张培庆，左智韬，李星亮
（山西创奇实业有限公司，山西太原０３０００１）
摘要：针对国内现有矫直机在生产过程中产生的诸多问题，新设计出Φ１６８ｍｍ高强度矫直机，在矫直机
的防水、防尘及设备稳定性方面进行了专门设计。经过数台该型号矫直机的制造和现场使用证明，新设计的
Φ１６８ｍｍ矫直机所采用的基本设计方案是可行的，管材矫直质量明显提高。 关键词：管材；矫直机；高强度；设计；制造中图分类号：ＴＨ１２２；ＴＧ３３３．２＋３
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００１－２３１１（２００７）０３－００３０－０３
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＨｉ－ｓｔｒｅｎｇｔｈФ１６８ｍｍＳｔｒａｉｇ
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（ＳｈａｎｘｉＣｈｕａｎｇｑｉＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇｓｏｍａｎｙｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｄｏｍｅｓｔｉｃｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒｓ，ａｎｅｗｔｙｐｅｈｉ－ｓｔｒｅｎｇｔｈФ
１６８ｍｍｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈｓｐｅｃｉａｌｄｅｓｉｇｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｃｈｋｅｙｉｓｓｕｅｓａｓｗａｔｅｒａｎｄｄｕｓｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｏｆｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｍａｋｉｎｇａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅｓａｉｄｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｓｔｒａｉｇｈｔｅｒｉｓｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｕｂｅｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｕｂｕｌａｒｐｒｏｄｕｃｔ；Ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｅｒ；Ｈｉ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ；Ｄｅｓｉｇｎ；Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
０前言
根据目前国内钢管生产的现状，尤其是对管材质量的要求不断提高，为此设计制造了适应新产品要求的高强度矫直机。该矫直机针对国内现有矫直机在生产中产生的诸多问题，进行了专门的研究，使许多现场问题得到解决，尤其是在防水防尘及设备稳定性方面都作了许多专门设计。现以给通钢集团磐石无缝钢管有限公司设计制造的Φ１６８ｍｍ高强度矫直机为例，对该型号矫直机的主要技术参数、结构特点和设备设计等加以介绍。
１主要技术参数
新设计的Φ１６８ｍｍ高强度矫直机的主要技术
参数如下：
管材直径／ｍｍ７６￣１６８
管材壁厚／ｍｍ４．０￣２０．０
热熔胶网膜管材长度／ｍｍ４０００￣１２０００管材屈服强度／ＭＰａ≤１０００矫直辊喉径／ｍｍ４００辊身长度／ｍｍ５２０矫直辊数／个７主动矫直辊数／个６
电子管话筒矫直辊布置方式２－２－２－１矫直速度／（ｍ・ｍｉｎ－１）３０￣６０矫直精度／‰０．８管材原始弯曲度／‰≤２０主电机功率／ｋＷ１６０×２机组外型尺寸／ｍ１２．０２９×４．４４６×４．５２１机组重量／ｋｇ
７７００９
２主要结构特点
该矫直机采用七辊五立柱结构形式。矫直辊的
张培庆（１９５６－），男，高级工程师，副总经理，主要从事钢管设备及管材变形理论的研究，是国家标准《斜辊式管材矫正机———技术条件》和《管材矫正机———型式与基本参数》的主要起草人。
ＳＴＥＥＬＰＩＰＥＪｕｎ．２００７，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．３魔盒防晒霜
钢管２００７年６月第３６卷第３期
设计与开发
音频功放电路３０
排列布置：上机架３个矫直辊，下机架４个矫直辊。这种布置形式有利于设备的稳定性，设备结构紧凑，布局合理。 根据矫直机力能参数与实际生产情况，在满足力能参数的前提下尽量采用小辊距，以提高矫直精度；上下机架均采用铸钢件，以提高设备的稳定性；上下机架在铸造完毕后经过退火处理，因此机架本身的变形小，强度高；采用对辊形式，以满足不同矫直工艺要求；采用小矫直角度；为了提高管材的矫直质量，尤其是薄壁管、合金管在矫直过程中极易压扁和矫裂，造成成材率降低，严重时危及设备及人身安全，因而上下各三辊全驱动，在电控系统的控制下减小管材表面转速差，提高管材的表面矫直质量；根据现场操作经验，转角机构采用手动调整，方便准确，维护工作量小；为了消除辊座在矫直过程中的松动，造成矫直过程的不稳定，故锁紧机构采用双楔反向锁紧，锁紧效果好；在矫直热管过程中会有大量的氧化铁皮和冷却水，使得下辊座的工作条件特别恶劣，有些矫直机由于设计缺陷，造成氧化铁皮和冷却水进入辊座，致使下辊座无法按矫直工艺要求调整角度和调整辊座高度，为此专门在下机架辊座处采用了３道防尘和防水结构，以保证辊座转动灵活；在生产过程中矫直工艺是由矫直辊的调整实现的，上机架三辊均采用大速比摆线减速机电动压下，调整精度高；矫直辊采用专用孔型，
接触线长度远高于国家标准，材质为９Ｃｒ系列；上辊设有机械平衡装置，使得矫直参数稳定准确无误；在生产过程中被矫管材入口时的甩动对管材表面质量有很大的影响，如管材原始弯曲度太大，在刚咬入时形成单点悬臂梁，造成头部的小距离弯曲和硬化，使管材头部质量降低，为减小上述影响，入口导向套采用铸钢机架，配用缓冲导套使被矫管材在矫直过程中甩动减缓，从而减小对机架的冲击，提高管材表面质量。
采用直流调速配光电编码器，控制元件ＰＬＣ采用西门子产品，采用专用控制系统使两台直流电动机的转速差变小，从而提高管材表面质量，并通过操作台对各种工艺数据进行准确调整。分速箱采用稀油润滑系统优先原则，保证先润滑后转动。
２主要设备设计
２．１上机架
上机架中滑座采用ＺＧ２７０￣５００铸钢件，以足够的强度和矫直辊座相连接。为保证其联接精度，配有Φ４７０Ｈ８的导向孔为保证其在今后的拆卸中准确复位，滑座和矫直辊座之间配以Φ３０Ｈ７销轴。为防止由于长时间使用，造成滑座在调整角度时生锈和转不动，因而在机架和滑座之间用Φ７１０ｍｍ（外径）［Φ６７０ｍｍ（内径）］×５００ｍｍ（长度）铸青铜ＺＣｕＡｌ１０Ｆｅ３衬套，并在转动面内通入润滑脂，以便在调整转角和角度时升降、转动灵活。为了保证矫直辊座的灵活
转动及发生憋辊时的动力，选用了速比为１／４７３的摆线减速机，其最大扭矩为４４１３Ｎ・ｍ。压下螺杆采用梯形螺纹Ｔｒ１６０×６，其直径大，螺距小。此时的压下精度为０．３２ｍｍ／ｓ，对于矫直机的微调已足够高。压下螺母采用的是ＺＣｕＡｌ１０Ｆｅ３材料，以减小压下螺母和压下螺杆之间的摩擦因数，并提高矫直过程中的抗冲击性。为防止压下螺母和压下螺杆在工作时产生间隙，在压下螺母处增加蝶簧，可完全消除其间隙（图１）。为避免整个矫直辊座因自重而产生的间隙，在压下螺杆的上端也采用了蝶簧来消除间隙。上述两项消除间隙的方法，在生产现场应用是非常成功的，避免了在采用液压系统时所产生的诸多不便。角度调整采用双楔式锁紧，该结构简单实用，锁紧效果好。由于采用了双楔式锁紧，使矫直辊座在矫直过程中不论承受哪个方向的扭矩都可以锁紧。由于采用斜楔式，在锁紧时其斜面接触面积增大５０％￣８０％，因此提高了辊座的寿命。由于在设计时合理选择了锁紧杆尺寸，使得所产生的力臂增大，锁紧力提高。角度调整采用球面拉杆，该结构可确保转动辊座时的微调。转角丝杆采用梯形螺纹Ｔｒ７０×４，其转角的端面为球面，使得转角过程中接触均匀可靠，为减少在调整过程中的阻力，转角丝杆中心均通入润滑脂。
图１消除上机架压下螺母和压下螺杆
之间间隙的结构设计示意
１—压下螺母２—蝶簧３—压紧螺母４—压下螺杆
设计与开发
张培庆等：Φ１６８ｍｍ高强度矫直机的设计开发钢管２００７年６月第３６卷第３期
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２．２下机架
由于下机架的工作条件恶劣，长时间处于氧化铁皮和冷却水等腐蚀能力很强的环境中，因此提高下机架的防尘、防水、防腐能力非常重要。老式的矫直机都存在防尘、防水、防腐效果差的问题。为从根本上解决该问题，本矫直机在设计下机架时采用３道防尘、防水措施：第１道为防护圈，可有效防止氧化铁皮及冷却水的飞溅；第２道用机架本体凸台防止冷却水的流入；第３道为密封圈防止灰尘的侵入（图２）。针对下机架的特定工作环境，在其所有的外露口均采取了防护措施，因此，下机架的内部无水无尘。下矫直辊座的升降是用棘轮扳手来实现的，当纯单向转动时只需反复转动即可，若反向旋转时可将扳手拉出一定距离转动１８０°即可，非常灵活方便。
２．３机座
为保证设备的稳定性和耐腐蚀性，矫直机底座采用ＺＧ２７０￣５００铸钢件，提高了设备的整体安装精度。
２．４矫直辊座和导向辊座
矫直辊和导向辊的辊座均采用ＺＧ２７０￣５００铸钢件，轴承均采用双列圆锥滚子轴承。为保证轴承不进水和防尘，所有的转动部分均采用了密封件。为使设备得到充分利用，７只矫直辊的规格都一样，具有很高的互换性。矫直辊采用了公司专用的曲线，与大直径和小直径（在一定范围内）管子都能有较长的接触线接触，因此降低了应力参数，从而提高了辊子的使用寿命。辊子的材质为９Ｃｒ系列，该材料经过数道热处理工艺后，其表面光洁度在
０．４以上，表面硬度ＨＲＣ为５８￣６２，表面淬硬层≥１０ｍｍ，使得矫直辊的使用寿命明显提高，降低了
生产成本。商旅系统
２．５分速箱
pbcl2为提高整个设备的合理性，分速箱采用焊接式箱体，斜齿轮传动，以提高其重叠系数及承载能力。为避免出现重大事故确保设备的安全，过渡轴采用了胀套，当发生事故时胀套打滑，以减少传动设备的扭矩（图３）。
２．６导向套
导向套采用铸钢机架，配用缓冲导套使被矫管材在矫直过程中减少甩动，从而减小对机架的冲击，提高管材表面质量。
２．７操作系统
为保证设备各运动极限点的安全，均设有限位开关，及时提醒极限位置。操作台留有前后台操作按钮，以配合整体工作。
３应用效果
新设计的Φ１６８ｍｍ高强度矫直机经通钢集团磐石无缝钢管有限公司３年的使用，矫直的管材达到每年８万ｔ左右，大部分管材的矫直精度≤
０．６‰；矫直辊的使用寿命较高，１付辊子用１年左右，而国内同行业一般为１年用３￣４付辊子。
４结语
经过数台矫直机的制造及在现场的使用证明，
Φ１６８ｍｍ高强度矫直机所采用的基本设计方案是
可行的，管材的矫直质量有了明显提高，并完全达到和超过该设备供需双方所约定的技术条件要求。同时，经现场使用也发现该矫直机自动化程度低，调整不便，有待进一步改进。
（修定日期：２００７－０３－１５）
１—辊座
２—防护圈
３—凸台
４—密封圈
５—机座
图２下机架的防尘、防水、防腐设计示意
图３过渡轴胀套设计示意
１—齿轮２—胀套３—过渡轴４—过渡齿轮
ＳＴＥＥＬＰＩＰＥＪｕｎ．２００７，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．３
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