小口徑高速精密鋼管矯直機組的研制介紹
小口徑精密鋼管一般以冷軋和冷拔的方式生產，隨著小口徑高速冷軋機和高速多線冷拔機的應用，實施小口徑鋼管在線矯直成為可能。其難點在于如何解決經高速冷軋、冷拔并經退火之后的彎曲鋼管的無人工干預下的準確上料和主機高速矯直過程中的穩定性問題。中國重型機械研究院有限公司為江蘇某廠的30mm無縫鋼管生產線提供的精密高速鋼管矯直機很好的解決了上述問題，可以作為類似生產線設備的參考。
1 引言
國內現有的小口徑精密鋼管生產線以冷軋和冷拔方式為主，再配以酸洗和熱處理以及離線矯直工序。其中冷軋和冷拔工序是整個生產線的瓶頸，為了追求產最不得不配置很多車間和冷軋、冷拔機，占據了大量的廠房和操作維妒人員，使噸鋼成本消挺至高不降。為了解決這個問題，德圖Meer公司和意大利麥爾公司相繼開發出了小門徑鋼管高速冷軋機和3線高速冷拔機，軋制以及拔制效率分別比傳統設備提高了3-5倍。這就形成了小口徑精密鋼管生產新工藝，即離錢高速軋制一一預矯直一一在線拔制一一在線化學處理一一在線熱處理一一在線高速嬌直一一后續的在線探傷、切頭、切尾以及測長稱重等，使生產效率得到大幅提高，場地展用、人員配置大幅減少。
對經熱處理之后的小口徑鋼管進行在線嬌直難度在于: 如何解決經熱處理之后彎曲鋼管的快速準確上料問題; 如何解決鋼管頭部穩定進入矯直機主機以及高速穩定矯直問題(純矯速度為普通小口徑矯直機速度的2-3 倍); 還有因為高速矯直帶來的設備結構安全性問題。
目前由于引進高速冷軋機和3線高速冷拔機費用問題，國內采用高速冷軋以及冷拔在線生產鋼管的廠家甚少，但是此生產線的生產效率是不言而喻的。2011年江蘇某廠上馬了一條到30mm精密鋼管生產線，為了節省投資采用了點菜式的設備引進方式，除去3線高速冷拔機和高頻打頭機引進之外，其余設備均為國內配套。高速軋機為國內的亞高速軋機(擺動次數為國外的2/3弱) ，矯直機由中國重型機，械研究院有限公司提供，最高矯直速度為65m/min(指鋼管軸向前進速度)。一年多的生產結果表明: 該矯直機組為解決熱處理之后彎曲鋼管的上料問題設計的結構是可靠的; 為解決鋼管頭部穩定進入矯直機主機而采用的低速咬入、高速矯直工藝是可行的; 后臺拋料機構以及為防止因高速帶來的不安全因素設計的相應機構是正確的。在性能指標上和進口設備相平齊，在造價上僅為國外設備的1/3，可以作為國內今后類似生產線的設備選型參考。
2 矯直機組的設備組成及工藝過程描述
2. 1 設備組成
如圖1所示，矯直機組由前臺散料裝置(序號1) 、分料裝置(序號2) 、前臺扣瓦裝置(序號3) 、人料夾送輥(序號4)、主機(序號5 ) 、出料夾送輥(序號6)、后臺裝置( 序號7) 以及液壓和電氣裝置等組成。分別實現被矯鋼管的分散和單根上料，并在主機的參與下對鋼管實施矯直。
2 . 2 矯直工藝過程
熱處理完畢之后的鋼管呈排狀出爐，經過橫移機構將成排的鋼管移到散料裝置上，散料裝置為鏈式結構， 在運轉的過程中帶動成排的鋼管前進，當鋼管在鏈條的帶動下經過分料裝置時，鋼管頭部被分料裝置的夾鉗(根據不同的鋼管直徑規格，調節夾鉗的開口度保證每次只能夾住一個鋼管的頭部)夾緊，夾緊之后隨著分料裝置的運轉，將被夾緊鋼管和其余鋼管分開，位于被夾鋼管和其余鋼管之間的分料鏈床迅速啟動，將被夾持鋼管和其余鋼管由頭部到尾部迅速徹底分開。
分開之后的鋼管落入前臺扣瓦裝置中，在入料夾送輥的帶動下喂入主機進行矯直。矯直結束后，后臺夾送輥啟動，將鋼管送出主機，延時后，后臺扣瓦打開，鋼管落入后臺橫移鏈床，進入下步工序。
為了實現在線自動矯直，全線安裝了大量的光刪和光電開關，以檢測鋼管頭、尾為各動作執行機構發出訊號。
3 備組成部分的主要特點
熱處理之后的小口徑鋼管的特點是又細又長(例如本生產線中的鋼管直徑范圍為10-30mm,長度為28m)，剛性很差，且有不規則的彎曲，很難用常規的撥料機構進行單根上料，目前國內小口徑鋼管矯直前的上料幾乎均為人工上料，效率低下，操作勞動強度較大。
如果提高矯直節奏后，不僅采用人工上料不合實際，而且即便是被矯鋼管落入前臺扣瓦，高速的喂入主機的過程也比較危險，容易發生管頭從主機竄出的惡性事故。因此對熱處理完畢之后的鋼管實施在線矯直的難點在于如何使彎曲的鋼管單根落入前臺扣瓦以及順利喂人主機。為此在為江蘇某廠提供的30mm在線高速精密矯直機設計了分料裝置、人料夾送輥、主機1JHJ下輥快開機構以及低速咬入高速矯直的工藝，這些為該機組的主要特點。
3. 1 分料裝置的機構設計及特點
設計分料裝置的目的是將被矯鋼管和其余待矯鋼管的頭部分開，達到每次上料只上一根鋼管的日的。實施這一鋼管分離的動作，還必須有幾個輔助動作: 將被矯鋼管和待矯鋼管頭部壓齊; 調節分料裝置的夾鉗開口度以適應當前被矯鋼管，保證夾鉗在運動軌跡范圍內每次只夾一根鋼管; 待被矯鋼管和待矯鋼管尾部頭部分離后，分料鏈床啟功，用附帶在鏈床上的分離棒將被矯鋼管和待矯鋼管由頭到尾全部分開。分開之后的鋼管落人矯直機前臺扣瓦。如圖2 所示， 彎曲的被嬌鋼管從右側進料，在分料裝置的作用下將鋼管頭部壓平，經夾鉗和分離棒的作用，最終將被矯鋼管和其余鋼管分離開來。
如圖2所示分料裝置為一四連桿機構，在A處有一變頻減速電機，A和B通過鏈條傳動, A和B分別通過兩個連桿和F 形的夾鉗鍍接，隨著A處的驅動，F型的夾鉗完成從 a) 圖中夾持鋼管頭部到 b) 圖中的動作。當夾持的鋼管到如圖 b 中所示的位置之后，分離棒C 啟動，夾鉗繼續運動井和鋼管頭部脫開。分離捧一直運動到鋼管的尾部，使頭部已經分離山來的鋼管徹底和其余鋼管脫離開來。實現了單根上料的目的。D 為實現鋼管頭部壓齊的壓板，壓板沿鋼管前進方向的開口度由大變小，逐漸使頭部彎曲的鋼管頭部得到
壓平，以利于F 形的夾鉗夾持鋼管。E 為橫向輸送鏈床。F 形的夾鉗的鉗口大小能夠適應不同鋼管直徑的要求，并且針對不同壁厚的鋼管通過調節系統壓力使得夾持力的大小得到調節，防止將薄壁鋼管夾扁。
3 .2 前臺扣瓦裝置
前臺扣瓦在設計中著重考慮3個因素: 一是高速矯直的安全因素; 二是鋼管自轉速度過高和前臺拍瓦摩擦劇烈帶來的前臺損壞和噪聲過大; 三是拉拔頭在矯直前不切除，拉拔頭在前臺自轉的過程中劃傷前臺內襯。
低速精密矯直機以前考慮到鋼管彎曲甩動因素，常常采用全封閉模式，前臺扣瓦呈一可開合的時閉圓形，內部襯有尼龍襯?？紤]到上述3個具體因素。前臺扣瓦設計為分段總體封閉前臺，扣瓦仍為可開合扣瓦，開合動作由汽缸驅動。按照被矯鋼管長度的不同，前臺分為幾大段，各個大段之間相互靠齊，不留過大的間隙。每個小段內部不是一個整齊的封閉扣瓦，而是被分成若干小段，各段之間有較大的間隙。這樣既達到了安全矯直的目的，又回避了因素二和因素三的問題。
如圖3 所示，為前臺中的一小段結構。序號1 為開合扣瓦的上瓦，在這一段前臺中共有7個上瓦，每個上瓦的寬度為50mm ，和鋼管接觸的一面襯有尼龍襯板，尼龍襯板的寬度也為50mm ，7段上瓦之間的空檔間距為400mm ，并且均等分布。7 個上瓦通過一個矩形鋼管連接， 保證7個上瓦打開和關閉時同步。下瓦為V型結構，并襯有尼龍襯板，V 型下瓦沿全長分布，起到支撐和導向鋼管的作用。這一V 型結構配合前臺的夾送輥能夠很好的解決小口徑鋼管的夾持喂料問題。
3.3 入料夾送輥
如圖1 所示，在前臺扣瓦和主機之間有一入料夾送輥， 夾送輥起到喂料作用，將落人前臺的被矯鋼管喂人矯直機主機。夾送輥的輥形為平輥，沒有采用傳統的V 型輥或者斜輥， 采用平輥有如下優勢:
①可以可靠夾送直徑較小的鋼管;
②沿橫向的夾持范圍較寬，可以容忍頭部較彎曲或者鋼管中心和夾持中心線不對正的鋼管(前臺扣瓦的下瓦設計為V形，盡可能的使鋼管中心和夾送中心對正) ;
③鋼管在夾送的過程中只是軸向前進，不旋轉，減小了夾送輥的驅動功率。
夾送輥的布置形式為上、下立式布置，并且上下同時驅動，上輥可以做開合方向上高度的調節，以適應不同直徑的鋼管的夾送需求。上下輥均可在液壓缸的驅動下打開，為喂料和事故狀態的處理提供了便利。
3. 4 主機
1 )主機是矯直機組中的關鍵設備，將喂人主機中的鋼管進行反彎或者對壓矯直，為了避免在鋼智高速矯直過程中從矯直機竄出，本矯直機采用了對置式10 輾轉載式矯直機，并且將矯直輥的輥型曲線的中心規格下移(矯直輥的外形曲線就會變的稍凹) ，以求得在矯直過程中，矯宦輥對鋼管有大的向心約束，達到穩定高速矯直的目的。
圖4 示意矯直機的輥系布置方式，10個矯直程為全傳動輥，上面5 個矯直輥具有壓上和壓下功能，且壓上、壓下動作自動控制，以實現輥逢開度的調節，下面5個輥的中間3 個具有壓上功能(這種反彎方式為上彎式) ，以實現反彎量的調節，也為自動控制。設計成上彎式矯直工藝，被矯鋼管的頭、尾向下，有助于高速下的穩定矯直。下1JHJ 輥設計成快開輥， 所謂快開輥是指，矯直開始時， 1JHJ 輥落下，輥面高度比正常矯直時的高度低20mm 。待鋼管頭部進入1JHJ 輥的輥腰時，矯直輥迅速抬起，進入正常矯直。這種避讓有助于頭部彎曲的鋼管順利進入矯直機。
2) 直徑在30mm左右的多斜輾矯直機矯直輾壓下以及矯直輥轉角系統調節行程較小，特別是壓扁量的絕對數值大部分在0.2-0.5mm之間。工藝調整多采用人工調節，不僅能節省一次性投資，而且調整起來也較為靈活，唯一的缺陷就是調整的時間過長，不適宜于在線設備的工藝調整。因此小口徑鋼管矯直機的壓下自動調整的難點在于如何保證壓下或者角度調節在小行程范圍內的數值精度，特別是壓下系統的精度。為此本機在設計時給出了以下四項措施，旨在解決壓下精度問題和轉角調整精度問題。
(1)壓下量的采集由壓下系統的傳遞始端移至傳遞的末端，即直接檢測壓下絲杠的旋轉圈數, 按照絲杠的螺距，直接求得壓下量，避免了多次傳遞的誤差。
(2) 壓下系統壓下絲杠分兩級平衡. 一級平衡是消除壓下螺母和純杠之間的間隙， 二級平衡是消除絲杠傳遞系統的間隙。比傳統的轉毅式矯直機矯直輥平衡系統多了一級消除絲枉傳遞系統間隙的平衡，在不降低傳遞扭矩的基礎上提高了絲杠的傳遞精度。
(3) 角度傳遞系統為線性系統，提高了角度檢測和控制的可靠度。
(4) 通過制做專門工裝，在理論數值和實際檢測數據的比對下，調節壓下螺啡和絲杠之間的平衡碟簧，使矯直錦的輥縫彈跳數值控制在合理的范圍之內(≤0.1mm)
3) 實施低咬高矯工藝，即在較低的速度下，將被矯鋼管的頭部由主機的1JHJ 輥矯直到末輥，然后升速矯直，既達到f 低速下喂鋼的安全性，又在高速下矯直，提高了矯卓節奏。
4) 實施在線矯直輥潤滑工藝，節省輔助準備時間，矯直玲軋、冷拔之后的制管，矯直輥表面容易粘附異物，粘附異物會使鋼管和嬌直輥之間打滑，高速矯直時容易矯斷鋼管或在矯直過程中發出刺耳的聲音，因此本機組設計有矯直輥潤滑系統，在矯直的間隙時間內對輥面噴淋煤油以達到清潔輥面安全矯直的目的，煤油通過回收系統進行回收，循環使用，達到降低成本的目的。
3.5 出料夾送報
出料夾送輥和入料夾送輥的結構相同。
3 . 6 后臺
后臺呈V 型結構，且為可開合的封閉結構，為了提高開合節奏，開合動作由汽缸驅動。V 型結構的內部襯有尼龍襯板，防止鋼管的磕碰。
4 運行情況
矯直機所在生產線于2011年5月調試完畢，并進入試生產階段，在隨后的2 個月內共矯直18x2( 單位mm ) 、22x3 、32x4 、10x 1. 5的不銹鋼管1000t。矯直直線度以及鋼管內、外表面質量良好。工藝自動調整功能良好(指輥縫和矯直輥角度) ,機組各機構完全滿足在線高速矯直的需要，可以作為新上類似項目設備選型的參考。
5 存在問題及整改方案
1 )初期設計時將前臺的入料夾送輥和主機1JHJ 矯直輥的距離設計較遠，在喂料的過程中發現鋼管頭部快到1JHJ 輥時，擺動現象嚴重， 造成1JHJ 快開信號不穩定以至于鋼管喂人時發生卡阻。整戰方案為: 在入料夾送拙和主機1JHJ 矯直輥之間設置一組被動夾送輥，對鋼管頭部擺動進行限制，效果良好。
2) 在間隙噴油的過程中，矯直輥仍保持低速轉動，因此造成噴淋的煤油有飛濺現象，在主機正面和側面加活動玻璃門，將飛濺的煤油阻擋在在主機內部，清潔了環境。
3) 由于設計了低速咬人和高速矯直工藝，兩者速差較大，且升速時間較短， 主機矯直輥傳葫齒輪箱精度等級設計為7級精度，噪音偏大，且由于被矯鋼管長度過長，高速工作狀態時間長，齒輪箱內的油溫升和飛濺現象嚴重，出現了齒輪油從空氣濾清器溢出的現象。解決辦法是采用高帽空氣濾清器，在以后設計中若采用油池潤滑要考慮將箱體的空間做大。
6 結束語
隨著現代工業生產水平的不斷提高， 技術含工最高的各種新型裝備的發展，需用小口徑無縫鋼管的用量不斷提升，對于高速冷軋、冷拔并在退火后彎曲的小口徑且又很長的鋼管，在自動無人工條件下準確上料及變速矯直過程的穩定性問題的研究分析，對該技術的應用起到參考作用。
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(收稿日朔:2012 -07 - 11 )c
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