布朗克斯钢管矫直机_C

工作辊角度对 应力反向次数和矫直效果的影响
• 两个工作辊轴线与被矫直管子轴线之间角度越小，管子 通过矫直机时行进同样的离，其旋转的圈数越多，因此，也 就承受更多次的应力反向(假设工作辊曲线相同)。 • 然而，角度太小，矫直机产量会受到限制，在选择十辊 还是六辊矫直机，需要在矫直精度、产量和投资成本做出权 衡。
BRONX/TAYLOR-WILSON 布朗克斯/泰勒-威尔逊
6CR11 – 矫直加厚端管的 重型矫直机
六辊与十辊矫直机的比较
在任何交叉形式斜辊矫直机所达到的直线度可 归纳为，取决于在管子通过矫直机时，施加在管子 每个单元上应力反向的次数。应力反向的次数越多， 所能达到的直线度越高、越恒定。 施加在管子上的应力反向次数可以通过两种途 径增加： • 增加工作辊的对数，由此而增加将管子压至 屈服强度以上的额外的点，可以对钢管进行碾 轧及/或弯曲 • 在管子通过矫直机任何一段距离，增加管子 的旋转次数。
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拉伸及压缩载荷
除此之外，六辊和十辊矫直机还都可以施加一碾轧或归圆的载荷， 这个力也有助于达到所期望的矫直效果(见图2.)。事实上，当钢管通 过矫直机时是旋转的，这就使得钢管的每一部分都可以被辊子压到(见 图3.)。为了保证达到这样的效果，每对辊子的间距就要设计成在管子 上施加压力的带宽要有搭接。 图 2. 图 3.
工作辊位置设定
另一个有助于了 解矫直过程的工具是 压力传感器，它们可 给出工作辊实际施加 在管子上的载荷。这 些测量的读数可显示 出矫直同类管子时的 变化，由此可决定是 否需要进行修正矫直 设定，在不考虑辊子 磨损情况下保证矫直 机设定的重复性。
重型设计的矫直机
管子矫直机的重型设计是 在考虑矫直高屈服强度、大 壁厚API质量的石油专用管而 开发出来的。 辊子支撑方法 : 六个辊子的每个辊子都借 助轴承座安装在钢制托盘上。 辊子托盘需要进行角度调 整，它插进重型钢制辊子底 座上。 每个辊子底座都有四个很 对称的滑套，各在一个角上， 以便在主机立柱上进行上下 滑动。
辊子 数量 6 6 10 10 辊 辊 辊 辊 矫直角度 所需要的矫直直线 度等级 矫直速度 平均(90 m/min) 慢(60 m/min) 平均(90 m/min) 快 (220 m/min)
平均(30°) 一般(1/1500+) 较小(<25°)好(<1/2000+) 平均(30°) 极好(<1/4000+) 较大(45°) 好(<1/2000+)
实际设备设计所考虑的问题
• 为了有助于设备调整的重复设定，通常提供 有显示工作辊垂直和角度位置的功能，在小矫 直机上可能是安装在手轮上的指针转盘，而在 大矫直机上则为带数字编码器的调整机构，显 示在操作工控制界面上。 • 当所有辊子的角度及垂直位置都设定得适合 所要矫直的管子规格及钢级时，每个辊子的位 置就要锁紧。在小矫直机上可采用手动夹紧螺 栓，大矫直机通常采用短行程液压缸锁紧工作 辊托盘轴。
实际设备设计所考虑的问题
工作辊主传动采用两台同样的电机和传输设备 分别传动上工作辊和下工作辊。每个传动包括带五 (三)个输出轴的减速及分配齿轮箱，通过万向轴驱 动每个工作辊。万向轴要适应工作辊必要的角度及 垂直方向的运动范围。
工作辊位置设定
• 如上所述，矫直机通常都有工作辊角度和垂 直位置的显示，以便了解设定是否合适，并记 录下来，以便在以后生产类似产品时调用。现 在都可以通过HMI系统实现，操作工只需要输入 管子的参数，如管径、壁厚和材质，矫直机即 可建议一个最佳的设定方案，只要操作工接受， 矫直机即可按照建议的方案自动进行设定，操 作工再辅助以“微调”达到最佳的调整效果。 • 所需要的设定计算是通过数学模型、查表 法，以及参考已经用过的数据库和这几种方法 的综合而得到的。
增加工作辊对数
• 在六辊矫直机上，很显然管子在三处可能通过 碾轧将管子压到屈服点以上，即：在入口、中心和 出口的各对工作辊处。此外，所需的管子屈服点以 上弯曲矫直只有一次，即在中间的一对工作辊处。 • 在十辊矫直机上则多了两次施加给管子的碾轧 机会，而管子屈服点以上的弯曲矫直则发生在三处， 即第二、第三和第四对工作辊处。 • 十辊矫直机提供了更多的应力反向，因此，相 对六辊矫直机而言，在类似应用情况下，直线度质 量更好。
钢管矫直
钢管矫直
无论是什么生产工艺，连续焊管、 拉拔、挤压 、皮尔格热轧或者任何其他 工艺，几乎所有钢管在其生产过程中的 某个阶段都需要进行矫直。 矫直圆形钢管最有效且产量最高的 方式就是采用斜辊矫直机。 斜辊矫直机是将它们的辊子对走钢 线成一定角度安装，这样钢管可以旋转 着通过矫直机。
图1.
借助弯曲进行矫直
产生的拉应力 产生的压应力
在钢管只承受碾压载荷时的冯· 米塞斯等效应力(屈服准则)
在C-D线上的应力
等效应力轮廓线
钢管外壁
在A-B线上的应力
钢管内壁
钢管外壁
钢管内壁
碾轧及弯曲载荷
• 通过六辊或十辊矫直机能够在钢管上施加碾 轧载荷具有如下益处： A) 管子端头到断头的直线度得到改善； B) 有一定椭圆度的管子得以归圆。 • 如果要想通过沿钢管轴向施加弯曲载荷以达到 矫直钢管的目的的话，很显然只有当钢管整个通过 处于有支撑的辊子下才能得以弯曲。因此在管子端 头进到第二对辊子前和尾部离开第一对矫直辊时， 是不能得到矫直的。换言之，因为不能弯曲，在一 个大约相当于工作辊中心距的长度的两个管端是得 不到矫直的。
碾轧及弯曲载荷
• 在我们的六或十个相向安装的辊子矫直机中， 由于碾轧而产生的应力，比起其他的矫直方法来， 对头部和尾部的直线度有显著的改善。除此之外， 在管子上的椭圆度得以明显减小。 • 实践中还发现，通过采用对被矫直的管子综合 实施碾轧和弯曲，可以得到最佳的直线度，而每种 载荷的比例取决于管子直径、轧辊尺寸和中心，以 及管子直径与壁厚的比例等。
六辊与十辊矫直机的比较
选择十辊矫直机，而不采用六辊主要有两个原因，即： • 质量更佳，直线度更加恒定 • 在维修及直线度都在可接受的范围内，追求较高的 生产速度。 除了上面两点，还应考虑到设备投资成本的增加，因为 多出了两对工作辊。
BRONX/TAYLOR-WILSON 布朗克斯/泰勒-威尔逊10CR5矫直机
六辊矫直机 十辊矫直机 碾轧或改善椭圆的效果
各类型矫直机的 通用方法是施加给钢管 的每个部分一个比被矫 直材料屈服点高的应力 ，然后再逐渐消除这一 应力。 两种矫直机都是借 助沿钢管轴线上通过弯 曲对钢管产生一应力( 在图1中箭头表示弯曲 载荷)
三处进行碾轧
五处进行碾轧
弯曲效果
弯曲效果中的弯曲力
只施加一次高于屈服点的应力 施加三次高于屈服点的应力
实际设备设计所考虑的问题
• 为了对所有直径的管子进行矫直，每个上辊 的位置借助一丝杠机构进行调整，每个辊子在 导向孔内垂直调整位置。第二(六辊)、第三和第 四(十辊)个下辊也有类似机构，以便调整施加在 管子上的挠度。 • 为了保持管子与辊子接触的最大长度，在不 同管径下要调整矫直角度，这是通过一导螺杆 和螺母转动辊子托盘实现的。
为矫直加厚端管子而设计的快开
在矫直机生产线上，矫直机的辊缝设定成允许加 厚端通过。当管子以慢速咬入时，管端在切断安装在 第一对辊子处的光栅时，即启动了延时，上工作辊按 信号闭合，压在正常管径的管体上。闭合动作极为快 捷，保证在加厚端结束处就有辊子接触上进行矫直。 同样在第二和第三对辊子处也安装了光电管，在加厚 端通过后上工作辊闭合，在第三对工作辊闭合后，主 传动开始加速，直到设定的正常矫直速度。 在入口槽的一个光电管感应到管子的尾端时，在 尾端靠近矫直机时，主传动减速到咬入速度，控制系 统的三个延时顺序给信号打开入口上辊、中上辊和出 口上辊，以便让加厚端通过各对矫直辊。
十辊优于六辊矫直机的其他特点
在六辊矫直机上只有一种工作辊设定方法，也 就是中下辊高出前后辊，产生一个正挠度的弯曲矫 直；而十辊则有三对辊子可调整矫直挠度，这在一 定情形下是有好处的。
实际设备设计所考虑的问题
• 典型的设备设计不管六辊还是十辊基本上是 一样的，下面具体的实例是按十辊设计来叙述的。 前面提到的理论矫直要求必须通过实际设计的矫 直机来满足，矫直机要具备覆盖很大直径范围的 钢管，很好的可靠性和足够快的生产速度。 • 矫直过程中所施加的载荷是靠坚固的钢结构 顶盖和底座来承受的，顶盖和底座是靠数根圆形 钢立柱连在一起的。底座支撑五个下工作辊，每 个工作辊安装在一对轴承座之间，靠螺栓把在辊 子托盘上，每个辊子托盘通过一圆孔安装在底座 上。顶盖的设计总的来说是类似的设计和结构， 用以支撑五个上工作辊。
重型设计的矫直机
重型设计的矫直机
三个上辊和中下辊 都各装备有两个蜗轮蜗 杆机构，以便在同一垂 直面上调整辊子的上下 位置。丝杠机构安在辊 子轴承座的正下方以消 除施加到辊子托盘上的 任何弯曲载荷，并在管 子咬入和离开辊子时提 高辊子的稳定性。
六辊和十辊矫直机的优点
• 六辊和十辊矫直机比起其他类型矫直机在设计上的一个主 要优点就是接触管子的所有辊子都是驱动的。如果不是这样 的话，那么在矫直机的入口处，管子必须要将一个或多个固 定空转辊加速到矫直速度。这就不可避免地造成一些打滑并 且相应地在头部造成划痕，从而使那些表面有特殊质量需求 的管子达不到要求。 • 六辊和十辊斜辊矫直机的工作辊辊形具有较长的双曲线， 因此可以使碾轧及弯曲载荷尽可能长地分布在管子上，从而 减少了接触压力，以及造成外部和内部矫直痕迹的趋势。 • 长的工作辊包罗线还能保证管子被完全包住并且不需要 额外的导向装置控制管子位置，也避免由此产生的划痕。