上弯式高速管材矫直机设计.pdf

辉管?第3 4 卷 第9期?加1 1 年9月.工 艺 与 设 备上弯式高速管材矫直机设计陈 峰(中国重型机械研究院有限公司,西安 71 0 03 2)摘要:为保护 管材 头部质量,管材矫直机大都采用下弯式设计?但下弯式结构在矫直速度较高或矫直尺寸较长的钢管时会发 生出口侧 管材甩动剧烈?直线度 下降的缺 陷?为 了稳定?高速娇 直加厚石油管材,2 0 0 9年 中国重型机械研究院有限公司为山东某厂研制 了一套上弯式矫 直机,配合娇直机 出口侧独特的支撑辊机构和新型矫直辊快开液压 系统,不仅保护 了被娇 管材头部质量?简化 了矫 直机后 台结构,而且也起到 了稳 定高速矫直的 目的,可以作为高速娇 直工艺设备选型的参考?关键词:管材;矫 直机;支撑辊中图分类号:TH 132文献标志码:B文章编号:1001一 3938(2011)09一 0038一 03D esig n on H igh 一 sP eed U Pw ard 一 ben d Straigh ten in g M achin eC H E N F e ng(C hi n a刀山i on a lH e二y M 口?hi n e r y R esea r ch I n sti tut e C o.,Lt d.,X i?a n7 10032,China)A b strae t:In or d er to pr o teet t ub e h eadquali ty,t h e d ow n w ar d 一 b end desi gn 1 5 m o st ly ad opted i n t u be st raighteningm aehine,b ut w hen it 15 apP lied to h igh speed straightening or str a ighte nin g long tub e,th e d ef e ets of tub e str o n g sw in gan d strai gh t n ess d eereasi n g w i l l h aPP en i n si de p i pe exi t.T ost ably and high一 sP eed strai gh t en u Psett ing 0 1 1 t u bes,a se tof u pw ard一 b end st r a i gh t en i ng m aeh i n e w as d evel op ed b y C N H M R I in 200 9 f o r som e f a et o巧 i n S hand ong,i t ean m at ehw i rh a un i q ue su ppor trol ler str u et u re at t h e exi t si de and w it h a ne w type hydr a u l i e system.T he newsup por tr o ll erst r u et ur e notonly ean proteetpi pe head quali t y,si m pl i f y baek st r u etur e of str ai ghtening m aehi ne,butalso ai d to hol dt h estable r u nn i n g of t hem aeh i neat h i ghspeed:it eanpr o videpr o eess ref e r e n eet oseleet ingt heh i gh一 speedstraigh ten in g m aehine type.K e y w ord s:tub e;str a i ghtening m aeh i n e;sup por t r o ll er0前言斜辊式管材矫直机的弯矩成形方式一般分为上弯式和下弯式两种类型?上弯式为中间反弯辊上升(以六辊对峙布置辊式矫直机为例),管材头尾下落,在矫直过程中管材头尾紧贴前?后台底面,易于擦伤管材头部,对前?后台的设备磨损也较为严重;下弯式矫直机 由于反弯辊下降,矫直过程 中管材头尾上翘,头尾远离前?后台设备底面?下弯式矫直机虽不易造成管材头部擦伤,但管材头部不受导卫 的约束,甩动较为严重,特别在矫直速度较高时,甩动剧烈,矫直精度严重下降,后台设备破坏现象突出川?20 0 8 年山东某厂石 油管材热处理生产线 因产 能提 高,原矫直机 严重超负,需 更新矫直设备,受厂内客观原因限制,设计要求常用矫直线速度为 2 耐S(最高速度 为 2.6 耐S,管材直径范围为 45 一180 m m,最大壁厚 3 0 m m,均为正火或淬火后的钢管,矫后直线度 蕊lm 时m)?对于如此高的矫直速度和管材力学性能,管材平稳咬人(包括管材头部进人矫直机直至尾部出矫直机末辊的整个过程,对于加厚管还要考虑因矫直速度提第 34 卷第 9 期陈 峰:上弯式高速管材矫直机设计高带来 的快开频率提高的问题)?高速矫直过程 中的管材甩动带来 的直线度降低?辅机设备破坏?主机受高速 冲击 的稳定性等问题,成为矫直机设计除力学参数确定之外需要慎重考虑的问题?若能保持上弯式矫直机稳定管材的优势,避免管材头部 的擦伤,提高矫直辊快开液压系统 的快开速度,便可以实现管材的高速矫直?笔者从高速矫直工艺过程分析人手,对主?辅机方案进行了细致研究,最终确定为以四滑架型快开式矫直机为基本原型,上弯式结构?矫直机出口侧设计一支撑辊 的基本方案,并配合新的快开液压系统?辊锁紧压力波动而影响矫直精度?损坏设备;?后 台支撑辊具备高度和角度调节功能,能最大限度和被矫管材接触,抑制管材的甩动;?辅助设备要具备封闭管材运行轨迹的功能,防止高速运行 的管材甩动造成不安全事故?2生产 线的设备组成及设计 要点1高速快开式矫直工艺过程分析如图 1 所示钢管实施上弯式矫直工艺,主机2#下矫直辊辊面水平高度高于 l#和 3#矫直辊下辊面,以形成反弯量?进人 3 对矫直辊 的钢管呈现中间高,两端低的情形?当钢管进 人 l#矫直辊中间,准备进人 2#矫直辊时,钢管头部有可能碰撞 2#下矫直辊(特别是被矫钢管管端加厚或者轴 向速度较高时),因此若 要顺利矫直钢管,2#下矫 直辊要 实施快速避让,l#和 3#上辊实施避让?1.矫直辊2?矫直辊3.矫直辊_ _ _ _?一一一一卫卫己 _.臼廿一 一图 1上弯式矫直示意图待被矫钢管全部咬人矫直机主机之后,钢管头尾下落,此时钢管头部在高速矫直状态下或是管端加厚的钢管所处的一般矫直速度下,在后台容易与导卫发生碰撞,因此要对钢管头部实施支撑?这不仅能够稳定甩动的钢管,还可避免钢管头部碰撞后台,从而实现高速矫直的目的?通过对整个上 弯式高速矫 直工艺 的分析可见,要想实现高速?稳定矫直,其工艺设备必须具备如下特点:?主机设备应具备较高的抗冲击性能,设备要有足够的刚度?强度;?主机矫直辊快开速度要快,快开换向过程中的冲击要小,不能影响系统压力.防止造成主机的平衡和矫直生产线 由前 台?圆形喂料机?主机?支撑辊和后 台 以及与生产线 配套的液压?电气设备组成?其 圆形喂料机?快开液压系统?支撑辊装置以及封闭后 台是该生产线的特点,它们在高速喂料和稳定矫直过程中,以及提高矫直精度方面有非常显著的作用?2.1前 台前 台的作 用是辅助被矫管材进 人矫直机 主机,限制弯曲管材在前 台的剧烈甩动,满 足生产节奏加快以后,自动准确单根上料的功能?因此前台的主体结构为定量给料和可开合导筒 为主,其中导筒的封闭腔尺寸是关键要素,对于一般速度的管材为被矫管材直径 的 2.5 倍,对于高速矫直工况为 2.8一 3 倍,从现场的情况来看(导槽的稳定性?导槽内衬的磨损程度?管材表面有无碰痕),应该取 3 倍?2.2圆形喂料机的设计设置喂料机的 目的是管材在高速咬人的前提下,准确地将其喂人矫直机第一对矫直辊 中,避免被矫管材头部和第一对矫直辊碰撞?由于主机1?上辊实施了快开,为提高喂料速度和降低辅助动作时间提供了条件,斜辊式喂料机 由于设计原因喂料速度不能满足条件,固定导卫式机构由于形成的导卫孔腔 固定,不能 即时避让管材甩动,也不能适应高速矫直的要求,为此专门设计了一套圆形喂料机,以满足高速矫直状态下的喂料?圆形喂料机的基本设计思路为:沿矫直中心线各有 一片导卫,两片导卫形成 的孔腔为圆形,圆形孔腔迫使被矫管材的中心线和矫直中心线重合,两片圆形导卫在任何情况下保持距离矫直中心线的距离相等,两片导卫的开启和闭合保证严格的机械同步?闭合和开启速度要快,满足2.6 而S 的轴向速度要求,即开启和闭合的时间不大于0.3 5?为了弥补闭合速度的不足,两个圆形导卫可沿着辉管2011年9 月各 自的转动中心旋转(旋转为被动旋转,钢管未进人矫直机前为纵向送料),当钢管头部刚进入导卫时,圆形导卫闭合,并在钢管的带动下旋转,当钢管快要进人矫直机 1#矫直辊时,圆形导卫的闭合孔腔收缩成该规格钢管的外径尺寸,得到 1#辊的快开闭合信号后,导卫迅速打开,一个喂料动作完成?圆形喂料导卫机构如图 2 所示?液压电动机启动带 动主动轮,主动 轮带动 两个从 动齿 轮转动,从动轮带动各 自的齿条运动,从而使安装在齿条上的圆形导卫运动?圆形导卫2 个,和平衡油缸对称布置,压下丝杠和平衡油缸中心连线通过实际的载荷中心,滑架 的力学性能更好?矫直机传动侧矫直机操作侧l l l 尸.图 3四滑架矫直机布置示意图圆形导卫图 2圆形导卫机构孔腔开合 示意 图2.3主机的设计目前钢管热处理生产线矫直机的代表机型以两滑架和四滑架机型为主,四滑架机型的滑套约束力为静不定 约束,力学性能好,更适合于高速?高冲击工况下钢管的矫直?在工艺参数调整可靠性 以及精度上也优于二滑架机型?因此主机的基本结构为 四滑架机型,辊距和矫直辊直径参数按文献?2?设计并着重考虑到如下问题?2.3.1矫直辊 中心角的确定从变形角度考虑中心角度在被矫管材直径规格范围内取下限为好 3 ,但考虑到高的矫直速度,减小矫直辊转速,降低管材甩动强度,中心角度可以取上限 35?矫直辊身长度变短,相 当于缩短了辊距?2.3.2压下丝杠布置方式的确定四滑架机 型 币18o m m 规格的矫直机在 中心角度为 35 0 的情形下,前后立柱距离矫直 中心线的距离差值较小(图 3 中的 6一 a 的差值),因此压下丝杠可以选择单丝杠近似载荷中心压下,但考虑到高速矫直的冲击较大,将压下丝杠设计为2.3.3滑套 内衬材质空仓以及润滑制度 的确定一般的快开式矫直机滑套 内衬为铸铜件,人工定期加甘油润滑?但对于高速,大冲击工况条件下的矫直,铸铜件会表现出内表面硬度不足,磨损不均匀和磨损速度偏快的现象,因此本设计中的滑套 内衬材质为耐磨铸铁件,集 中甘油润滑,每 3 小时润滑一次?2.3.42#下辊快开油缸的数量以及布置2#下辊有如下几点特殊性:?2#下辊为矫直力最大的矫直辊,如何保证在频繁开启的矫直辊工作时的平稳性;?2?下辊又是调节反弯量的反弯辊,如何消除调节丝杠的间隙;?开启机构和调节丝杠的连接方式;?若用油缸消除调节丝杠的间隙,则消除丝杠间隙的油缸工作时的受力和开启缸工作时的受力方向相反,两个油缸会相互发生影响?综合分析上述 4 点要素,2#下辊快开?调节丝杠 以及消除丝杠间隙 的机构布置方式确定为:设置双层梁,开启油缸为活塞缸,数量为 1 个,消除丝杠 间隙油缸为 2 个,开启油缸连接上梁的底面和下梁的上面,调节丝杠连接下梁的底面和主机下固定梁的上面,平衡油缸相 同,开启油缸的设计考虑矫直力之外还要考虑端部和上?下两层梁的连接面积,尽可能的做大?2.4后 台支撑辊 的设 计后台支撑辊满足可调升降和角度的功能,辊子直径以及辊型曲线和主机矫直辊相 同,但辊身长度要缩短?中1 8 0 m m 矫直机 的后 台支撑辊参(下转第 52 页)辉管2011年9 月管线行业长足发展,为管线行业进一步发展高钢级?大口径厚壁管线钢管和弯管打下了坚实基础?致谢感谢各钢厂?制管厂?弯管厂等单位对川 气东送管道工程的重视和 支持,感谢 中国石油集 团石 油管工程技 术研 究院/北京隆盛泰科石油管科技有限公司对该工程的大力支持和配合工作?监造与质量控制系统研究J焊管,2010,33(7):24一 29.?4?李云龙,杨专钊,李记科,等.基于S t r u t s 框架的钢管监造可追溯系统的设计与实现?J .焊管,20 r o,33(5):38-4 1,4 5.5 杨专钊,田伟,李云龙,等.卷板制造 JCO E 直缝埋弧焊接钢管质量状况?J?焊管,20()9,32(5):31一 36.?6?杨专钊,李云龙,邓波,等.管线钢拉伸试验中异常屈服强度研究与分析IJ?.焊管,2009,32(4):51一 53.7 杜伟,李云龙,李记科,等.把住原材料关 保证钢管质量?J?.焊管,2009,32(11):51一 54.参考文献?月 马建军,黄运明,高建忠,等.大直径厚壁直缝埋弧焊管质量影 响 因素及控 制方 法?J?.焊管,2007,30(5):1 9-2 2.2?黄开文.国外高钢级管线钢的研究与使用情况J?.焊管,2003,26(3):l一 10.?3?李云龙,杨专钊,李记科,等.基于 B/S 模式的钢管生产作者简介:卞诗漫(1969一),1 9 9 2年毕业 于清华 大学化工系高分子化工专业,现就职 于中 国石化 物资装备部(国际事业公司),从事钢材采购和质量管理等工作?收稿 日期:2011一 05一 06编辑:谢 淑霞(上接第 4 0页)数为:直径 币360 m m,长度 550 m m?2.5液压 快 开 系统的设 计液压系统设计着重考虑两个问题:?提高快开速度;?抑制快开冲击?其基本设计思路为:主泵分为低压大 流量泵 和高压小流量泵两种类型,低压大流量主要是快速填充开启缸,高压小流量泵,主要是开启缸迅速恢复到工作压力,避免 了高压的换 向冲击,提高 了开启 缸的动作 速度?这种 系统的不足之处是泵的数量增多,管路复杂,高压泵长期处于工作状态,系统发生泄露的可能性增大?高和冲击抑制方面都达到了预期的 目标,验证了上弯式矫直在高速管材矫直工艺中的优势,此例可以作为新上高速管材矫直设备的参考?参考文献?1 陈峰.倍尺精密管材矫直机辅机设计J .焊管,2009,32(5):39一 41.2 崔甫.矫直原理与矫直机械 M .北 京:冶 金工业出版社,2005.3 A M 马基斯列逊.管材矫直 机?M.北京:机械工业 出版社.19 7 1.3结论作者简介:陈峰(1 9 8 1 一),男,工程师,主要从事管材精密矫 直设备的研 究和设计工作?小180 m m 上弯式矫直机在山东某厂运行一年来,机械设备运行平稳,液压系统快开速度提收稿 日期:20 11一 02一 12修改稿收稿 日期:20 1 卜0 3 一 0 1编辑:张歌欢迎仃阅欢迎刊登广告