李俊峰，陈 欣，陈学仁

(1.佛山市亚亮电工设备有限公司，广东 佛山，528311;2.广东冠邦科技有限公司，广东 佛山，528311)

0 前言

矫直机是精整生产线的主体设备，近年来，随着管材直径的不断加大及产品质量要求的提高，矫直技术也在不断提升。φ530 mm 六辊管材矫直机是为某不锈钢厂研制的大规格矫直机，用于对大直径、无缝不锈钢管进行矫直。

1 矫直机的主要技术参数

(1)待矫管材的规格及材质。

管材直径D Φ100～Φ530 mm

管材壁厚 δ ≤28 mm

管材长度 3500～15000 mm

材 质 不锈钢管

屈服极限 ≤300 MPa

(2)矫直前的管材参数。

直径允许偏差 ±1.25%D

壁厚允许偏差 ±12.5%δ

原始弯曲 ≤10 mm/m(全长总弯曲≤200 mm)

(3)矫直后的管材参数。

矫直精度 ≤1 mm/m

不圆度 ≤公称外径的0.3%

矫后表面 表面无划痕、无擦伤等

(4)矫直主机技术参数。

矫直辊 φ460 mm×900 mm

辊 距 1400 mm

矫直辊辊系 2－2－2

矫直速度 ≤15 m/min

2 矫直机组组成及平面布置

φ530 mm 六辊管材矫直机主要由机械系统、电气控制系统、液压系统等组成。其平面布置图如图1 所示。机械部分主要由上料装置、矫直机主机、出料装置组成。φ530mm 六辊管材矫直机的来料有两种:一是从退火炉出料辊道直接输送到矫直机上料辊道;另一种是从拉拔机或扩管机吊料至上料台架。

电气控制系统采用PLC 可编程序控制器和工控机进行控制，完成矫直机速度控制、矫直辊辊缝控制、矫直辊角度控制、机组自动化控制等，矫直工艺参数实现配方化管理，可以在HMI 人机界面上进行存储、调用、修改、删除等操作。

液压系统由油箱、机泵组、阀台等组成，主要实现入口第一个上辊的快速开合、矫直过程中快开油缸和平衡油缸的保压及完成辅机其他油缸的动作。

图1 φ530 mm 六辊管材矫直机组平面布置图Fig.1 Layout of φ530 mm six roll tube straightener

3 矫直机组的创新设计

3.1 上料自动散料装置

矫直机上料过程是待矫料从无序到有序的过程，由于来料存在较大的原始弯曲，机组工艺中存在成捆吊料上料，考虑管材直径较大，单根管坯较重，人工散料强度太大等问题，设计时上料台架配备6组自动散料机构，通过电机、减速机带动链条，链条上设有拨爪，拨爪由油缸控制，可以在任意位置插入到堆放的来料间。同时考虑到料可能存在倾斜放置等状况，所以6组拨爪通过液压与电气控制系统可实现集体升降，也可单独升降，拨爪单独升降通过后续实际使用验证非常有必要。

3.2 上料输送辊组合结构

该矫直机既有坯料、半成品矫直，又有成品矫直，成品管坯对表面质量要求非常高，所以上料V 型输送辊(尺寸为φ200(底径)mm ×700 mm)采用尼龙辊，保护管材表面，但是尼龙辊耐磨性很差，尤其是退火出来很弯的管材，很容易损坏输送辊，同时大直径矫直机的上料输送辊也比较大，整体更换成本非常高。本次设计采用组合式辊体，即每个V 型辊由7组100 mm 宽的尼龙环组成，使用时只需更换损坏部位的尼龙环即可，此结构新颖实用，为后续生产节约了成本，组合辊体如图2 所示。

图2 上料输送辊组合结构Fig.2 Combination structure of feeding conveyor roller

3.3 矫直机上辊滑动结构

通常，矫直机上辊滑动有套筒式和立柱滑块式两种方式。如图3 所示，套筒式矫直辊安装在套筒上，套筒与上横梁配合，通过丝杆螺母结构实现升降，此种方式的稳定性取决套筒的直径与套筒长度，适用于中小规格矫直;立柱滑块式滑动机构如图4 所示，上矫直辊安装在活动梁上，每个活动梁在两个(或四个)立柱中垂直滑动，此种方式的定位及稳定性均好，适用于大规格矫直。

图3 套筒式滑动机构Fig.3 Sliding sleeve structure

图4 立柱滑块式滑动机构Fig.4 Upright sliding structure

3.4 上辊压下机构及液压控制

三个上辊压下位置电动自动调整，压下速度可调，辊缝值通过位移传感器、电参数转换计算在操作台面显示屏上自动数显。操作时只需输入管坯直径，上辊会自动调整到位，三个上辊的压下机构即可单动又可联动，调整方便、可靠，调整精度高。

同时每个上矫直辊两侧设有平衡油缸(简称平衡缸)，起到消除丝杆螺母间隙的作用，提高辊缝精度。平衡缸有杆腔为工作腔，无杆腔接油箱，当矫直辊角度及辊缝调整时，平衡缸有杆腔泄压;调整结束后，平衡油缸有杆腔进油并一直保压。同时入口第一个上辊串联液压缸(简称快开缸)，可以快速开合，方便管坯的咬入，快速开合功能在后续使用中得到验证，对弯料大料的咬入非常方便、实用。快开缸及平衡缸控制原理图(见图5)及控制思路如下:

图5 快开缸及平衡缸控制原理图Fig.5 Control principle diagram of quick opening cylinder and balance cylinder

快开缸具有直径、行程大及压力高(～25 MPa)等特点，为了满足其快速压下的要求，设计时快开缸采用由系统直接供油及系统直接进行压力调定的方式;三组平衡缸的工作压力较低，采用从主油路分一支路，共用一个减压阀，各平衡缸可单独动作。

根据机械结构布置，快开缸两侧各布置一个油缸组成平衡缸组(一)，快开缸与平衡缸的动作要求:快开缸压下/压上时，平衡缸组(一)有杆腔卸荷，如果卸荷不及时，则导致平衡缸组(一)的活塞杆受拉力，平衡缸组(一)活塞杆连接头被拉断，因此，在控制上采用以下流程:

(1)各电磁铁通电顺序。入口检测开关检测到料头后发讯，电磁铁YV1 通电(YV4 在上辊位置调节完成后已处于通电状态)，快开缸打开，根据进料速度，定延时时间，延时完成后，电磁铁YV3 先通电2S 后YV2 再通电，以保证快开缸压下时平衡缸液控单向阀打开，快开缸闭合到位后，YV4 通电，矫直机工作。

(2)平衡缸压力检测。快开缸压下时，虽控制了电磁阀的通电顺序，为了防止出现因液控单向阀的卡阻而使活塞杆连接头被拉断的现象，阀站上平衡缸有杆腔设有压力检测开关，即YV3先通电2S，并检测到压力小于设定值时，YV2再通电，快开缸压下，双重保护，使系统更安全可靠。上辊位置调整时，各压下执行元件的启停和与相应电磁换向阀连锁，并与位置检测信号闭环，既保证调整的位置准确性，也确保调节动作的顺畅，电机不会被闷车。

该液压控制系统中快开缸利用系统大流量、高压力实现快速开合，并具有保压和溢流保护功能;三个平衡缸，可单独调节，也可一起调节;平衡缸回路具有减压、溢流、保压和速度调节功能;与电气控制配合，很容易实现辊缝自动调节和快开缸的开合控制。

3.5 下1#、3#辊升降调整机构

通常，下1#、3#矫直辊不做升降调整，为固定辊。但该生产线工况比较差，退火料存在大量黑色氧化皮，拉拔及扩管料表面附着一层白色泥状物，矫直时经工艺润滑后成泥状沉淀堆积在下横梁上，如不及时清理，下1#、3#矫直辊很容易被卡死，无法实现调角，基于此，下1#、3#矫直辊设计时托盘下方设有升降机构，角度调整时升降机构将托盘顶起，开始调角;角度调整结束后升降机构落下，托盘靠自重落下，且升降机构与托盘脱开不接触，保证矫直时升降机构不承受矫直力。

4 结束语

φ530 mm 六辊管材矫直机结合了以往矫直机设计、制造方面的成熟技术，同时又根据实际工况等增加了新的创新及改进，为更大规格矫直机的研发积累了宝贵的经验。该生产线已投产四年多，经验证，设备具有设计合理、性能可靠、辊缝及角度调整方便、调整精度高以及整机自动化高等特点，得到用户的认可，设备自投产以来为用户创造了可观的经济效益。

［1］崔甫.矫直原理与矫直机械(二版)［M］.北京:冶金工业出版社，2005.

［2］郑小海，王孟德.φ920 mm 十辊管材矫直机的研制［J］.钢管，2011(2).

［3］熊杰，徐勇，程先华，等.10CR8BW 十辊钢管矫直机的结构特点及分析［J］.宝钢技术，2002(5).

［4］孙向阳，张国伟，封桂祥，等.减少矫直机故障停机时间的对策［J］.河北冶金，2013(5).

［5］李文刚.新型高精度管材矫直机［J］.钢管，1999(5).

［6］李慧中.矫直机及调整参数分析［J］.金属材料与冶金工程，2013(6).

［7］冯晓若.圆材矫直的理论与实践［J］.山西机械，2002(6).

［8］王秀军，李强，贾志刚.斜辊钢管矫直机矫直力计算分析［J］.焊管，2002(3).

［9］贾金凤.矫直机调整工艺分析［J］.应用技术，2013(6).

［10］李连进.六斜辊轧无缝钢管矫直机的压下量研究［J］.锻压技术，2008(10).