管材矫直机及矫直辊的设计

郭宝山

（太重煤机有限公司，山西 太原030032）

矫直机是管材精整区的主要设备之一。管材矫直机的主要作用是消除管材在轧制、冷却等过程中产生的弯曲，同时还能减少管材的椭圆度。

1 管材矫直机的种类及应用

管材矫直机可分为机械压力矫直机和斜辊矫直机。机械压力矫直机工作时，自动化程度低，需要人工辅助操作，效率低下且矫直效果不好，多用于管材的初矫；斜辊矫直机的结构特点是矫直辊与管材倾斜相交，矫直辊转动时管材在前进中伴有旋转运动，矫直辊对管材的压弯轨迹呈螺旋线形，即压弯的方位是按螺旋形改变，由于管材在矫直辊间进行多次纵向反复弯曲，不但保证了管材的直线度，同时可消除管材的椭圆度。常用的斜辊矫直机配有5个矫直辊或7个矫直辊，七辊矫直机的结构比较完善，并有较多的矫直循环次数，工厂在实际生产中，采用该形式较多。

2 斜辊矫直机的结构

斜辊矫直机的特点是矫直辊与矫直中心线成一定角度，其结构如图1所示。驱动电机1连接减速箱2，并通过分齿箱3和万向联轴器4连接矫直辊，矫直辊压下装置5调节矫直辊的上下开口度，通过矫直辊调角装置6实现矫直辊与矫直中心线9角度的调节。

随着矫直机智能化的发展，矫直辊压下装置5和矫直辊调角装置6已可根据管材的不同规格实现自动化调整。

3 矫直辊的设计

斜辊矫直机辊形曲线是决定矫直效果的主要因素。矫直辊的最小直径（即喉径）由被矫管材的最大直径确定，即Dmin=1.5Dcmax；矫直辊的辊身长度L=1.67Dmin。矫直辊辊形曲线的设计方法较多，下面介绍两种常用的设计方法。

3.1 图解法

已知：被矫直管材的直径为d，矫直辊与管材两轴线间距离为H，两轴线之间的夹角为γ，求矫直辊的曲线。

如下页图2所示，取矫直辊轴线为X轴，在矫直辊喉径处作Y轴，原点为O，距离Y轴X1处作平行于Y轴的截面M1，M1平面截矫直辊所得的截交线为圆M，圆M的半径为R1。以此类推，取X2、X3、X4、……作一系列与Y轴平行的截面M2、M3、M4，可得一系列对应的半径为R2、R3、R4、……的截交圆，由此可得矫直辊的曲线，X2、X3、X4、……的取值越接近，所得的矫直辊曲线越精确，其最小半径为H-d/2。采用该种方法设计的矫直辊曲线，由于要作一系列近似椭圆E，又要通过椭圆E作与之相切的圆M，因此求得矫直辊曲线误差较大。

3.2 图解计算法

若要取得更为良好的矫直效果，在上述图解法的基础上，可用图解计算法设计矫直辊曲线。

图2 矫直辊曲线的图解法

如图2所示，圆M与椭圆E相切与点T，椭E的中心O1在ZOY坐标系中的坐标为（-H，x1tanγ），以O1作ZOY的平移坐标系Z1O1Y1，该坐标系随截面位置的变化而沿Y1轴线方向移动，相切点T的坐标为（Z1，Y1），椭圆方程：

由图2可知，切点T在Y1轴的右侧，故而Z1取“+”值，椭圆在切点T处的法线方程为：

T点处的法线为点T与圆M圆心O的连线，将点T和点O在X1O1Y1坐标系中的坐标代入（3-2）得：

切点T与圆心O之间的距离即为所求圆M的半径R:

当y1=0时，由式（1）可得z1=d/2，由式（3）得X1=0，由式（4）得在设计矫直辊曲线时，由y1=0开始，取一系列±y1值，由式（1）求得z1的值，将z1的值代入式（3）求得±X1，再代入式（4）中，求得各个截面上圆M的半径值R。

4 结语

要获得良好的矫直质量，应选取合理的γ（即矫直辊中心线与被矫管材中心线的夹角）值，γ值选取的范围多在24°~35°。同时，理论上不同直径的管材应采用不同的矫直辊和相应的γ值，为了简化矫直辊的数量，实际生产中，多采用一种矫直辊，通过变换γ值完成不同管径管材的矫直。