徐根濤，黃 杰，徐 偉

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海201900）

直縫埋弧焊管的焊縫是沿周長(zhǎng)的一條直線，焊接需要經(jīng)過內(nèi)焊和外焊兩個(gè)階段，由于熱影響的作用及內(nèi)焊、外焊之間存在時(shí)間差，必然會(huì)產(chǎn)生彎曲，影響鋼管直線度［1-3］，其影響程度與鋼管規(guī)格、材料性能、成型質(zhì)量等有一定的關(guān)系。寶山鋼鐵股份有限公司（簡(jiǎn)稱寶鋼股份）UOE焊管機(jī)組主要設(shè)備是從德國(guó)引進(jìn)的，產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)格為Φ508～1 422 mm×6.4～40.0 mm×8 000～18 500 mm，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力50萬t/年［4-7］。UOE生產(chǎn)線上對(duì)焊管有矯直作用的工序是擴(kuò)徑，依靠擴(kuò)徑夾鉗的步進(jìn)調(diào)整和擴(kuò)徑參數(shù)調(diào)整對(duì)鋼管起到一定的矯直作用。正常情況下，擴(kuò)徑后鋼管全長(zhǎng)直線度≤0.15%L，滿足API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品直線度≤0.2%L的要求，也可滿足挪威船級(jí)社DNV標(biāo)準(zhǔn)對(duì)海洋用管直線度≤0.15%L的要求，但無法滿足用戶提出的產(chǎn)品直線度≤0.1%L新要求。對(duì)于Φ1 067～1 422 mm等大規(guī)格厚壁鋼管，直線度不合格率達(dá)到30%左右，嚴(yán)重影響UOE生產(chǎn)線的順利運(yùn)行。鑒于此，為滿足用戶對(duì)焊管直線度控制在≤0.1%L的要求，對(duì)于不符合直線度要求的焊管，寶鋼股份只能對(duì)外委托對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行壓力矯直，矯直之后再運(yùn)回廠里進(jìn)行水壓試驗(yàn)、探傷等，既增加了運(yùn)輸成本，交貨期亦不能保證。由于寶鋼股份的產(chǎn)品定位于國(guó)際高端市場(chǎng)，今后高鋼級(jí)、

直線度要求嚴(yán)格的鋼管合同將會(huì)有增無減；因此，解決上述問題非常必要。

1 研發(fā)目標(biāo)

國(guó)內(nèi)大部分直縫埋弧焊管生產(chǎn)線在建設(shè)時(shí)就考慮了鋼管矯直機(jī)，一般為三點(diǎn)式上壓下行壓力矯直機(jī)，即兩個(gè)固定點(diǎn)支撐鋼管兩端，鋼管中部上凸，矯直機(jī)壓力頭從上向下壓制鋼管完成矯直，矯直機(jī)能力在6 000～8 000 kN，矯直鋼管規(guī)格為Φ406～914 mm，矯直鋼管壁厚為6～32 mm，矯直鋼管長(zhǎng)度為9 000～12 000 mm，矯直機(jī)一般為人工操作，根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行矯直壓下量的設(shè)置。

寶鋼股份需研發(fā)一臺(tái)大直徑直縫埋弧焊管矯直機(jī)，矯直鋼管規(guī)格為Φ508～1 422 mm×6.4～40.0 mm×10 000～18 300 mm，矯直鋼管最大鋼級(jí)X80，以基本滿足目前寶鋼股份UOE生產(chǎn)線的鋼管產(chǎn)品大綱，作為擴(kuò)徑機(jī)矯直鋼管的有效補(bǔ)充，使UOE生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求，并保證生產(chǎn)順行。

此外，研發(fā)的矯直機(jī)需節(jié)能環(huán)保、安全、高效（一人可完成全部操作，局部智能），依照UOE生產(chǎn)線產(chǎn)品大綱的最大規(guī)格要求，矯直機(jī)最大壓力需滿足Φ1 422 mm×28 mm×12 000 mm規(guī)格X80鋼級(jí)鋼管的矯直需求，矯直后鋼管直線度≤0.05%L，矯直速度5～8根/h。

2 鋼管三點(diǎn)矯直理論壓制力分析

2.1 矯直理論分析

設(shè)計(jì)大直徑直縫埋弧焊管矯直機(jī)的矯直理論基礎(chǔ)是鋼管三點(diǎn)矯直［8］，鋼管彎曲受力分析如圖1所示。

圖1 鋼管彎曲受力分析示意

依據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)［8］，可推導(dǎo)出兩點(diǎn)支撐下，鋼管頂部加載時(shí)抗彎強(qiáng)度σ與加載力P的關(guān)系：

式中Y——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

D——鋼管外徑，mm；

d——鋼管內(nèi)徑，mm；

L——支點(diǎn)跨距，mm。

2.2 理論矯直力及矯直機(jī)最大壓力計(jì)算

（1）產(chǎn)品大綱最小規(guī)格為Φ508 mm×6.4 mm×12 000 mm，支點(diǎn)跨距10 700 mm，鋼級(jí)X80（屈服強(qiáng)度690 MPa），由公式（1）可計(jì)算出所需加載力P為337.082 kN。

（2）產(chǎn)品大綱典型規(guī)格為Φ1 016 mm×21 mm×12 000 mm，支點(diǎn)跨距10 700 mm，鋼級(jí)X70（屈服強(qiáng)度621 MPa），由公式（1）可計(jì)算出所需加載力P為3 897.759 kN。

（3）產(chǎn)品大綱最大規(guī)格為Φ1 422 mm×28 mm×12 000 mm，支點(diǎn)跨距10 700 mm，鋼級(jí)X80（屈服強(qiáng)度690 MPa），由公式（1）可計(jì)算出所需加載力P為11 345.044 kN。

綜上計(jì)算，在矯直UOE生產(chǎn)線產(chǎn)品大綱最大規(guī)格鋼管時(shí)，支點(diǎn)跨距在10 700 mm狀況下，理論計(jì)算需要最大壓力約11 350 kN；考慮一定的余量，確定矯直機(jī)最大壓力為12 000 kN。

2.3 三維建模及驗(yàn)證

以寶鋼股份UOE生產(chǎn)線產(chǎn)品大綱最大規(guī)格、最大鋼級(jí)鋼管為例進(jìn)行建模，鋼管外徑1 422 mm，壁厚28 mm，材料屈服強(qiáng)度690 MPa，彈性模量210 GPa，泊松比0.28，比重7 850 kg/m3；下模間距10 700 mm，下模寬度400 mm，上模寬度分別設(shè)定為600 mm、400 mm、200 mm、100 mm，上模在鋼管正中間；將鋼管和上模、鋼管和下模座的接觸面定義為“無穿透”關(guān)系，模型整體定義為“全局接觸（接合）”關(guān)系；外部加載力11 760 kN均勻分布在上模上表面，考慮自身重力；為了簡(jiǎn)化計(jì)算，下模座和上模均設(shè)置為剛體，下模完全固定［9］。鋼管承受彎矩最大位置在鋼管中間的頂部和底部。在不同上模寬度情況下采用12 000 kN加載力矯直Φ1 422 mm×28 mm X80鋼級(jí)鋼管時(shí)鋼管的應(yīng)力云圖如圖2所示。

通過建模分析，上下模具的寬度越大，同樣加載力下的鋼管中間頂部、底部的應(yīng)力越小；12 000 kN加載力下，上模寬度100 mm時(shí)，鋼管中間頂部應(yīng)力超出材料理論屈服強(qiáng)度2.2%，底部應(yīng)力是材料理論屈服強(qiáng)度的97.5%，鋼管已發(fā)生屈服變形。

圖2 不同上模寬度情況下采用12 000 kN加載力矯直Φ1 422 mm×28 mm X80鋼管時(shí)鋼管的應(yīng)力云圖

三維建模分析結(jié)果與計(jì)算結(jié)果：在考慮模具寬度情況下存在一定偏差；但模具寬度趨于100 mm時(shí)，兩者基本一致。

3 矯直機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

3.1 設(shè)備概述

設(shè)計(jì)研發(fā)的大直徑焊管矯直機(jī)為機(jī)電液一體化設(shè)備，含整套設(shè)備電氣傳動(dòng)與控制設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 大直徑焊管矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)示意

（1）主壓頭固定安裝在龍門架上，龍門架可沿鋼管長(zhǎng)度方向移動(dòng)、工作位置定位鎖緊，不需要移動(dòng)工件即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)矯直，可有效提高工效。

（2）工作臺(tái)面上安裝有3套可同步升降的旋轉(zhuǎn)輥道，可托起鋼管后360°機(jī)動(dòng)旋轉(zhuǎn)并定位鋼管需被壓制矯直的高點(diǎn)，方便、可靠。

（3）工作臺(tái)面上安裝有6套可升降的縱向輸送輥道，為鋼管的軸向輸入、輸出提供了方便。

（4）工作臺(tái)面上設(shè)有一對(duì)可改變位置的V型砧座，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度鋼管的矯直，并可用作管端局部修整、整圓的下支撐。矯直模具需根據(jù)鋼管外徑來設(shè)計(jì)。

（5）設(shè)計(jì)有人工調(diào)整的直線度測(cè)量裝置，單人自動(dòng)檢測(cè)鋼管直線度。

（6）設(shè)計(jì)配套有機(jī)械動(dòng)作的主液壓系統(tǒng)和輔助液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。

3.2 機(jī)械設(shè)備主要組成

機(jī)械設(shè)備主要由固定式工作臺(tái)、龍門架、移動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、壓制主油缸總成、V型砧座、矯直上模具、可升降輸送輥道、可升降旋轉(zhuǎn)輥道、直線度測(cè)量裝置等組成。

（1）固定式工作臺(tái)。

結(jié)構(gòu)：鋼板焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部中空，可通過地溝直接進(jìn)入工作臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行維修作業(yè)；矯直用的一對(duì)可帶小角度轉(zhuǎn)動(dòng)的V型砧座、龍門架移動(dòng)用的耐磨導(dǎo)軌組件、升降旋轉(zhuǎn)輥、升降輸送輥、直線度測(cè)量輔助裝置等均安裝在此。

功能：用于支撐龍門架移動(dòng)、固定，支撐矯直V型砧座及6組可升降輸送輥、3組可升降旋轉(zhuǎn)輥、直線度輔助測(cè)量裝置等。

（2）龍門架及驅(qū)動(dòng)裝置。

結(jié)構(gòu)：鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由上橫梁和左右立柱用高強(qiáng)螺釘連接成一體；主油缸裝于上橫梁內(nèi)，活塞桿兩側(cè)各裝有導(dǎo)向桿；左右立柱下方分別裝有2組主動(dòng)輪和2組從動(dòng)輪及大減速比精密行星減速驅(qū)動(dòng)裝置，用來驅(qū)動(dòng)龍門架沿工作臺(tái)縱向移動(dòng)、定位；左、右立柱底部各裝有2套液壓鎖緊缸，用于龍門架鎖緊；主液壓系統(tǒng)安裝在龍門架的頂部。

功能：用于矯直油缸安裝及沿工作臺(tái)長(zhǎng)向移動(dòng)定位壓制鋼管。

（3）壓制主油缸總成。

結(jié)構(gòu)：安裝于龍門架上部橫梁之內(nèi)，采用高壓重載油缸標(biāo)準(zhǔn)，缸體采用42CrMo鍛件，內(nèi)腔滾壓珩磨；活塞桿采用表面鍍硬鉻的42CrMo鍛件；油缸密封件、導(dǎo)向耐磨環(huán)均采用知名進(jìn)口品牌，確保可靠、耐用?；钊麠U下端用螺母和上模連接座、上模連接。

主油缸采用外置位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油缸位移數(shù)據(jù)，通過比例液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)精確地控制油缸的下壓量和縮回量。此外，配有精確微動(dòng)裝置，在微動(dòng)狀態(tài)下，每按一次按鈕壓頭下降一個(gè)恒定的微小行程（可設(shè)定），以保證達(dá)到最佳矯直效果，并配置壓頭壓力顯示裝置。

功能：主油缸是鋼管矯直的關(guān)鍵部件，為鋼管壓制提供動(dòng)力。

（4）V型砧座和矯直上模具，如圖4所示。

圖4 V型砧座、鋼管、上模具矯直接觸示意

結(jié)構(gòu)：V型砧座分為上下兩部分組裝結(jié)構(gòu)，下部為鋼板結(jié)構(gòu)支座，上部為V型工作模座，V型工作模座表面安裝有耐磨板，可隨鋼管的壓制而圍繞轉(zhuǎn)軸做一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，避免鋼管表面產(chǎn)生壓痕。上模為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)規(guī)格鋼管配置一套上模具。

功能：V型砧座用于鋼管矯直時(shí)，兩端下部支撐。矯直上模具與V型砧座上下連用，兼有對(duì)管端局部修整壓圓的功能。

（5）不可升降輸送輥道、可升降輸送輥道、可升降旋轉(zhuǎn)輥輥道。

結(jié)構(gòu)：6組不可升降輸送輥道固定在地面，由聚氨酯包膠輥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)等組成，通過變頻器調(diào)速控制鋼管由外部進(jìn)入矯直機(jī)；6組可升降輸送輥道由聚氨酯包膠輥、液壓升降裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)等組成，通過變頻器調(diào)速控制鋼管在矯直機(jī)內(nèi)移動(dòng)；3組可升降旋轉(zhuǎn)輥由聚氨酯旋轉(zhuǎn)輥、升降軸承座塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)、升降油缸及導(dǎo)向桿組成，均為主動(dòng)旋轉(zhuǎn)輥，通過電機(jī)、減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過變頻器調(diào)速對(duì)不同鋼管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整，靠摩擦力帶動(dòng)鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)。

功能：6組不可升降輸送輥道用于鋼管進(jìn)出矯直機(jī)，6組可升降輸送輥道用于矯直前后將鋼管送進(jìn)送出，輥道升起后輥面標(biāo)高與矯直機(jī)入口輸送輥道一致。可升降旋轉(zhuǎn)輥用于矯直過程中操作者慢速轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管找到需矯直的高點(diǎn)位置。

（6）直線度測(cè)量裝置。

結(jié)構(gòu)：安裝在工作臺(tái)長(zhǎng)度方向的兩側(cè)，由支架、高度及水平伸出調(diào)整裝置、鋼絲調(diào)整裝置等組成，采用氣動(dòng)控制形式。

功能：用于對(duì)矯直的鋼管進(jìn)行直線度測(cè)量。

3.3 液壓設(shè)備主要組成

根據(jù)設(shè)備工藝要求，設(shè)計(jì)2套獨(dú)立液壓系統(tǒng)：一套為主液壓系統(tǒng)，控制主油缸和龍門架左右立柱底部4個(gè)鎖緊缸；一套為輔機(jī)液壓系統(tǒng)，控制3組旋轉(zhuǎn)輥和6組輸送輥道的升降油缸［10］。

（1）主液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)安裝于移動(dòng)龍門架橫梁頂部，通過高壓管路與主油缸和鎖緊缸相連。主液壓站可隨活動(dòng)橫梁一起沿工作臺(tái)縱向移動(dòng)。液壓泵采用進(jìn)口恒功率軸向柱塞液壓泵，可根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出流量，最大工作壓力28 MPa。主閥組采用插裝閥結(jié)構(gòu)，泄漏量小，啟閉簡(jiǎn)單。主油缸壓下回路和機(jī)架鎖緊回路中均設(shè)置壓力傳感器和精密壓力表，便于系統(tǒng)壓力控制及目視操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為二級(jí)減壓閥結(jié)構(gòu)，操作人員可以遠(yuǎn)程調(diào)壓。

（2）輔機(jī)液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)泵站布置在主機(jī)地坑中，安裝于工作臺(tái)的一端，通過液壓管路與各執(zhí)行元件相連。電機(jī)泵組采用進(jìn)口恒壓變量軸向柱塞泵，適用低壓大流量、高壓小流量，系統(tǒng)最大工作壓力14 MPa。主閥組采用疊加閥結(jié)構(gòu)，安裝方便，調(diào)試簡(jiǎn)單。系統(tǒng)采用同步馬達(dá)實(shí)現(xiàn)同步控制，不受溫度等外界因素影響。

（3）液壓系統(tǒng)配置。兩個(gè)液壓系統(tǒng)油箱均為不銹鋼材質(zhì)，配置有液位傳感器、溫度傳感器、放油閥、清洗孔等，并設(shè)有油溫、液位監(jiān)控、污染阻塞報(bào)警裝置；設(shè)置獨(dú)立加熱、冷卻、過濾循環(huán)系統(tǒng)。

（4）液壓控制要求。主液壓系統(tǒng)和輔機(jī)液壓系統(tǒng)均要求：①溫度顯示、低溫報(bào)警、高溫報(bào)警、高溫停機(jī)；②液位顯示、低液位報(bào)警、低液位停機(jī)；③高壓過濾器堵塞報(bào)警，回油過濾器堵塞報(bào)警；④液壓泵進(jìn)油口蝶閥報(bào)警，主油缸充液閥進(jìn)油口蝶閥報(bào)警；⑤龍門架鎖緊壓力低報(bào)警，主液壓系統(tǒng)超壓力報(bào)警；⑥主油缸上限位報(bào)警，主油缸下限位報(bào)警；⑦輸送輥道油缸上位置顯示、下位置顯示，旋轉(zhuǎn)輥道油缸上位置顯示、下位置顯示。

3.4 電氣控制系統(tǒng)組成

電氣控制依據(jù)工藝需求及機(jī)械液壓等動(dòng)作需求設(shè)計(jì)，包括鋼管接收和送出，矯直全過程，液壓系統(tǒng)的控制?？刂葡到y(tǒng)采用西門子S7-300的CPU控制，并配備分布式I/O系統(tǒng)ET200S。龍門架、輥道電機(jī)均采用變頻器驅(qū)動(dòng)［7］。

（1）電氣系統(tǒng)組成。由落地式控制柜、懸掛式控制柜、懸臂操作箱、遙控操作器、液壓部分（帶外置位移檢測(cè)的矯直油缸、輥道升降油缸、壓力傳感器等）、龍門架行走電機(jī)、輥道電機(jī)等部分組成。廠房外元器件防護(hù)等級(jí)IP67，并備有防水罩。

（2）供電。設(shè)備電源采用三相交流380 V供電，整機(jī)供電電源TN-S（三相四線L1、L2、L3、PE）；電源電壓380 V（±10%），頻率50 Hz（-1.0～+0.5 Hz）。

（3）通信總線。所有通信器件采用PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)連接，PLC采用西門子S7-300的CPU314C-2DP、分布式I/O系統(tǒng)ET200S，懸臂箱上的操作面板采用西門子TP700精智面板（標(biāo)配PROFIBUS-DP接口），位移傳感器采用BALLUFF外置式微脈沖位移傳感器（配置PROFIBUS-DP接口）。通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接，高速、穩(wěn)定、可靠。

（4）驅(qū)動(dòng)及控制要求。一臺(tái)SINAMICS G120變頻器控制龍門架行走；一臺(tái)SINAMICS G120變頻器控制3組旋轉(zhuǎn)輥，長(zhǎng)短管模式下動(dòng)作的旋轉(zhuǎn)輥數(shù)量由接觸器選擇；另外兩臺(tái)SINAMICS G120變頻器各自控制6臺(tái)輸送輥道，動(dòng)作的電機(jī)數(shù)量由接觸器選擇。系統(tǒng)設(shè)計(jì)以下功能（圖5）：①液壓站啟停操作；②廠房外輸送輥道的進(jìn)料、出料；③廠房?jī)?nèi)輸送輥道的進(jìn)料、出料、上升、下降；④旋轉(zhuǎn)輥的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、上升、下降；⑤龍門架的前進(jìn)、后退；⑥矯直壓頭的壓制、微壓、上抬。

圖5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

（5）設(shè)備安全保護(hù)及報(bào)警。①龍門架的前后限位保護(hù)；②矯直壓頭的下限位保護(hù)；③鋼管進(jìn)料、出料保護(hù)（包含長(zhǎng)短管模式下防傾斜保護(hù)）；④液壓站壓力、油溫保護(hù)；⑤液壓站再啟動(dòng)時(shí)間間隔保護(hù)；⑥緊急停車控制，故障報(bào)警指示，變頻器故障代碼顯示等。

（6）操作方式。設(shè)備工作方式選手動(dòng)（可以對(duì)所有動(dòng)作進(jìn)行單獨(dú)操作），還可進(jìn)行鋼管的送進(jìn)、送出、旋轉(zhuǎn)及矯直龍門架的前后移動(dòng)，矯直壓頭完成鋼管矯直全過程，進(jìn)行自動(dòng)壓制（主壓頭位置控制，壓力保護(hù)），具有位置保持功能（保壓）。

（7）系統(tǒng)特點(diǎn)。CPU及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方面，系統(tǒng)由西門子S7-300 CPU控制，并組建PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)，在惡劣的工廠環(huán)境中能穩(wěn)定運(yùn)行，可擴(kuò)展性強(qiáng)。懸臂式操作箱安裝在龍門架上，在上面可完成全部操作；懸臂式操作箱可進(jìn)行兩軸的近360°旋轉(zhuǎn)，便于操作人員選擇合適的操作位置。系統(tǒng)配置的無線遙控器有效距離為100 000 mm，并帶有急停按鈕以及雙重冗余電路及自檢功能，安全可靠。操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)需要，選擇合適的操作位置進(jìn)行矯直操作，整個(gè)矯直操作均可在無線遙控器上進(jìn)行。懸臂式操作箱上配有模式選擇開關(guān)，有“長(zhǎng)管”（L12 500 mm）和“短管”（10 000L≤12 500 mm）模式。選擇模式后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)設(shè)置該模式下需要完成的動(dòng)作，以及把不需要?jiǎng)幼鞯腣型輥和旋轉(zhuǎn)輥下降到安全位置。

4 與現(xiàn)有矯直機(jī)比較

寶鋼股份設(shè)計(jì)研發(fā)的大直徑焊管矯直機(jī)的矯直壓力為12 000 kN，矯直鋼管規(guī)格為Φ508～1 422 mm×6.4～40.0 mm×10 000～18 300 mm；考慮到三點(diǎn)矯直特點(diǎn)，矯直的極限鋼管規(guī)格為Φ1 422 mm×28 mm×12 000 mm，鋼級(jí)X80。該矯直機(jī)除矯直外還兼有管端整圓功能，可一機(jī)兩用，具有節(jié)能、安全、精準(zhǔn)、方便的特點(diǎn)。

（1）主液壓系統(tǒng)選用恒功率液壓泵，可根據(jù)矯直負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出流量；輔助液壓系統(tǒng)選用恒壓變量泵，自動(dòng)匹配適用低壓大流量、高壓小流量；這兩種泵的選型可減少系統(tǒng)發(fā)熱及能量損失，高效節(jié)能。

（2）鋼管進(jìn)出、壓制主要?jiǎng)幼髟O(shè)置安全保護(hù)和連鎖，保證壓制時(shí)龍門架的頂起及鎖緊，可升降輸送輥道、可升降旋轉(zhuǎn)輥位置連鎖，壓制狀態(tài)下位置控制與壓力保護(hù)、位置保持功能，此外具有緊急停車控制、安全保護(hù)控制、故障報(bào)警指示等。

（3）矯直機(jī)主油缸采用高精度外置位移傳感器，實(shí)時(shí)控制油缸位移數(shù)據(jù)，通過4WRZE液壓比例換向閥和外置式微脈沖位移傳感器，精確控制主油缸的下壓量和縮回量，在微壓模式（每次壓下量0.5～1.0 mm）下，可設(shè)置點(diǎn)動(dòng)時(shí)候的微小壓下量，每按壓一次手操器（或操作面板）上的微壓按鈕，不管按壓時(shí)間長(zhǎng)短，壓頭慢速下行的距離是設(shè)定距離。4WRZE液壓比例換向閥為帶內(nèi)置放大版的二級(jí)比例換向閥，使用壓力高，抗污染性強(qiáng)，控制精度高，完全滿足工況需要。型號(hào)為BTL5-T110-M0900-S103的位移傳感器，最大線性誤差±0.03 mm，與4WRZE液壓比例換向閥組成主油缸位置控制系統(tǒng)，能夠精確控制油缸動(dòng)作和位置。操作人員可根據(jù)不同規(guī)格的鋼管設(shè)置自動(dòng)壓下數(shù)值或者點(diǎn)動(dòng)壓下數(shù)值。

（4）鋼管矯直可使用手操器和操作面板兩種操作模式；主油缸矯直壓頭具有點(diǎn)動(dòng)、單次、微動(dòng)3種操作狀態(tài)，主壓頭可實(shí)現(xiàn)快速下行、慢速下行、工作速度下行、保壓、快速返程等功能；組建PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，能穩(wěn)定運(yùn)行在惡劣的工廠環(huán)境中，擴(kuò)展性強(qiáng)。

（5）設(shè)計(jì)的直線度測(cè)量裝置，調(diào)整便捷，簡(jiǎn)單可靠，一人操作可完成矯直前后的直線度測(cè)量。

5 應(yīng)用效果、效益及設(shè)計(jì)驗(yàn)證

5.1 應(yīng)用效果和效益

該大直徑焊管矯直機(jī)在設(shè)計(jì)研發(fā)制作后，經(jīng)設(shè)備安裝、調(diào)試試車、功能考核及優(yōu)化改進(jìn)，2018年初正式投入使用，截至2019年5月底，共矯直鋼管約1 800根，約13 400 t，矯直的鋼管規(guī)格有Φ508，660，711，762，1 016，1 067，1 219，1 422 mm等，可減少對(duì)外委托加工費(fèi)用約670萬元。該矯直機(jī)具備異常管離線處置能力，縮短異常管處置周期，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益；鋼管矯直后無擦傷、壓痕、橢圓度局部變化等再生缺陷，鋼管直線度≤0.5‰L，管端直線度≤1.0 mm，質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

5.2 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)X70鋼級(jí)3個(gè)典型規(guī)格鋼管的實(shí)際矯直力，并與公式（1）計(jì)算出的理論矯直力進(jìn)行對(duì)比，具體見表1。

表1 典型規(guī)格鋼管的理論矯直力和實(shí)際矯直力

依據(jù)表1中X70鋼級(jí)Φ1 422 mm×25.8 mm鋼管的狀態(tài)進(jìn)行建模驗(yàn)證，下模間距10 700 mm，下模寬度400 mm，上模寬度600 mm，上模在鋼管正中間。外部加載力9 331 kN均勻分布在上模上表面，并設(shè)置增加了自身重力。矯直Φ1 422 mm×25.8 mm X70鋼級(jí)鋼管時(shí)主油缸壓力波形和鋼管應(yīng)力如圖6所示，鋼管承受最大彎矩位置在鋼管中間的頂部和底部，應(yīng)力分別為508 MPa和538 MPa；鋼管未發(fā)生屈服變形；實(shí)際應(yīng)力比理論應(yīng)力低13.4%～18.2%。

圖6 矯直Φ1 422 mm×25.8 mm×12 000 mm X70鋼級(jí)鋼管時(shí)主油缸壓力波形和鋼管應(yīng)力分布

6 結(jié) 語(yǔ)

寶鋼股份根據(jù)UOE焊管生產(chǎn)需要進(jìn)行了大直徑焊管矯直機(jī)的研發(fā)與制造，依據(jù)理論計(jì)算及三維建模，確定了矯直機(jī)最大設(shè)備能力。在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、試車及試生產(chǎn)過程中，通過改進(jìn)矯直機(jī)龍門架結(jié)構(gòu)、輥道布置、砧座結(jié)構(gòu)、上模具結(jié)構(gòu)，優(yōu)化液壓系統(tǒng)控制、電氣控制系統(tǒng)設(shè)備安全聯(lián)鎖保護(hù)等，解決了鋼管在矯直過程中產(chǎn)生的擦傷和壓痕、壓制部位橢圓度超差、液壓卸荷沖擊以及龍門架異常震顫等問題。實(shí)際矯直力與理論矯直力及三維建模矯直力進(jìn)行比較驗(yàn)證：實(shí)際矯直力低于理論矯直力1.3%～8.1%，低于三維建模的矯直力13.4%～18.2%。新研制的矯直機(jī)達(dá)到了節(jié)能環(huán)保、安全高效（一人操作，局部智能）、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的研發(fā)目標(biāo)；保證了UOE生產(chǎn)線工序正常，滿足高附加值鋼管制造要求，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。