鋼管矯直 布朗克斯鋼管矯直機(jī)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(jìn)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(jī)。
斜輥矯直機(jī)是將它們的輥?zhàn)訉ψ咪摼€成一定角度安裝， 這樣鋼管可以旋轉(zhuǎn)著通過矯直機(jī)。
借助彎曲進(jìn)行矯直
各類型矯直機(jī)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(diǎn)高的應(yīng)力， 然后再逐漸消除這一應(yīng)力。
兩種矯直機(jī)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(jī)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(shí)上， 當(dāng)鋼管通
過矯直機(jī)時是旋轉(zhuǎn)的， 這就使得鋼管的每一部分都可以被輥?zhàn)訅旱?見圖3.)。 為了 保證達(dá)到這樣的效果， 每對輥?zhàn)拥拈g距就要設(shè)計(jì)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(jī)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?zhàn)酉虏拍艿靡詮澢?因此在管子端頭進(jìn)到第二對輥?zhàn)忧昂臀膊侩x開第一對矯直輥時，是不能得到矯直的。 換言之， 因?yàn)椴荒軓澢?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?zhàn)映C直機(jī)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(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)， 通過采用對被矯直的管子綜合實(shí)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(jī)的優(yōu)點(diǎn)
? 六輥和十輥矯直機(jī)比起其他類型矯直機(jī)在設(shè)計(jì)上的一個主要優(yōu)點(diǎn)就是接觸管子的所有輥?zhàn)佣际球?qū)動的。 如果不是這樣的話， 那么在矯直機(jī)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(jī)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(jī)的比較
選擇十輥矯直機(jī)， 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(diǎn)， 還應(yīng)考慮到設(shè)備投資成本的增加， 因?yàn)槎喑隽?兩對工作輥。
六輥矯直機(jī) 十輥矯直機(jī)
BRONX/TAYLOR-WILSON
布朗克斯/泰勒-威爾遜10CR5矯直機(jī)
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(jī)
六輥與十輥矯直機(jī)的比較
在任何交叉形式斜輥矯直機(jī)所達(dá)到的直線度可歸納為， 取決于在管子通過矯直機(jī)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(qiáng)度以上的額外的點(diǎn)， 可以對鋼管進(jìn)行碾軋及/或彎曲
? 在管子通過矯直機(jī)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(jī)上， 很顯然管子在三處可能通過碾軋將管子壓到屈服點(diǎn)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(diǎn)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(jī)上則多了 兩次施加給管子的碾軋機(jī)會， 而管子屈服點(diǎn)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(jī)提供了 更多的應(yīng)力反向， 因此， 相對六輥矯直機(jī)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(jī)時行進(jìn)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(jī)產(chǎn)量會受到限制， 在選擇十輥還是六輥矯直機(jī)， 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(jī)的其他特點(diǎn)
在六輥矯直機(jī)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?zhàn)涌烧{(diào)整矯直撓度， 這在一定情形下是有好處的。
實(shí)際設(shè)備設(shè)計(jì)所考慮的問題
? 典型的設(shè)備設(shè)計(jì)不管六輥還是十輥基本上是一樣的， 下面具體的實(shí)例是按十輥設(shè)計(jì)來敘述的。前面提到的理論矯直要求必須通過實(shí)際設(shè)計(jì)的矯直機(jī)來滿足， 矯直機(jī)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(jiān)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?zhàn)油斜P上， 每個輥?zhàn)油斜P通過一圓孔安裝在底座上。 頂蓋的設(shè)計(jì)總的來說是類似的設(shè)計(jì)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(jì)的快開
在矯直機(jī)生產(chǎn)線上， 矯直機(jī)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?zhàn)犹幍墓鈻艜r， 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?zhàn)咏佑|上進(jìn)行矯直。同樣在第二和第三對輥?zhàn)犹幰舶惭b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(jī)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(shí)際設(shè)備設(shè)計(jì)所考慮的問題
? 為了 對所有直徑的管子進(jìn)行矯直， 每個上輥的位置借助一絲杠機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整， 每個輥?zhàn)釉趯?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(jī)構(gòu)， 以便調(diào)整施加在管子上的撓度。
? 為了 保持管子與輥?zhàn)咏佑|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?zhàn)油斜P實(shí)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(jī)上可能是安裝在手輪上的指針轉(zhuǎn)盤， 而在大矯直機(jī)上則為帶數(shù)字編碼器的調(diào)整機(jī)構(gòu)， 顯示在操作工控制界面上。
? 當(dāng)所有輥?zhàn)拥慕嵌燃按怪蔽恢枚荚O(shè)定得適合所要矯直的管子規(guī)格及鋼級時， 每個輥?zhàn)拥奈恢镁鸵i緊。 在小矯直機(jī)上可采用手動夾緊螺栓， 大矯直機(jī)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(jī)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(yùn)動范圍。
工作輥位置設(shè)定
? 如上所述， 矯直機(jī)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(shí)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(jī)即可建議一個最佳的設(shè)定方案， 只要操作工接受，矯直機(jī)即可按照建議的方案自 動進(jìn)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(jì)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(shí)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(jìn)行修正矯直設(shè)定， 在不考慮輥?zhàn)幽p情況下保證矯直機(jī)設(shè)定的重復(fù)性。
重型設(shè)計(jì)的矯直機(jī)
管子矯直機(jī)的重型設(shè)計(jì)是在考慮矯直高屈服強(qiáng)度、 大壁厚API質(zhì)量的石油專用管而開發(fā)出來的。
輥?zhàn)又畏椒?:
六個輥?zhàn)拥拿總€輥?zhàn)佣冀柚S承座安裝在鋼制托盤上。
輥?zhàn)油斜P需要進(jìn)行角度調(diào)整， 它 插進(jìn)重型鋼制輥?zhàn)拥鬃稀?/p>
每個輥?zhàn)拥鬃加兴膫€很對稱的滑套， 各在一個角 上，以便在主機(jī)立柱上進(jìn)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(jī)構(gòu)， 以便在同一垂直面上調(diào)整輥?zhàn)拥纳舷挛恢谩?絲杠機(jī)構(gòu)安在輥?zhàn)虞S承座的正下方以消除施加到輥?zhàn)油斜P上的任何彎曲載荷， 并在管子咬入和離開輥?zhàn)訒r提高輥?zhàn)拥姆€(wěn)定性。
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