φ530 mm 六輥管材矯直機的設計與創(chuàng)新

李俊峰，陳 欣，陳學仁

(1.佛山市亞亮電工設備有限公司，廣東 佛山，528311;2.廣東冠邦科技有限公司，廣東 佛山，528311)

0 前言

矯直機是精整生產(chǎn)線的主體設備，近年來，隨著管材直徑的不斷加大及產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，矯直技術也在不斷提升。φ530 mm 六輥管材矯直機是為某不銹鋼廠研制的大規(guī)格矯直機，用于對大直徑、無縫不銹鋼管進行矯直。

1 矯直機的主要技術參數(shù)

(1)待矯管材的規(guī)格及材質(zhì)。

管材直徑D Φ100～Φ530 mm

管材壁厚 δ ≤28 mm

管材長度 3500～15000 mm

材 質(zhì) 不銹鋼管

屈服極限 ≤300 MPa

(2)矯直前的管材參數(shù)。

直徑允許偏差 ±1.25%D

壁厚允許偏差 ±12.5%δ

原始彎曲 ≤10 mm/m(全長總彎曲≤200 mm)

(3)矯直后的管材參數(shù)。

矯直精度 ≤1 mm/m

不圓度 ≤公稱外徑的0.3%

矯后表面 表面無劃痕、無擦傷等

(4)矯直主機技術參數(shù)。

矯直輥 φ460 mm×900 mm

輥 距 1400 mm

矯直輥輥系 2－2－2

矯直速度 ≤15 m/min

2 矯直機組組成及平面布置

φ530 mm 六輥管材矯直機主要由機械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。其平面布置圖如圖1 所示。機械部分主要由上料裝置、矯直機主機、出料裝置組成。φ530mm 六輥管材矯直機的來料有兩種:一是從退火爐出料輥道直接輸送到矯直機上料輥道;另一種是從拉拔機或擴管機吊料至上料臺架。

電氣控制系統(tǒng)采用PLC 可編程序控制器和工控機進行控制，完成矯直機速度控制、矯直輥輥縫控制、矯直輥角度控制、機組自動化控制等，矯直工藝參數(shù)實現(xiàn)配方化管理，可以在HMI 人機界面上進行存儲、調(diào)用、修改、刪除等操作。

液壓系統(tǒng)由油箱、機泵組、閥臺等組成，主要實現(xiàn)入口第一個上輥的快速開合、矯直過程中快開油缸和平衡油缸的保壓及完成輔機其他油缸的動作。

圖1 φ530 mm 六輥管材矯直機組平面布置圖Fig.1 Layout of φ530 mm six roll tube straightener

3 矯直機組的創(chuàng)新設計

3.1 上料自動散料裝置

矯直機上料過程是待矯料從無序到有序的過程，由于來料存在較大的原始彎曲，機組工藝中存在成捆吊料上料，考慮管材直徑較大，單根管坯較重，人工散料強度太大等問題，設計時上料臺架配備6組自動散料機構，通過電機、減速機帶動鏈條，鏈條上設有撥爪，撥爪由油缸控制，可以在任意位置插入到堆放的來料間。同時考慮到料可能存在傾斜放置等狀況，所以6組撥爪通過液壓與電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)集體升降，也可單獨升降，撥爪單獨升降通過后續(xù)實際使用驗證非常有必要。

3.2 上料輸送輥組合結構

該矯直機既有坯料、半成品矯直，又有成品矯直，成品管坯對表面質(zhì)量要求非常高，所以上料V 型輸送輥(尺寸為φ200(底徑)mm ×700 mm)采用尼龍輥，保護管材表面，但是尼龍輥耐磨性很差，尤其是退火出來很彎的管材，很容易損壞輸送輥，同時大直徑矯直機的上料輸送輥也比較大，整體更換成本非常高。本次設計采用組合式輥體，即每個V 型輥由7組100 mm 寬的尼龍環(huán)組成，使用時只需更換損壞部位的尼龍環(huán)即可，此結構新穎實用，為后續(xù)生產(chǎn)節(jié)約了成本，組合輥體如圖2 所示。

圖2 上料輸送輥組合結構Fig.2 Combination structure of feeding conveyor roller

3.3 矯直機上輥滑動結構

通常，矯直機上輥滑動有套筒式和立柱滑塊式兩種方式。如圖3 所示，套筒式矯直輥安裝在套筒上，套筒與上橫梁配合，通過絲桿螺母結構實現(xiàn)升降，此種方式的穩(wěn)定性取決套筒的直徑與套筒長度，適用于中小規(guī)格矯直;立柱滑塊式滑動機構如圖4 所示，上矯直輥安裝在活動梁上，每個活動梁在兩個(或四個)立柱中垂直滑動，此種方式的定位及穩(wěn)定性均好，適用于大規(guī)格矯直。

圖3 套筒式滑動機構Fig.3 Sliding sleeve structure

圖4 立柱滑塊式滑動機構Fig.4 Upright sliding structure

3.4 上輥壓下機構及液壓控制

三個上輥壓下位置電動自動調(diào)整，壓下速度可調(diào)，輥縫值通過位移傳感器、電參數(shù)轉(zhuǎn)換計算在操作臺面顯示屏上自動數(shù)顯。操作時只需輸入管坯直徑，上輥會自動調(diào)整到位，三個上輥的壓下機構即可單動又可聯(lián)動，調(diào)整方便、可靠，調(diào)整精度高。

同時每個上矯直輥兩側(cè)設有平衡油缸(簡稱平衡缸)，起到消除絲桿螺母間隙的作用，提高輥縫精度。平衡缸有桿腔為工作腔，無桿腔接油箱，當矯直輥角度及輥縫調(diào)整時，平衡缸有桿腔泄壓;調(diào)整結束后，平衡油缸有桿腔進油并一直保壓。同時入口第一個上輥串聯(lián)液壓缸(簡稱快開缸)，可以快速開合，方便管坯的咬入，快速開合功能在后續(xù)使用中得到驗證，對彎料大料的咬入非常方便、實用?？扉_缸及平衡缸控制原理圖(見圖5)及控制思路如下:

圖5 快開缸及平衡缸控制原理圖Fig.5 Control principle diagram of quick opening cylinder and balance cylinder

快開缸具有直徑、行程大及壓力高(～25 MPa)等特點，為了滿足其快速壓下的要求，設計時快開缸采用由系統(tǒng)直接供油及系統(tǒng)直接進行壓力調(diào)定的方式;三組平衡缸的工作壓力較低，采用從主油路分一支路，共用一個減壓閥，各平衡缸可單獨動作。

根據(jù)機械結構布置，快開缸兩側(cè)各布置一個油缸組成平衡缸組(一)，快開缸與平衡缸的動作要求:快開缸壓下/壓上時，平衡缸組(一)有桿腔卸荷，如果卸荷不及時，則導致平衡缸組(一)的活塞桿受拉力，平衡缸組(一)活塞桿連接頭被拉斷，因此，在控制上采用以下流程:

(1)各電磁鐵通電順序。入口檢測開關檢測到料頭后發(fā)訊，電磁鐵YV1 通電(YV4 在上輥位置調(diào)節(jié)完成后已處于通電狀態(tài))，快開缸打開，根據(jù)進料速度，定延時時間，延時完成后，電磁鐵YV3 先通電2S 后YV2 再通電，以保證快開缸壓下時平衡缸液控單向閥打開，快開缸閉合到位后，YV4 通電，矯直機工作。

(2)平衡缸壓力檢測?？扉_缸壓下時，雖控制了電磁閥的通電順序，為了防止出現(xiàn)因液控單向閥的卡阻而使活塞桿連接頭被拉斷的現(xiàn)象，閥站上平衡缸有桿腔設有壓力檢測開關，即YV3先通電2S，并檢測到壓力小于設定值時，YV2再通電，快開缸壓下，雙重保護，使系統(tǒng)更安全可靠。上輥位置調(diào)整時，各壓下執(zhí)行元件的啟停和與相應電磁換向閥連鎖，并與位置檢測信號閉環(huán)，既保證調(diào)整的位置準確性，也確保調(diào)節(jié)動作的順暢，電機不會被悶車。

該液壓控制系統(tǒng)中快開缸利用系統(tǒng)大流量、高壓力實現(xiàn)快速開合，并具有保壓和溢流保護功能;三個平衡缸，可單獨調(diào)節(jié)，也可一起調(diào)節(jié);平衡缸回路具有減壓、溢流、保壓和速度調(diào)節(jié)功能;與電氣控制配合，很容易實現(xiàn)輥縫自動調(diào)節(jié)和快開缸的開合控制。

3.5 下1#、3#輥升降調(diào)整機構

通常，下1#、3#矯直輥不做升降調(diào)整，為固定輥。但該生產(chǎn)線工況比較差，退火料存在大量黑色氧化皮，拉拔及擴管料表面附著一層白色泥狀物，矯直時經(jīng)工藝潤滑后成泥狀沉淀堆積在下橫梁上，如不及時清理，下1#、3#矯直輥很容易被卡死，無法實現(xiàn)調(diào)角，基于此，下1#、3#矯直輥設計時托盤下方設有升降機構，角度調(diào)整時升降機構將托盤頂起，開始調(diào)角;角度調(diào)整結束后升降機構落下，托盤靠自重落下，且升降機構與托盤脫開不接觸，保證矯直時升降機構不承受矯直力。

4 結束語

φ530 mm 六輥管材矯直機結合了以往矯直機設計、制造方面的成熟技術，同時又根據(jù)實際工況等增加了新的創(chuàng)新及改進，為更大規(guī)格矯直機的研發(fā)積累了寶貴的經(jīng)驗。該生產(chǎn)線已投產(chǎn)四年多，經(jīng)驗證，設備具有設計合理、性能可靠、輥縫及角度調(diào)整方便、調(diào)整精度高以及整機自動化高等特點，得到用戶的認可，設備自投產(chǎn)以來為用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

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