斜輥矯直機(jī)

矯直輥表面呈一定曲線形狀，且與軋件成α角布置，如圖1所示。在矯直輥的帶動(dòng)下，軋件既轉(zhuǎn)動(dòng)又軸向移動(dòng)，作螺旋前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。軋件通過由交錯(cuò)布置的矯直輥所構(gòu)成的幾個(gè)彈塑性彎曲矯直單元，各個(gè)斷面得到多次反彎，達(dá)到一定程度的矯直。同時(shí)，軋件在旋轉(zhuǎn)中得到不同方向的反彎，也就能夠矯直多方向的原始曲率。

軋件通過矯直輥時(shí)，每轉(zhuǎn)半周彎曲一次，軋件容易得到多次彈塑性彎曲，所以一般斜輥矯直機(jī)的輥數(shù)不多，構(gòu)成1～3個(gè)彈塑性彎曲單元，就能達(dá)到所要求的矯直精度。

對(duì)于管材，除沿長度方向上彎曲的曲率得到消除或減小外，斷面形狀也同時(shí)得到矯直。不僅由于管材彎曲使與輥?zhàn)咏佑|處斷面被壓扁，而且可將每對(duì)輥?zhàn)又g的距離凋得比管材直徑稍小些，使管材斷面更加變扁，從而造成沿圓周方向管壁的應(yīng)

力與變形分布的不同，即構(gòu)成方向不同的彈塑性彎曲變形部分。隨著管材的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿?cái)嗝鎴A周上的變形發(fā)生連續(xù)交變，形成反復(fù)彎曲過程，使橢圓度得到矯直。

斜輥矯直機(jī)用于矯直管材和圓棒材，使軋件在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)過程中各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終消除各方向的彎曲和斷面的橢圓度。對(duì)于圓斷面的軋件，斜輥矯直是最有效的矯直方式，所以斜輥矯直機(jī)被廣泛用于軋制、拉拔、焊管和其他車間。

為了保證矯直質(zhì)量，矯直輥應(yīng)和軋件表面呈線接觸，因此，要求對(duì)不同直徑的軋件采用不同形狀的矯直輥。由于軋件的尺寸規(guī)格較多，在實(shí)際生產(chǎn)中很難滿足上述要求。實(shí)踐證明，采用一種矯直輥輥形曲線，當(dāng)軋件尺寸改變時(shí)，適當(dāng)改變矯直輥傾斜角度，即可改變軋件與矯直輥的接觸情況，也能滿足生產(chǎn)上的要求。因此，矯直輥傾斜角要求可調(diào)，同時(shí)，工藝上還要求隨著軋件直徑的變化，每對(duì)矯直輥之間的距離，也要相應(yīng)地改變。

根據(jù)上述要求，斜輥式矯直機(jī)通常由機(jī)架、矯直輥、矯直輥升降裝置、矯直輥傾角調(diào)整裝置等組成。

斜輥矯直機(jī)按輥?zhàn)訑?shù)量可分為二輥（一為凸輥，一為凹輥）、三輥和多輥矯直機(jī)，其中2—2—2—1型七輥矯直機(jī)和2—2—2型六輥矯直機(jī)數(shù)量較多，應(yīng)用較廣。隨著管材生產(chǎn)的發(fā)展，尤其石油用管的增多，二輥矯直機(jī)和3—1—3型七輥矯直機(jī)也得到了大量應(yīng)用，有效地消除了管子接頭部分的彎曲和橢圓度。

管材矯直機(jī)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制成四種型式：Ⅰ型為立柱式斜輥管材矯直機(jī)；Ⅱ型為開式斜輥管材矯直機(jī)；Ⅲ型為回轉(zhuǎn)式管材矯直機(jī)；Ⅳ型為絞接式三輥組合管材矯直機(jī)。管材矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)型式與基本參數(shù)見表1。

傳動(dòng)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)組成

由圖2可見，機(jī)架是由底座l和上蓋8用八個(gè)立柱7連接而成的。在機(jī)架底座與上蓋之間，布置著上下兩排共七個(gè)尺寸相同的矯直輥2。矯直輥兩端裝有雙列圓錐滾子軸承，并固定在回轉(zhuǎn)圓盤上（圖2之6）。下排第一、三兩個(gè)矯直輥的回轉(zhuǎn)圓盤固定在機(jī)架底座上，其余五個(gè)（上排四個(gè)、下排一個(gè)）矯直輥的回轉(zhuǎn)圓盤均固定在上下移動(dòng)橫梁3上，上下移動(dòng)橫梁連同其上的矯直輥的升降與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都裝在立柱7上。

由圖3可見，矯直機(jī)的四個(gè)主動(dòng)輥（順鋼管入口方向的第一對(duì)和第三對(duì)）分別由兩臺(tái)電機(jī)1（30kW）經(jīng)減速機(jī)2和萬向接軸3驅(qū)動(dòng)，其余三個(gè)矯直輥是空轉(zhuǎn)輥。

矯直輥的調(diào)整

所有的上矯直輥都是可以單獨(dú)調(diào)整的，見圖2，調(diào)整時(shí)由電動(dòng)機(jī)5經(jīng)蝸輪減速機(jī)4、壓下螺母（蝸輪同時(shí)也是壓下螺母），使移動(dòng)橫梁3沿立柱7升降，即可實(shí)現(xiàn)壓下調(diào)整。下排中間輥裝在下移動(dòng)橫梁上，同樣可調(diào)整位置高度。矯直輥的位置高度用指示器6表示。

矯直輥在工作時(shí)都應(yīng)調(diào)成同一傾斜角度，見圖3。調(diào)整時(shí)首先松開矯直輥回轉(zhuǎn)圓盤6上的切向長槽中的螺栓4，然后轉(zhuǎn)動(dòng)人口處的手輪8，經(jīng)蝸桿7及蝸輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)圓盤6，即可使矯直輥旋轉(zhuǎn)至所需要的角度。各矯直輥傾角調(diào)整裝置中的蝸桿7是用聯(lián)軸器5聯(lián)接在一起的。傾斜角度的大小，用裝在回轉(zhuǎn)圓盤上的刻度盤和移動(dòng)橫梁上的指針指示的。矯直輥傾角調(diào)整好后，仍用回轉(zhuǎn)圓盤上的螺栓4固定。

矯直輥

斜輥式矯直機(jī)的矯直輥按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式的。組合式輥?zhàn)拥妮伾硎强刹鹦兜?，一般用鍵聯(lián)接。輥身的材質(zhì)分鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料。鑄鋼輥身的壽命高于鍛鋼輥身壽命，尤其是離心鑄造的輥身壽命特別高。當(dāng)矯直薄壁管和表面質(zhì)量要求高的管子時(shí)，采用膠面輥身或膠木輥身。

斜輥矯直機(jī)的矯直質(zhì)量在很大程度上決定于矯直輥的輥形，合理的輥形應(yīng)該是在矯直過程中沿輥?zhàn)诱麄€(gè)工作段鋼管與輥?zhàn)油耆佑|，形成空間接觸帶。顯然，精確地確定這種輥形曲線將是相當(dāng)困難的。一種輥形曲線是按一種鋼管尺寸制定的，但又必須適應(yīng)一定尺寸范圍的鋼管矯直要求，這往往是通過調(diào)整輥?zhàn)拥膬A角來滿足。另一方面，隨著輥?zhàn)幽p，輥形也在不斷變化。因此，在保證一定矯直質(zhì)量的前提下，采用某種近似的簡化曲線作為輥形曲線也是可以的。

按鋼管的最大直徑和選擇較大的傾角設(shè)計(jì)輥形曲線，對(duì)于較小直徑，可調(diào)整輥?zhàn)?，使傾角適當(dāng)減小。一般矯直機(jī)的傾角范圍為25°～35°。

斜輥矯直機(jī)用于矯直鋼管與圓棒料，使軋件在螺旋前進(jìn)過程中各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終改善軋件的彎曲度和斷面的橢圓度。機(jī)架是斜輥矯直機(jī)的重要部件，也是矯直機(jī)中一個(gè)關(guān)鍵的、非更換的永久性部件，其結(jié)構(gòu)、受力狀況和使用工況都比較復(fù)雜，承受著矯直機(jī)工作時(shí)的全部載荷。

斜輥矯直機(jī)通常采用組合式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，由上、下橫梁和立柱系統(tǒng)組成，其中上、下橫梁是矯直機(jī)機(jī)架的關(guān)鍵組成部分，其強(qiáng)度與剛度直接影響著矯直機(jī)的壽命與矯直產(chǎn)品的質(zhì)量。橫梁的設(shè)計(jì)除要確保矯直機(jī)機(jī)架在使用過程中的安全性和合理的壽命外，還要考慮制造工藝的簡化。鑒于此，如何合理可靠地計(jì)算橫梁強(qiáng)度和剛度是矯直機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)必須解決的重要問題。

以往的矯直機(jī)上、下橫梁大多設(shè)計(jì)為鑄件，鑄件的制造周期長，單件生產(chǎn)成本高，又容易產(chǎn)生鑄造缺陷。多采用鑄焊結(jié)構(gòu)，而因橫梁內(nèi)部有很多筋板，計(jì)算較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)架力學(xué)分析的主要方法是應(yīng)用簡支梁簡化模型， 將橫梁的受力及截面進(jìn)行簡化，雖然能夠得出橫梁大約尺寸（如橫梁厚度、上下板厚度等），但不能獲得其內(nèi)部受力與變形分布的細(xì)節(jié)；因此，要想從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)上、下橫梁進(jìn)行模擬仿真分析是十分必要的。

機(jī)架橫梁矯直機(jī)機(jī)架

以一條不銹鋼鋼管六輥矯直機(jī)生產(chǎn)線的工程項(xiàng)目為例，通過有限元結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS對(duì)矯直機(jī)機(jī)架模型進(jìn)行模擬仿真分析及優(yōu)化。該項(xiàng)目矯直機(jī)機(jī)架如圖3所示，其為立式結(jié)構(gòu)，上橫梁裝有壓下機(jī)構(gòu)及上矯直輥組，下橫梁裝有反彎機(jī)構(gòu)及下矯直輥組。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，下橫梁需設(shè)置地腳孔，使整個(gè)機(jī)架固定在地基上，故設(shè)計(jì)時(shí)其厚度比上橫梁厚很多。在上、下橫梁受力相同的前提下可以得出，該矯直機(jī)機(jī)架上橫梁的剛度、強(qiáng)度比下橫梁低；因此，本文只對(duì)上橫梁進(jìn)行優(yōu)化分析。

機(jī)架橫梁機(jī)架上橫梁三維模型及分析

（1）三維建模

根據(jù)要矯直的管棒材規(guī)格、材質(zhì)等性能參數(shù)及矯直精度等要求，首先確定輥系型式為對(duì)輥六輥結(jié)構(gòu)，然后確定輥距和立柱位置等結(jié)構(gòu)參數(shù)，再進(jìn)一步計(jì)算出矯直力。利用大型通用的有限元結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸，建成如圖4所示的矯直機(jī)機(jī)架上橫梁模型。

（2）對(duì)模型進(jìn)行加載及約束

在上橫梁模型（圖4）中，分別在中間3個(gè)大圓筒的圓環(huán)面向上加載矯直力2500 kN，并分別將周邊安裝立柱的8個(gè)圓環(huán)面約束固定。在將上橫梁邊界條件及各參數(shù)設(shè)定后，開始利用ANSYS軟件進(jìn)行單元格劃分及計(jì)算。

（3）模型分析

矯直機(jī)機(jī)架的上橫梁受力情況如圖5所示，可以看出橫梁在額定載荷條件下，最大等效應(yīng)力為75.66 MPa（壓應(yīng)力狀態(tài)）；因此，立柱孔附近的應(yīng)力集中狀況可以不作強(qiáng)度分析的重點(diǎn)。另外，從矯直機(jī)機(jī)架上橫梁內(nèi)部筋板受力情況（圖6）可以看出，橫梁中的部分筋板存在應(yīng)力集中的情況，也有部分筋板基本上處于不受力的狀態(tài)，如圖6中標(biāo)記的1、2筋板。雖然在設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)主要受力的筋板采用了較厚的鋼板，但其平均應(yīng)力為35～42 MPa，橫梁的屈服強(qiáng)度為250 MPa，因此安全系數(shù)僅為6.0～7.1。通常設(shè)計(jì)要求安全系數(shù)為8.0～10.0，可見橫梁偏弱。

機(jī)架橫梁機(jī)架上橫梁改進(jìn)結(jié)構(gòu)的模型及分析

（1）結(jié)構(gòu)改進(jìn)

從上述的計(jì)算結(jié)果可以看出， 矯直機(jī)機(jī)架上橫梁受力偏大，安全系數(shù)不夠，因此需要改進(jìn)。

① 加強(qiáng)筋板厚度。從圖6中可以看出，筋板3為主要受力板，將此板加厚10 mm，重新分析計(jì)算，結(jié)果顯示筋板3的受力稍微減小，但改善效果不明顯。可以得出結(jié)論：不改變筋板布置、僅加強(qiáng)筋板厚度的辦法對(duì)橫梁的受力改善不大。

② 改變筋板布置。根據(jù)橫梁的受力與約束條件可以看出，當(dāng)正常工作時(shí)，3個(gè)矯直輥全部受力，橫梁中間部分以立柱孔為固定點(diǎn)整體向受力方向彎曲，因而筋板3受力很大，筋板1、2幾乎不受力。改進(jìn)措施：在不改變橫梁筋板厚度的前提下，將不受力的筋板與受力點(diǎn)或固定點(diǎn)連接起來，于是在筋板1與固定點(diǎn)（立柱筒）之間增加筋板、在筋板2與中間受力筒之間增加筋板， 模型如圖6所示。重新分析計(jì)算，結(jié)果是內(nèi)部各筋板均受力，且受力更均勻，應(yīng)力減小明顯。

（2）強(qiáng)度分析

在同樣的材料屬性和同樣的邊界條件下，對(duì)改進(jìn)后的模型進(jìn)行分析。

上橫梁改進(jìn)之后的模型筋板受力狀況有了很大程度的改善，各個(gè)筋板得到充分利用，應(yīng)力分布比較均勻。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，筋板上的最大等效應(yīng)力都在25～30 MPa之間，所以其安全系數(shù)為8.3～10.0，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)完全滿足設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)。

機(jī)架橫梁機(jī)架上橫梁改進(jìn)前后性能對(duì)比

對(duì)矯直機(jī)機(jī)架上橫梁的筋板進(jìn)行重新布置、優(yōu)化后，在額定載荷條件下，其受力由原來的35～42MPa減小為25～30 MPa，強(qiáng)度性能大約提高了25%，并且受力分布也更加均勻。

上橫梁的筋板進(jìn)行重新布置、優(yōu)化后，橫梁在額定載荷條件下，最大位移由原來的0.339 mm變?yōu)?.276 mm，整體剛度提高了18.6%。

上橫梁的筋板進(jìn)行重新布置、優(yōu)化后，橫梁內(nèi)部筋板的安全系數(shù)由原來的6.0～7.1提高到8.3～10.0，安全系數(shù)大大提高。

1 緒論

1.1 金屬條材的彎曲與矯直

1.2 金屬條材彈塑性彎曲的幾何與力學(xué)特性

1.3 金屬條材的矯直設(shè)備

2 壓力矯直機(jī)

2.1 壓力敵直機(jī)的工作原理與參數(shù)計(jì)算

2.2 壓力矯直機(jī)的分類與實(shí)例介紹

3 平行輥矯直機(jī)

3.1 平行輥矯直機(jī)的工作原理

3.2 平行輥矯直機(jī)的參數(shù)計(jì)算

3.3 平行輥矯直機(jī)的分類與實(shí)例

4 斜輥矯直機(jī)

4.1 斜輥矯直機(jī)的工作原理

4.2 斜輥矯直機(jī)的參數(shù)計(jì)算

4.3 斜輥矯直機(jī)的分類與實(shí)例介紹

5 旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機(jī)

5.1 旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機(jī)的工作原理

5.2 旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機(jī)的參數(shù)計(jì)算

5.3 旋轉(zhuǎn)反彎式矯直機(jī)分類與實(shí)例介紹

6 拉伸與拉彎矯直機(jī)

6.1 工作原理

6.2 參數(shù)計(jì)算

6.3 實(shí)例介紹

7 相關(guān)參數(shù)的確定、重點(diǎn)課題的討論及計(jì)算實(shí)例

7.1 主要彎曲參數(shù)與彎曲程度之間的數(shù)植關(guān)系

7.2 普通斜輥矯直機(jī)輥?zhàn)有苯堑恼{(diào)整原則

7.3 反彎輥形曲率半徑與輥?zhàn)有苯堑拇_定方法

7.4 圓材與輥面間滾動(dòng)摩擦系數(shù)的確定方法

7.5 扁鋼矯直技術(shù)的理論探討

7.6 浮動(dòng)孔型矯直技術(shù)的討論

7.7 矯直機(jī)計(jì)算實(shí)例

7.8 二輥矯直管材技術(shù)的討論

7.9 數(shù)控壓力矯直機(jī)的壓彎量數(shù)學(xué)模型介紹

7.10 文字符號(hào)的說明

參考文獻(xiàn)2100433B

全書共分7章。主要內(nèi)容包括：矯直技術(shù)的基本概念及基礎(chǔ)理論；重點(diǎn)介紹各類矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算，如壓力矯直機(jī)、平行輥矯直機(jī)、斜輥矯直機(jī)、旋轉(zhuǎn)反彎矯直機(jī)（轉(zhuǎn)轂工矯直機(jī)及平動(dòng)式矯直機(jī)）、拉伸與拉彎矯直機(jī)等。