 面 有 特 殊 质 量 需 求 的 管 子 达 不 到 要 求 。
? 六 辊 和 十 辊 斜 辊 矫 直 机 的 工 作 辊 辊 形 具 有 较 长 的 双 曲 线 ， 因 此 可 以 使 碾 轧 及 弯 曲 载 荷 尽 可 能 长 地 分 布 在 管 子 上 ， 从 而
减 少 了 接 触 压 力 ， 以 及 造 成 外 部 和 内 部 矫 直 痕 迹 的 趋 势 。
? 长 的 工 作 辊 包 罗 线 还 能 保 证 管 子 被 完 全 包 住 并 且 不 需 要 额 外 的 导 向 装 置 控 制 管 子 位 置 ， 也 避 免 由 此 产 生 的 划 痕 。
六 六 辊 辊 与 与 十 十 辊 辊 矫 矫 直 直 机 机 的 的 比 比 较 较
选 择 十 辊 矫 直 机 ， 而 不 采 用 六 辊 主 要 有 两 个 原 因 ， 即 ：
? 质 量 更 佳 ， 直 线 度 更 加 恒 定
? 在 维 修 及 直 线 度 都 在 可 接 受 的 范 围 内 ， 追 求 较 高 的 生 产 速 度 。
除 了 上 面 两 点 ， 还 应 考 虑 到 设 备 投 资 成 本 的 增 加 ， 因 为 多 出 了 两 对 工 作 辊 。

六 辊 矫 直 机 十 辊 矫 直 机
BRONX/TAYLOR-WILSON
布 朗 克 斯/ 泰 勒- 威 尔 逊10CR5 矫 直 机BRONX/TAYLOR-WILSON
布 朗 克 斯/ 泰 勒- 威 尔 逊
6CR11 – 矫 直 加 厚 端 管 的 重 型 矫 直 机

六 六 辊 辊 与 与 十 十 辊 辊 矫 矫 直 直 机 机 的 的 比 比 较 较
在 任 何 交 叉 形 式 斜 辊 矫 直 机 所 达 到 的 直 线 度 可 归 纳 为 ， 取 决 于 在 管 子 通 过 矫 直 机 时 ， 施 加 在 管 子 每 个 单 元 上 应 力 反 向
的 次 数 。 应 力 反 向 的 次 数 越 多 ， 所 能 达 到 的 直 线 度 越 高 、 越 恒 定 。
施 加 在 管 子 上 的 应 力 反 向 次 数 可 以 通 过 两 种 途 径 增 加 ：
? 增 加 工 作 辊 的 对 数 ， 由 此 而 增 加 将 管 子 压 至 屈 服 强 度 以 上 的 额 外 的 点 ， 可 以 对 钢 管 进 行 碾 轧 及/ 或 弯 曲
? 在 管 子 通 过 矫 直 机 任 何 一 段 距 离 ， 增 加 管 子 的 旋 转 次 数 。
增 增 加 加 工 工 作 作 辊 辊 对 对 数 数
? 在 六 辊 矫 直 机 上 ， 很 显 然 管 子 在 三 处 可 能 通 过 碾 轧 将 管 子 压 到 屈 服 点 以 上 ， 即 ： 在 入 口 、 中 心 和 出 口 的 各 对 工 作 辊? 在 六 辊 矫 直 机 上 ， 很 显 然 管 子 在 三 处 可 能 通 过 碾 轧 将 管 子 压 到 屈 服 点 以 上 ， 即 ： 在 入 口 、 中 心 和 出 口 的 各 对 工 作 辊
处 。 此 外 ， 所 需 的 管 子 屈 服 点 以 上 弯 曲 矫 直 只 有 一 次 ， 即 在 中 间 的 一 对 工 作 辊 处 。
? 在 十 辊 矫 直 机 上 则 多 了 两 次 施 加 给 管 子 的 碾 轧 机 会 ， 而 管 子 屈 服 点 以 上 的 弯 曲 矫 直 则 发 生 在 三 处 ， 即 第 二 、 第 三 和
第 四 对 工 作 辊 处 。
? 十 辊 矫 直 机 提 供 了 更 多 的 应 力 反 向 ， 因 此 ， 相 对 六 辊 矫 直 机 而 言 ， 在 类 似 应 用 情 况 下 ， 直 线 度 质 量 更 好 。
工 工 作 作 辊 辊 角 角 度 度 对 对
应 力 反 向 次 数 和 矫 直 效 果 的 影 响
? 两 个 工 作 辊 轴 线 与 被 矫 直 管 子 轴 线 之 间 角 度 越 小 ， 管 子 通 过 矫 直 机 时 行 进 同 样 的 离 ， 其 旋 转 的 圈 数 越 多 ， 因 此 ， 也
就 承 受 更 多 次 的 应 力 反 向( 假 设 工 作 辊 曲 线 相 同) 。
? 然 而 ， 角 度 太 小 ， 矫 直 机 产 量 会 受 到 限 制 ， 在 选 择 十 辊 还 是 六 辊 矫 直 机 ， 需 要 在 矫 直 精 度 、 产 量 和 投 资 成 本 做 出 权
衡 。十 十 辊 辊 优 优 于 于 六 六 辊 辊 矫 矫 直 直 机 机 的 的 其 其 他 他 特 特 点 点
在 六 辊 矫 直 机 上 只 有 一 种 工 作 辊 设 定 方 法 ， 也 就 是 中 下 辊 高 出 前 后 辊 ， 产 生 一 个 正 挠 度 的 弯 曲 矫 直 ； 而 十 辊 则 有 三 对
辊 子 可 调 整 矫 直 挠 度 ， 这 在 一 定 情 形 下 是 有 好 处 的 。

实 实 际 际 设 设 备 备 设 设 计 计 所 所 考 考 虑 虑 的 的 问 问 题 题
? 典 型 的 设 备 设 计 不 管 六 辊 还 是 十 辊 基 本 上 是 一 样 的 ， 下 面 具 体 的 实 例 是 按 十 辊 设 计 来 叙 述 的 。 前 面 提 到 的 理 论 矫 直 要
求 必 须 通 过 实 际 设 计 的 矫 直 机 来 满 足 ， 矫 直 机 要 具 备 覆 盖 很 大 直 径 范 围 的 钢 管 ， 很 好 的 可 靠 性 和 足 够 快 的 生 产 速 度 。
? 矫 直 过 程 中 所 施 加 的 载 荷 是 靠 坚 固 的 钢 结 构 顶 盖 和 底 座 来 承 受 的 ， 顶 盖 和 底 座 是 靠 数 根 圆 形 钢 立 柱 连 在 一 起 的 。 底 座
支 撑 五 个 下 工 作 辊 ， 每 个 工 作 辊 安 装 在 一 对 轴 承 座 之 间 ， 靠 螺 栓 把 在 辊 子 托 盘 上 ， 每 个 辊 子 托 盘 通 过 一 圆 孔 安 装 在 底 座
上 。 顶 盖 的 设 计 总 的 来 说 是 类 似 的 设 计 和 结 构 ， 用 以 支 撑 五 个 上 工 作 辊 。为 为 矫 矫 直 直 加 加 厚 厚 端 端 管 管 子 子 而 而 设 设 计 计 的 的 快 快 开 开
在 矫 直 机 生 产 线 上 ， 矫 直 机 的 辊 缝 设 定 成 允 许 加 厚 端 通 过 。 当 管 子 以 慢 速 咬 入 时 ， 管 端 在 切 断 安 装 在 第 一 对 辊 子 处 的
光 栅 时 ， 即 启 动 了 延 时 ， 上 工 作 辊 按 信 号 闭 合 ， 压 在 正 常 管 径 的 管 体 上 。 闭 合 动 作 极 为 快 捷 ， 保 证 在 加 厚 端 结 束 处 就 有
辊 子 接 触 上 进 行 矫 直 。 同 样 在 第 二 和 第 三 对 辊 子 处 也 安 装 了 光 电 管 ， 在 加 厚 端 通 过 后 上 工 作 辊 闭 合 ， 在 第 三 对 工 作 辊 闭 合
后 ， 主 传 动 开 始 加 速 ， 直 到 设 定 的 正 常 矫 直 速 度 。
在 入 口 槽 的 一 个 光 电 管 感 应 到 管 子 的 尾 端 时 ， 在 尾 端 靠 近 矫 直 机 时 ， 主 传 动 减 速 到 咬 入 速 度 ， 控 制 系 统 的 三 个 延 时 顺
序 给 信 号 打 开 入 口 上 辊 、 中 上 辊 和 出 口 上 辊 ， 以 便 让 加 厚 端 通 过 各 对 矫 直 辊 。
实 实 际 际 设 设 备 备 设 设 计 计 所 所 考 考 虑 虑 的 的 问 问 题 题
? 为 了 对 所 有 直 径 的 管 子 进 行 矫 直 ， 每 个 上 辊 的 位 置 借 助 一 丝 杠 机 构 进 行 调 整 ， 每 个 辊 子 在 导 向 孔 内 垂 直 调 整 位 置 。
第 二( 六 辊) 、 第 三 和 第 四( 十 辊) 个 下 辊 也 有 类 似 机 构 ， 以 便 调 整 施 加 在 管 子 上 的 挠 度 。
? 为 了 保 持 管 子 与 辊 子 接 触 的 最 大 长 度 ， 在 不 同 管 径 下 要 调 整 矫 直 角 度 ， 这 是 通 过 一 导 螺 杆 和 螺 母 转 动 辊 子 托 盘 实 现
的 。
? 为 了 有 助 于 设 备 调 整 的 重 复 设 定 ， 通 常 提 供 有 显 示 工 作 辊 垂 直 和 角 度 位 置 的 功 能 ， 在 小 矫 直 机 上 可 能 是 安 装 在 手 轮
上 的 指 针 转 盘 ， 而 在 大 矫 直 机 上 则 为 带 数 字 编 码 器 的 调 整 机 构 ， 显 示 在 操 作 工 控 制 界 面 上 。
? 当 所 有 辊 子 的 角 度 及 垂 直 位 置 都 设 定 得 适 合 所 要 矫 直 的 管 子 规 格 及 钢 级 时 ， 每 个 辊 子 的 位 置 就 要 锁 紧 。 在 小 矫 直 机 上
可 采 用 手 动 夹 紧 螺 栓 ， 大 矫 直 机 通 常 采 用 短 行 程 液 压 缸 锁 紧 工 作 辊 托 盘 轴 。
工 作 辊 主 传 动 采 用 两 台 同 样 的 电 机 和 传 输 设 备 分 别 传 动 上 工 作 辊 和 下 工 作 辊 。 每 个 传 动 包 括 带 五( 三) 个 输 出 轴 的 减 速 及
分 配 齿 轮 箱 ， 通 过 万 向 轴 驱 动 每 个 工 作 辊 。 万 向 轴 要 适 应 工 作 辊 必 要 的 角 度 及 垂 直 方 向 的 运 动 范 围 。工 工 作 作 辊 辊 位 位 置 置 设 设 定 定
? 如 上 所 述 ， 矫 直 机 通 常 都 有 工 作 辊 角 度 和 垂 直 位 置 的 显 示 ， 以 便 了 解 设 定 是 否 合 适 ， 并 记 录 下 来 ， 以 便 在 以 后 生 产
类 似 产 品 时 调 用 。 现 在 都 可 以 通 过HMI 系 统 实 现 ， 操 作 工 只 需 要 输 入 管 子 的 参 数 ， 如 管 径 、 壁 厚 和 材 质 ， 矫 直 机 即 可 建
议 一 个 最 佳 的 设 定 方 案 ， 只 要 操 作 工 接 受 ， 矫 直 机 即 可 按 照 建 议 的 方 案 自 动 进 行 设 定 ， 操 作 工 再 辅 助 以“ 微 调” 达 到 最 佳 的
调 整 效 果 。
? 所 需 要 的 设 定 计 算 是 通 过 数 学 模 型 、 查 表 法 ， 以 及 参 考 已 经 用 过 的 数 据 库 和 这 几 种 方 法 的 综 合 而 得 到 的 。工 工 作 作 辊 辊 位 位 置 置 设 设 定 定
另 一 个 有 助 于 了 解 矫 直 过 程 的 工 具 是 压 力 传 感 器 ， 它 们 可 给 出 工 作 辊 实 际 施 加 在 管 子 上 的 载 荷 。 这 些 测 量 的 读 数 可 显
示 出 矫 直 同 类 管 子 时 的 变 化 ， 由 此 可 决 定 是 否 需 要 进 行 修 正 矫 直 设 定 ， 在 不 考 虑 辊 子 磨 损 情 况 下 保 证 矫 直 机 设 定 的 重 复
性 。重 重 型 型 设 设 计 计 的 的 矫 矫 直 直 机 机
管 子 矫 直 机 的 重 型 设 计 是 在 考 虑 矫 直 高 屈 服 强 度 、 大 壁 厚API 质 量 的 石 油 专 用 管 而 开 发 出 来 的 。
辊 子 支 撑 方 法 :
六 个 辊 子 的 每 个 辊 子 都 借 助 轴 承 座 安 装 在 钢 制 托 盘 上 。
辊 子 托 盘 需 要 进 行 角 度 调 整 ， 它 插 进 重 型 钢 制 辊 子 底 座 上 。
每 个 辊 子 底 座 都 有 四 个 很 对 称 的 滑 套 ， 各 在 一 个 角 上 ， 以 便 在 主 机 立 柱 上 进 行 上 下 滑 动 。三 个 上 辊 和 中 下 辊 都 各 装 备 有 两 个 蜗 轮 蜗 杆 机 构 ， 以 便 在 同 一 垂 直 面 上 调 整 辊 子 的 上 下 位 置 。 丝 杠 机 构 安 在 辊 子 轴 承
座 的 正 下 方 以 消 除 施 加 到 辊 子 托 盘 上 的 任 何 弯 曲 载 荷 ， 并 在 管 子 咬 入 和 离 开 辊 子 时 提 高 辊 子 的 稳 定 性 。

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