陳峰張超汪恩輝黃維勇張勝?gòu)V

（1.中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西西安，710032；2.新興鑄管股份有限公司，河北邯鄲，056300）

管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)輥式矯直設(shè)備的選型

陳峰1張超1汪恩輝1黃維勇1張勝?gòu)V2

（1.中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西西安，710032；2.新興鑄管股份有限公司，河北邯鄲，056300）

歸納了國(guó)內(nèi)管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)輥式矯直設(shè)備的主、輔機(jī)性能的基本要求，分析了目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)兩種主流機(jī)型特點(diǎn)。認(rèn)為四滑架的機(jī)型在結(jié)構(gòu)上具有一定優(yōu)勢(shì)，可以作為管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的首選機(jī)型。

鋼管熱處理矯直

對(duì)管材實(shí)施熱處理工藝是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)提高的合理途徑。目前，對(duì)管材的在線(xiàn)熱處理包括管材的調(diào)質(zhì)、淬火以及正火。經(jīng)熱處理的鋼管發(fā)生了直線(xiàn)度、橢圓度、內(nèi)部晶粒組織、殘余應(yīng)力的變化，因此要組織矯直工序，提高管材的直線(xiàn)度和橢圓度，降低內(nèi)部殘余應(yīng)力。

熱處理后的鋼管內(nèi)部晶粒組織的變化使其機(jī)械性能指標(biāo)攀升（屈服極限高達(dá)1 180 MPa），導(dǎo)致矯直力能參數(shù)變大，對(duì)矯直設(shè)備的性能有了較高的要求，因此鋼管熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直設(shè)備選型工作尤顯重要。

1 管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)所矯材料材質(zhì)特點(diǎn)及矯后要求

管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直管材為正火或者回火之后的石油套管、鉆桿、接箍料以及油管等。這類(lèi)管材的突出特點(diǎn)是材質(zhì)屈服極限高，管材徑壁比較離散，來(lái)料彎曲曲率半徑小，被矯鋼管為熱態(tài)（一般矯直溫度為600℃左右）［1］。對(duì)矯后管材的通體直線(xiàn)度、橢圓度要求高，頭部尺寸也有明確要求（管體直線(xiàn)度不大于1 mm/m，頭部1.5 m內(nèi)直線(xiàn)度不大于1.5 mm/m，單倍尺鋼管全長(zhǎng)直線(xiàn)度不大于2 mm）。

2 管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直設(shè)備的要求

因熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)所矯鋼管的頭部尺寸特性，一般為快開(kāi)形式的矯直機(jī)；因所矯鋼管材質(zhì)的機(jī)械性能特性，其矯直機(jī)設(shè)備負(fù)荷參數(shù)較大（設(shè)備強(qiáng)度高，剛性好）。

熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)前、后臺(tái)輔助設(shè)備的抑制被矯管材甩動(dòng)、防止管材表面擦傷、穩(wěn)定矯直等作用比普通矯直機(jī)在功能上要強(qiáng)勁一些。

矯直輥的頻繁開(kāi)啟是熱處理石油管材生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，一般的快開(kāi)液壓系統(tǒng)使用壓力在20 MPa以上，因此在快開(kāi)換向的過(guò)程中常常會(huì)表現(xiàn)出系統(tǒng)沖擊嚴(yán)重、換向噪音大的現(xiàn)象。選用合理的液壓快開(kāi)系統(tǒng)，降低系統(tǒng)沖擊和能耗是新上熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的迫切要求。

通過(guò)對(duì)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的基本要求簡(jiǎn)要分析，我們可以認(rèn)為，對(duì)一臺(tái)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的選擇的核心是：在主機(jī)設(shè)備上關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要突現(xiàn)出其良好的剛度；液壓系統(tǒng)要能夠解決高壓下的換向沖擊問(wèn)題；輔助設(shè)備能夠抑制管材的甩動(dòng)，保證穩(wěn)定矯直。

3 熱處理生產(chǎn)線(xiàn)管材矯直機(jī)矯直輥數(shù)的確定

國(guó)內(nèi)鋼管制造商對(duì)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)鋼管的矯直后直線(xiàn)度一般要求為每米不大于1 mm（可以表述為1 mm/m），這個(gè)數(shù)值是在以鋼管名義直徑為114 mm，輥距為850 mm的六輥矯直機(jī)上理論計(jì)算得出的數(shù)值，因此1 mm/m這個(gè)數(shù)值要以具體的鋼管直徑和輥距來(lái)定，不是所有的六輥矯直機(jī)在其含蓋范圍內(nèi)的鋼管矯直后都能達(dá)到1 mm/m，對(duì)于不同于名義直徑特別是名義直徑大于114 mm的鋼管矯直，1 mm/m的直線(xiàn)度要求，對(duì)輥距和輥身長(zhǎng)度的要求是比較苛刻的，兩者之間的平衡需要設(shè)計(jì)者對(duì)矯直理論有一定的認(rèn)識(shí)才能給出合理的數(shù)值。

是否能夠通過(guò)增加矯直環(huán)節(jié)來(lái)提高矯直精度呢，答案是肯定的［2］。例如，采用八輥或九輥，甚至于十輥矯直機(jī)矯直，隨著矯直環(huán)節(jié)的增多，矯直精度會(huì)得到明顯的提高，十輥可以達(dá)到0.3 mm/m的矯直精度，但是快開(kāi)的機(jī)構(gòu)增多，設(shè)備質(zhì)量增加，液壓快開(kāi)系統(tǒng)煩瑣，造價(jià)高，占地面積大，運(yùn)行成本高，不是十分可取，所以需要根據(jù)具體的產(chǎn)品大綱和投資許可來(lái)確定矯直機(jī)的輥數(shù)以及輥系布置方式。

4 應(yīng)用于管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的形式和優(yōu)劣性分析

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)的管材矯直機(jī)以?xún)苫芎退幕転榈湫痛?，這兩種機(jī)型是目前國(guó)內(nèi)鋼管熱處理生產(chǎn)線(xiàn)的主流機(jī)型，其余機(jī)型也有使用，但都受使用廠(chǎng)家的產(chǎn)品種類(lèi)以及投資情況的影響，按照管材高精度生產(chǎn)的要求，這些機(jī)型不能作為推廣的主力機(jī)型。因此本文著重討論兩滑架和四滑架機(jī)型。

兩滑架機(jī)型的典型供應(yīng)商為太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司和太原通澤重工有限公司，是在德國(guó)Meer管材矯直機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的；四滑架的典型供應(yīng)商為中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司（原西安重型機(jī)械研究所），是在英國(guó)專(zhuān)業(yè)矯直機(jī)生產(chǎn)商BRONX的矯直機(jī)技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的。

4.1 兩滑架機(jī)型

所謂的兩滑架機(jī)型（如圖1所示）是指每個(gè)矯直輥所在的滑架同時(shí)在2個(gè)立柱之上滑動(dòng)，因?yàn)樵?個(gè)立柱上滑動(dòng)就稱(chēng)之為兩滑架機(jī)型。

圖1 兩滑架機(jī)型的滑動(dòng)梁示意圖

兩滑架機(jī)型的上輥滑架的平衡和矯直輥輥?zhàn)逆i緊是靠共用2個(gè)平衡缸完成，上輥的壓下為單絲杠中心壓下（如圖2所示），需要快開(kāi)的矯直輥在滑架上有1個(gè)液壓缸和壓下螺絲連接，通過(guò)液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)矯直輥的快速避讓。

下輥沒(méi)有平衡機(jī)構(gòu)，下輥角度的鎖緊是側(cè)向鎖緊，不易于維護(hù)，也不利于實(shí)施快開(kāi)。

角度的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)與輥?zhàn)B接的蝸輪升降機(jī)的伸縮實(shí)現(xiàn)矯直輥角度的調(diào)節(jié)，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不是線(xiàn)性機(jī)構(gòu)，不利于角度的準(zhǔn)確檢測(cè)。

主傳動(dòng)通常為一套減速箱，同時(shí)實(shí)現(xiàn)減速和分配功能，不易消除高速級(jí)的沖擊。

圖2 兩滑架的單絲杠中心壓下機(jī)構(gòu)示意圖

上、下橫梁多采用鑄件，使得上輥壓下以及平衡機(jī)構(gòu)外露，整體造型不大美觀(guān)。

4.2 四滑架機(jī)型

所謂的四滑架機(jī)型（如圖3所示）是指每個(gè)矯直輥所在的滑架在4個(gè)立柱之上滑動(dòng)，因?yàn)樵?個(gè)立柱上滑動(dòng)就稱(chēng)之為四滑架機(jī)型。

圖3 四滑架機(jī)型的滑動(dòng)梁示意圖

上輥滑架的平衡用2個(gè)平衡缸完成，上輥的壓下為單絲杠中心壓下（如圖4所示），需要快開(kāi)的矯直輥在滑架上有1個(gè)液壓缸和壓下螺絲連接，通過(guò)液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)矯直輥的快速避讓。

圖4 四滑架的單絲杠中心壓下機(jī)構(gòu)示意圖

上輥的鎖緊是通過(guò)2個(gè)單獨(dú)的矯直輥鎖緊缸（圖4中的序號(hào)3）實(shí)現(xiàn)的。

角度的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)與輥?zhàn)B接的托座實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為齒輪線(xiàn)性傳遞，角度調(diào)節(jié)精度高，重復(fù)性能好（角度的線(xiàn)性調(diào)節(jié)是西安重型機(jī)械研究所的專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)為ZL2006 10105260.0）。

四滑架的尺寸優(yōu)勢(shì)可以將受矯直力大的矯直輥的壓下絲杠做成雙絲杠，可改善受力條件，增強(qiáng)矯直過(guò)程中設(shè)備的穩(wěn)定性。

主傳動(dòng)通常為兩套減速箱，一套實(shí)現(xiàn)減速，另外一套實(shí)現(xiàn)分配，能充分消除高速級(jí)的沖擊，提高萬(wàn)向軸的疲勞壽命。

4.3 兩滑架機(jī)型與四滑架機(jī)型的優(yōu)劣性對(duì)比

4.3.1 滑架約束對(duì)比

對(duì)單個(gè)的滑架來(lái)說(shuō)，兩滑架機(jī)型為2個(gè)滑套，四滑架機(jī)型為4個(gè)滑套，在滑架平面上，四滑架機(jī)型的約束數(shù)量要多于兩滑架機(jī)型，在滑套的總長(zhǎng)度上四滑架的總長(zhǎng)度為兩滑架的1.5～1.8倍。從滑架的焊接以及機(jī)加工工藝上分析，四滑架的滑架焊接變形的傾向性小于兩滑架機(jī)型的滑架，在機(jī)械加工方面四滑架的定位、裝卡較兩滑架容易，加工精度也較好保證。

4.3.2 角度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性能對(duì)比

兩滑架機(jī)型的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為非線(xiàn)性，四滑架機(jī)型的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為線(xiàn)性。線(xiàn)性機(jī)構(gòu)有利于角度的準(zhǔn)確調(diào)整，不僅能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)當(dāng)前的角度，而且角度調(diào)節(jié)的重復(fù)精度高，是真正意義上的自動(dòng)調(diào)整。

4.3.3 壓下絲杠與載荷中心重合與否的對(duì)比

在矯直力最大的矯直輥上，四滑架機(jī)型為雙絲杠壓下，而兩滑架機(jī)型為單絲杠壓下。一般的滑架式矯直機(jī)的載荷中心與滑架的幾何中心并不重合，四滑架機(jī)型由于滑架面積增大，雙絲杠的受力點(diǎn)連線(xiàn)經(jīng)過(guò)載荷中心，使矯直過(guò)程相當(dāng)穩(wěn)定，同時(shí)滑架又在四個(gè)立柱上滑動(dòng)，在力學(xué)上為超靜定結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性能優(yōu)越。兩滑架的單絲杠中心和載荷中心不重合，易產(chǎn)生傾翻力矩，造成矯直過(guò)程不穩(wěn)定。

4.3.4 換輥的難易程度對(duì)比

在換輥的難易程度上，四滑架機(jī)型能夠準(zhǔn)確地將矯直輥角度調(diào)整為換輥角度，不需人工干預(yù)，液壓小車(chē)換輥，縮短了換輥時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4 兩滑架機(jī)型與四滑架機(jī)型的優(yōu)劣性總結(jié)

的鎖緊和角度調(diào)節(jié)、滑架約束等影響矯直穩(wěn)定和矯直質(zhì)量幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題上，兩滑架機(jī)型表現(xiàn)出了明顯的劣勢(shì)。從理論和實(shí)際使用的雙重驗(yàn)證表明：四滑架機(jī)型優(yōu)越于兩滑架機(jī)型。

5 四滑架矯直機(jī)設(shè)計(jì)中需要解決的幾個(gè)問(wèn)題

5.1 關(guān)鍵參數(shù)的耦合問(wèn)題

關(guān)鍵參數(shù)是指矯直輥初始中心角、矯直輥直徑、輥身長(zhǎng)度以及輥距。矯直輥直徑由矯直力和矯直軸承大小決定，是不能隨意修正的參數(shù)，矯直輥初始中心影響矯直效果和矯直機(jī)剛度（主要是橫向剛度），因此對(duì)初始角度的選擇至關(guān)重要。熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)四滑架矯直機(jī)的中心角一般選擇33°。

5.2 設(shè)備總體剛度的提高問(wèn)題

總體剛度的提高主要是指兩個(gè)方面，一是橫向剛度的提高，即立柱與矯直機(jī)中心線(xiàn)橫向距離的大小，以及兩側(cè)立柱與矯直機(jī)中心線(xiàn)的距離差值的大小。兩者距離差值越小越好，需要平衡輥距和矯直輥初始角度。二是立柱剛度的提高，即盡可能地減小立柱受壓長(zhǎng)度。

5.3 矯直輥鎖緊可靠性的保證問(wèn)題

矯直輥鎖緊為平面鎖緊，因此要盡可能增大鎖緊平面，提高鎖緊缸直徑，設(shè)置單獨(dú)的鎖緊缸油泵，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)油。

6 熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直輔助設(shè)備配置選型

其余配置主要是指快開(kāi)液壓系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)，矯直輥裝配，前、后臺(tái)設(shè)備配置。其余配置各個(gè)廠(chǎng)家提供得不盡相同，原則上是快開(kāi)系統(tǒng)以沖擊和換向噪音小為好，主傳動(dòng)系統(tǒng)以分配箱不設(shè)置傳動(dòng)比為好，矯直輥裝配以滿(mǎn)足換輥方便、軸向調(diào)整方便為好，前、后臺(tái)以能夠抑制管材甩動(dòng)、防止管材表面擦傷、穩(wěn)定矯直為好。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)中心角和輥距以及輥身長(zhǎng)度的反復(fù)推演，配合泵直接驅(qū)動(dòng)液壓快開(kāi)系統(tǒng)，很好地發(fā)揮出了四滑架矯直機(jī)矯直熱處理鋼管的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明四滑架矯直機(jī)可以作為管材熱處理生產(chǎn)線(xiàn)矯直機(jī)的首選機(jī)型。

［1］高蓉，李平全.超精細(xì)鋼管線(xiàn)管的工業(yè)生產(chǎn)［J］.國(guó)外油田工程，2006，22（10）：38－42.

［2］崔甫.矯直原理與矯直機(jī)械［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

（編輯：胡玉香）

通過(guò)上述主機(jī)的基本分析，不難看出在矯直輥

Abstract:The paper summed up the basic requirements to the straightening equipment for the heat treatment pipe,analyzed the features to main structure of straightening equipment,the 4 sliding socket has advantages,as a straightening machine to heat treatment pipe.

Key words:steel pipe,heat treatment,straightening

The Selection of Straightening Equipment for Heat Treatment Pipe

CHEN Feng1ZHANG Chao1WANG Enhui1HUANG Weiyong1ZHANG Shengguang2
（1.China National Heavy Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Xi′an 710032,China; 2.Xinxing Ductile Iron Pipes Co.,Ltd.,Handan 056300,China）

TG333.2

A

2010-12-16

1672-1152（2011）01-0019-03

陳峰（1981－），男，于中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司第五研究室主要從事管材精密矯直設(shè)備的研究和設(shè)計(jì)工作，工程師。Tel：029-86322805,E-mail：taiyuancf369@163.com