管材矯直機及矯直輥的設計

郭寶山

（太重煤機有限公司，山西 太原030032）

矯直機是管材精整區的主要設備之一。管材矯直機的主要作用是消除管材在軋制、冷卻等過程中產生的彎曲，同時還能減少管材的橢圓度。

1 管材矯直機的種類及應用

管材矯直機可分為機械壓力矯直機和斜輥矯直機。機械壓力矯直機工作時，自動化程度低，需要人工輔助操作，效率低下且矯直效果不好，多用于管材的初矯；斜輥矯直機的結構特點是矯直輥與管材傾斜相交，矯直輥轉動時管材在前進中伴有旋轉運動，矯直輥對管材的壓彎軌跡呈螺旋線形，即壓彎的方位是按螺旋形改變，由于管材在矯直輥間進行多次縱向反復彎曲，不但保證了管材的直線度，同時可消除管材的橢圓度。常用的斜輥矯直機配有5個矯直輥或7個矯直輥，七輥矯直機的結構比較完善，并有較多的矯直循環次數，工廠在實際生產中，采用該形式較多。

2 斜輥矯直機的結構

斜輥矯直機的特點是矯直輥與矯直中心線成一定角度，其結構如圖1所示。驅動電機1連接減速箱2，并通過分齒箱3和萬向聯軸器4連接矯直輥，矯直輥壓下裝置5調節矯直輥的上下開口度，通過矯直輥調角裝置6實現矯直輥與矯直中心線9角度的調節。

隨著矯直機智能化的發展，矯直輥壓下裝置5和矯直輥調角裝置6已可根據管材的不同規格實現自動化調整。

3 矯直輥的設計

斜輥矯直機輥形曲線是決定矯直效果的主要因素。矯直輥的最小直徑（即喉徑）由被矯管材的最大直徑確定，即Dmin=1.5Dcmax；矯直輥的輥身長度L=1.67Dmin。矯直輥輥形曲線的設計方法較多，下面介紹兩種常用的設計方法。

3.1 圖解法

已知：被矯直管材的直徑為d，矯直輥與管材兩軸線間距離為H，兩軸線之間的夾角為γ，求矯直輥的曲線。

如下頁圖2所示，取矯直輥軸線為X軸，在矯直輥喉徑處作Y軸，原點為O，距離Y軸X1處作平行于Y軸的截面M1，M1平面截矯直輥所得的截交線為圓M，圓M的半徑為R1。以此類推，取X2、X3、X4、……作一系列與Y軸平行的截面M2、M3、M4，可得一系列對應的半徑為R2、R3、R4、……的截交圓，由此可得矯直輥的曲線，X2、X3、X4、……的取值越接近，所得的矯直輥曲線越精確，其最小半徑為H-d/2。采用該種方法設計的矯直輥曲線，由于要作一系列近似橢圓E，又要通過橢圓E作與之相切的圓M，因此求得矯直輥曲線誤差較大。

3.2 圖解計算法

若要取得更為良好的矯直效果，在上述圖解法的基礎上，可用圖解計算法設計矯直輥曲線。

圖2 矯直輥曲線的圖解法

如圖2所示，圓M與橢圓E相切與點T，橢E的中心O1在ZOY坐標系中的坐標為（-H，x1tanγ），以O1作ZOY的平移坐標系Z1O1Y1，該坐標系隨截面位置的變化而沿Y1軸線方向移動，相切點T的坐標為（Z1，Y1），橢圓方程：

由圖2可知，切點T在Y1軸的右側，故而Z1取“+”值，橢圓在切點T處的法線方程為：

T點處的法線為點T與圓M圓心O的連線，將點T和點O在X1O1Y1坐標系中的坐標代入（3-2）得：

切點T與圓心O之間的距離即為所求圓M的半徑R:

當y1=0時，由式（1）可得z1=d/2，由式（3）得X1=0，由式（4）得在設計矯直輥曲線時，由y1=0開始，取一系列±y1值，由式（1）求得z1的值，將z1的值代入式（3）求得±X1，再代入式（4）中，求得各個截面上圓M的半徑值R。

4 結語

要獲得良好的矯直質量，應選取合理的γ（即矯直輥中心線與被矯管材中心線的夾角）值，γ值選取的范圍多在24°~35°。同時，理論上不同直徑的管材應采用不同的矯直輥和相應的γ值，為了簡化矯直輥的數量，實際生產中，多采用一種矯直輥，通過變換γ值完成不同管徑管材的矯直。