斜辊矫直机：增加过载保护系统的现代矫直工具

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：这种辊系用于矫直厚壁管时要增加过载保护系统，现代的六辊矫直机都采用液压过载保护。本矫直机组具有手动控制和自动控制两种工作方式。待矫钢管由矫直机前辊道输送至

1.1　二辊矫直机

二辊矫直机能够矫直管材两端和能压光管材表面，其结构简单，调整方便，矫直精度高、管材头、中、尾矫直效果基本一致和适合高强度合金管材矫直的独特优点又是别种机型难以取代的，这又确立了它的存在并在矫直机中占有重要的一席之地，在机械制造、冶金、仪器仪表工业中有着广泛的应用。二辊矫直设备从四十年代起就已经系列化，主要用于矫直厚壁管材、棒材，可矫直圆材外径范围达Φ1．5～600mm，如英国的ROBERTSON工厂生产五种规格的二辊矫直机，可矫直圆材直径为Φ3.2～200mm，英国BRONX公司生产的二辊矫直机有PBR、PBRV、BRO三个系列十个规格，可矫直圆材直径为Φ1.5～250mm。但是二辊矫直也有自身的缺点，一是只能保证小壁厚系数（D/S≤15）的厚壁管矫直效果好，而矫直薄壁管的效果不佳；二是导板磨损太大，易对钢管表面造成划伤。

二斜辊矫直机的结构：二辊矫直机系统主要由布料台、上料机构、输送辊道，二辊矫直机主机、主传动系统、出料辊道、下料机构和集料器组成，如图4-23所示。主机由机座、上下辊总成、上横梁、压下机构、调角机构、压下检测系统、液压保护系统、工艺润滑系统组成；主传动系统由电机座、电机、减速机、万向联轴器组成。

其结构特点是主机由梁、柱预应力支架构成主体，前有导入套、后有导出套，辊形为上凹下凸反弯辊，采用等曲率反弯辊型，上下辊缝两侧有导位装置，角度调整10°～20°，基准角度15°。角度调整和锁紧采用手动方式，精度可达到0.2°，机械锁紧。压下调整为电机带动蜗轮蜗杆减速机及压下丝杠转动、通过固定在上横梁丝母、使丝杠下压辊座完成压下动作、并由2组平衡液压缸平衡上辊部分重量，并消除丝杠、丝母间隙。压下量由编码器检测位移量由显示屏显示数字，精度≤0.01mm，通过位移量严格控制位置精度保证材料性能。前、后导板装置：前、后导板架分别固定在前后各2立柱上，导板前后调整为手动机械调整及锁紧。导板支撑在立柱上，入口侧的一端可以上、下调整，保证导板中心在辊缝中心线上。

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图4-23　二辊连续矫直机设备组成

上辊装有液压保护油缸，矫直机在工作过程中由液压缸恒压保护，当负载超载时，保护油缸泄压保护被矫直材料和设备。对于HTR60矫直机，主传动系统采用两台75kW变频电机拖动，分别采用两台90kW变频器调速，两台变频器采用主从转矩控制方式以保持上下辊速度的匹配。夹入辊及夹出辊采用1.1kW变频电机拖动，西门子1.1kW变频器调速，夹入辊及夹出辊的速度采用速度给定，转矩控制的方式与矫直辊的速度保持协调。前后辊道各有2台5.5kW普通电机，采用西门子变频器调速控制。压下系统采用1.1kW普通电机，带减速器并在传动丝杠上安装绝对值编码器的方式实现压下量的控制和重复实现。整体布置了2条网络，Profibus DP网络和工业以太网，其中Profibus DP网用来连接PLC、变频器、触摸屏、远程IO、编码器等，工业以太网用来连接PLC、工控机、激光打印机。每个系统内所有动作的控制及传动变频器基础指令发布均通过西门子S7-300 PLC来实现。

二辊矫直机主要的技术指标：

矫直后不降低管棒材的原始圆度等尺寸精度，无扭曲等表面缺陷。

1.2　六辊矫直机

六辊矫直机最大的优势有两点。第一点是由于没有导板装置，六辊矫直机的调整也相对简单、方便，不易造成管材划伤；第二点是可以矫直径厚比d/s≤50各种薄壁管。

另外对于多辊矫直机来讲，该矫直机经济适用性比较好。从理论上讲，在辊距一定的前提下，矫直辊数目越多，轧件的反弯次数就越多，因此，轧件被矫直的质量就越好。但是，辊数增加后就会提高成本，增加矫直机的能耗以及轧件的加工硬化。原则上，在保证矫直质量的前提下，尽量减少矫直辊的数目。

目前国内管厂常用的是2-2-2辊系的六辊矫直机，6个辊全部为驱动辊且以3对辊形式排布，如图4-24所示。

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图4-24　六斜辊矫直机设备组成

这种辊系的两端辊主要起压扁矫直和圆整作用，并有利于工件的咬入，中间辊可以保证较长的塑性弯曲区，使已经压扁的矫直部分尚存在的弯曲得到矫直。对于薄壁管，使管壁全厚产生塑性变形也并不需要很大的压弯量，而只需要较长均匀的（接近等曲率）压弯后逐渐过渡变直。这种辊系可以保证良好的表面和矫直质量，能够满足大多数薄壁管的矫直需要。这种辊系用于矫直厚壁管时要增加过载保护系统，现代的六辊矫直机都采用液压过载保护。

1.2.1　六辊矫直机的工艺流程

待矫钢管由矫直机前辊道输送至进料辊道前的等待工位，光幕检测装置检测到有料时，同时进料辊道内没料，钢管即被输入辊道，布置在辊道入口端的光幕检测装置检测到有料时，并且接到允许进行矫直的指令，输送钢管前进；布置在进料辊道出口端的光幕检测装置检测到钢管后，入口导卫动作，使钢管对中进入矫直机；当钢管头部到达第一对矫直辊后，该对辊的上辊快速压下，同理第二、第三上矫直辊依次动作快速压下，钢管在矫直机里经过两次反复旋转弯曲［最小弯曲频数n=2×t/（ pagenumber_ebook=310,pagenumber_book=290 d×tanα）=4.5］变形后被矫直。当钢管尾部离开第三对矫直辊后，出料辊道中的辊道升起将钢管输送至出料辊道的尾端时，辊道下降，拨料机构动作将料拨出，完成一根钢管的矫直。连续矫直生产时，机组的各种设备在计算机的控制下协调动作，能够达到较高的生产率。本矫直机组具有手动控制和自动控制两种工作方式。采用自动工作时，手动优先。一次矫直如未达到精度要求时，可实现在线直接回退到上料辊道区，进行复矫。钢管矫直工艺流程见图4-25。

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图4-25　矫直工艺流程

1.2.2　六辊矫直机的结构特点

以140六辊矫直机为例，其特点如下所述。

（1）采用了2-2-2对称辊系和高精度的八立柱高刚性预紧机架；

（2）合理的辊形包络曲线，一套辊型即能满足Φ48.3～139.7mm范围所有规格的矫直；

（3）具有上三辊机械调整和上辊单独快开及压下结构，可避免钢管压扁或可能因误操作对机械系统造成的损坏；

（4）6个轧辊都皆为主动的，钢管本身不传递扭矩，可以保护管面；

（5）下辊中辊采用编码器反馈，高精度显示矫直钢管挠度值；

（6）特有的浮动横梁与立柱连接方式，大大提高设备矫直精度；

（7）下辊系统采用有效的防尘、防水、防锈结构，保证了设备的可靠运行；

（8）传动系统采用硬齿面联合齿轮箱，其输出、入轴采用可靠的防漏油结构，并配有方便更换的安全联轴器，万向联轴器采用渐开线花键；

（9）矫直机液压系统，采用力士乐技术的产品，不仅能满足矫直工艺的要求，确保整机稳定、平稳可靠的工作，而且便于维护；

（10）先进的自动化控制系统使矫直机的工艺参数调整更加方便，只需在操作台上通过键盘即可完成，丰富的人机界面及在线监测功能使操作者随时了解和掌握设备的运行情况，尤其是对矫直机的实时跟踪测定特别有利于矫直工艺确定。

1.2.3　六辊矫直机的主要技术指标

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1.2.4　矫直辊的角度调整

矫直辊按计算好的曲线加工完成后并安装，根据矫直不同规格的管径需要重新调整夹角，以保证钢管与辊子表面达到良好的接触，初调整时，可以将钢管送入辊中，使3/4辊身长度与管子接触。辊子与管子的接触部分间隙一般不大于0.05～0.1mm（用塞尺检查），以免发生矫凹缺陷。对于新辊角度调整数值，通过计算机计算能够排除接触不良的数据，算出最小的间隙和最佳接触条件下的夹角数据，计算结果见表4-5。

表4-5　各矫直规格钢管最佳接触条件调整夹角计算

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斜辊矫直机：增加过载保护系统的现代矫直工具

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