CN109772951A - 具有公用辊的金属焊管成型装置及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种具有公用辊的金属焊管成型装置及其生产方法，该装置包括第1小辊组、第2小辊组和第3小辊组，管坯通过金属焊管生产线中的夹送辊、带传动的精成型辊和定径辊输送。该装置采用组合轧辊弯曲技术，在粗成型段用一组小辊代替现有的一套大直径水平辊和立辊，不需要使用立辊，在更换焊管规格时，只需调整小辊位置即可，从而，大幅降低设备投资，大大提高生产效率。

Description

具有公用辊的金属焊管成型装置及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属焊管设备技术领域，特别涉及一种具有公用辊的金属焊管成型装置及其生产方法。

背景技术

焊管机组一般以带钢卷为原料，原料经开卷、经夹送辊10-1进入成型机的粗成型段10-2和精成型段10-3弯曲变形，经焊接辊10-4焊接、定径段10-5定径、切断，完成焊管生成，参见图1所示，这些过程在一条生产线上连续进行，粗成型段10-2、精成型段10-3和定径段10-5均设有动力传动系统。粗成型段10-2设有大直径水平辊10-2-1和立辊10-2-3，精成段10-3亦设有大直径水平辊和立辊。

现有的金属焊管设备中，一种规格的管要对应一套轧辊，对于中大直径（φ600-φ1200mm）管，轧辊的投资占总投资比例较大。而且换辊时间较长，从而影响生产产量的提高。排辊式成型机也采用了公用辊技术，但结构复杂，排辊数量多（光外排辊都需要60至100个），造价昂贵，且调整十分复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种具有公用辊的金属焊管成型装置及其生产方法，该装置取代现有金属焊管生产线中粗成型段，它用一组小直径辊代替原来的大直径水平辊和立辊，也不带有动力传动，在更换一定直径范围内的焊管规格时，只需调整小直径辊(以下称小辊）位置即可，能大幅降低设备成本，大大提高生产效率，提高产品质量。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种具有公用辊的金属焊管成型装置，该金属焊管成型装置位于金属焊管机组中的开卷机和成型机内的精成型段之间，所述金属焊管成型装置包括用于轧制变形角度θi≤180°的管坯的第1小辊组和用于轧制变形角度在240°≥θ_i＞180°区间的管坯的第2小辊组和用于轧制变形角度θ_i＞240°的管坯的第3小辊组，所述第1小辊组采用三个内小辊和三个外小辊布排结构，所述第2小辊组采用三个内小辊和三个外小辊布排结构，所述第3小辊组采用五个内小辊和五个外小辊布排结构，管坯通过金属焊管生产线中的夹送辊、带传动的精成型辊和定径辊输送。

所述第1小辊组由第1螺杆1-1、第1上横梁1-2、第1内承辊台1-13、第1左内小辊1-3、第1右内小辊1-4、第1中间内小辊1-7、第1左外小辊1-5、第1右外小辊1-6、第1中间外小辊1-10、第1左外承辊台1-8、第1右外承辊台1-9和第1机架1-11组成，在两个第1机架1-11之间中部设有第1上横梁1-2，该第1上横梁1-2固装有第1内承辊台1-13，所述两个第1机架1-11上部均装有第1螺杆1-1，所述第1螺杆1-1下部分别与所述第1上横梁1-2左、右端部作螺纹连接，所述第1上横梁1-2通过设在第1机架1-11上的第1导轨1-11-1作上、下移动，所述第1内承辊台1-13下端左、右、中部分别设有向下倾斜的第1斜面1-13-1、第2斜面1-13-2和第1水平面1-13-3，所述第1左内小辊1-3通过设在第1斜面1-13-1的第1导槽1-13-4与所述第1斜面1-13-1作滑动连接，所述第1右内小辊1-4通过设在第2斜面1-13-2的第2导槽1-13-5与所述第2斜面1-13-2作滑动连接，所述第1中间内小辊1-7与所述第1水平面1-13-3作固定连接，在两个第1机架1-11之间下底部左、右侧分别固设有第1左外承辊台1-8和第1右外承辊台1-9，所述第1左外承辊台1-8上端部设有从左至右向下倾斜的第3斜面1-8-1，所述第1左外小辊1-5通过设在第3斜面1-8-1的第3导槽1-8-2与所述第3斜面1-8-1作滑动连接，所述第1右外承辊台1-9上端部设有从右至左向下倾斜的第4斜面1-9-1，所述第1右外小辊1-6通过设在第4斜面1-9-1的第4导槽1-9-2与所述第4斜面1-9-1作滑动连接，位于所述第1左外承辊台1-8与所述第1右外承辊台1-9之间且与所述第1水平面1-13-3对应处固设有第1中间外小辊1-10。

所述第2小辊组由第2螺杆2-1、第2上横梁2-2、第2内承辊台2-13、第2左外承辊台2-3、第2右外承辊台2-4、第2左外小辊2-5、第2右外小辊2-6、第2左内小辊2-7、第2右内小辊2-8、第2中间内小辊2-14、第2中间外小辊2-9和第2机架2-10组成，在两个第2机架2-10之间上部设有第2上横梁2-2，该第2上横梁2-2固装有第2内承辊台2-13，所述两个第2机架2-10上顶部均装有第2螺杆2-1，所述第2螺杆2-1下部分别与所述第2上横梁2-2左、右端部作螺纹连接，所述第2内承辊台2-13下端部左右两侧分别设有向下向中央倾斜的第5斜面2-13-1和第6斜面2-13-2，所述第2左内小辊2-7通过竖置的第1悬臂2-7-1和设在第5斜面2-13-1的第5导槽2-13-3与所述第5斜面2-13-1作滑动连接，所述第2右内小辊2-8通过竖置的第2悬臂2-8-1和设在第6斜面2-13-2的第6导槽2-13-4与所述第6斜面2-13-2作滑动连接，所述第2内承辊台2-13下部中央固设有竖置的第3悬臂2-13-3，所述第3悬臂2-13-3下端部设有第2中间内小辊2-14，在两个第2机架2-10的中部两内侧分别固设有第2左外承辊台2-3和第2右外承辊台2-4，所述第2左外承辊台2-3右侧部设有向下倾斜的第7斜面2-3-1，所述第2左外小辊2-5通过设在第7斜面2-3-1的第7导槽2-3-2与所述第7斜面2-3-1作滑动连接，所述第2右外承辊台2-4左侧部设有向下倾斜的第8斜面2-4-1，所述第2右外小辊2-6通过设在第8斜面2-4-1的第8导槽2-4-2与所述第8斜面2-4-1作滑动连接，在两个第2机架2-10之间底部中央处固设有第2中间外小辊2-9。

所述第3小辊组由第3螺杆3-1、第3上横梁3-2、第3内承辊台3-17、第3左外上承辊台3-3、第3右外上承辊台3-4、第3左外下承辊台3-15、第3右外下承辊台3-16、第3左内上小辊3-11、第3左内下小辊3-13、第3右内上小辊3-12、第3右内下小辊3-14、第3中间内小辊3-10、第3左外上小辊3-5、第3左外下小辊3-7、第3右外上小辊3-6、第3右外下小辊3-8、第3中间外小辊3-9和第3机架3-18组成，在两个第3机架3-18之间上部设有第3上横梁3-2，该第3上横梁3-2固装有第3内承辊台3-17，所述两个第3机架3-18上顶部均装有第3螺杆3-1，所述第3螺杆3-1下部分别与所述第3上横梁3-2左、右端部作螺纹连接，所述第3内承辊台3-17下端部左、右两侧分别设有向下向中央倾斜的第9斜面3-17-1和第10斜面3-17-2，所述第3内承辊台3-17下端部中央固设有竖置的第6悬臂3-17-3，所述第3左内下小辊3-13通过竖置的第4悬臂3-13-1和设在第9斜面3-17-1的第9导槽3-17-6与所述第9斜面3-17-1作滑动连接，所述第4悬臂3-13-1设有竖置的第15导槽3-13-1-1，所述第3左内上小辊3-11与第15导槽3-13-1-1作上下滑动连接，所述第3右内下小辊3-14通过竖置的第5悬臂3-14-1和设在第10斜面3-17-2的第10导槽3-17-7与所述第10斜面3-17-2作滑动连接，所述第5悬臂3-14-1设有竖置的第16导槽3-14-1-1，所述第3右内上小辊3-12与第16导槽3-14-1-1作上下滑动连接，所述第6悬臂3-17-3下端部固设有第3中间内小辊3-10，在左、右两个第3机架3-18的内侧中部和下部分别固设有第3左外上承辊台3-3、第3左外下承辊台3-15、第3右外上承辊台3-4和第3右外下承辊台3-16，所述第3左外上承辊台3-3、第3左外下承辊台3-15的右侧部分别设有向下倾斜的第11斜面3-3-1和第13斜面3-15-1，所述第3左外上小辊3-5通过设在第11斜面3-3-1的第11导槽3-3-2与所述第11斜面3-3-1作滑动连接，所述第3左外下小辊3-7通过设在第13斜面3-15-1的第13导槽3-15-2与所述第13斜面3-15-1作滑动连接，所述第3右外上小辊3-6通过设在第12斜面3-4-1的第12导槽3-4-2与所述第12斜面3-4-1作滑动连接，所述第3右外下小辊3-8通过设在第14斜面3-16-1的第14导槽3-16-2与所述第14斜面3-16-1作滑动连接，在两个第3机架3-18之间底部中央固设有与所述第3中间内小辊3-10对应的第3中间外小辊3-9。

采用具有公用辊的金属焊管成型装置轧制金属焊管粗成型段的生产方法，该生产方法步骤为：

（1）金属焊管成品管规格为φ610mm～φ1120m；

（2）对金属焊管粗成型段采用公用组合轧辊孔型设计；

（3）粗成型机架数N₁=6，管坯分六道轧制，即第一道至第六道；精成型机架数N₂=3，管坯分三道轧制，即第七道至第九道；管坯在每一道对应有一个变形角θ_i，i=1～9；选取第一道变形角θ₁=95°～97°，将第一道变形角θ1与第七道变形角θ7之间的角度差平均分配，以求得各道的孔型半径R_i；

选取θ₇=323°～325°，则每道的变形角θ_i=θ₁+（i+1）（θ₇-θ₁）/N₁

计算轧制管坯的带钢带宽：Bw=π（Dt-t+△D）+Kt，

式中：Bw--管坯宽度，毫米；t--管坯厚度，毫米；Dt--成品管直径，毫米；

△D--定径量，毫米；选取12毫米左右；Kt--焊接余量，毫米，选取4.2毫米左右；

计算各道孔型半径R_i=1弧度×Bw/θ_i=57.3×Bw/θ_i

（4）当管坯变形角θ_i≤180°，对应管坯轧制的第一道、第二道、第三道时，选用所述第1小辊组，根据上面第（1）、（2）、（3）点所设定和计算获得的参数，调整固定第1左内小辊1-3、第1右内小辊1-4、第1左外小辊1-5和第1右外小辊1-6在相应位置上，并通过第1螺杆1-1调节第1上横梁1-2和第1内承辊台1-13的高度；

（5）当管坯变形角在240°≥θ_i＞180°区间，对应管坯轧制的第四道时，选用所述第2小辊组，根据上面第（1）、（2）、（3）点所设定和计算获得的参数调整固定第2左外小辊2-5、第2右外小辊2-6、第2左内小辊2-7和第2右内小辊2-8在相应的位置上，并通过第2螺杆2-1调节第2上横梁2-2和第2内承辊台2-13的高度；

（6）当管坯变形角在θ_i＞240°，对应管坯轧制的第五道、第六道时，选用所述第3小辊组，根据上面第（1）、（2）、（3）点所设定和计算获得的参数调整固定第3左内上小辊3-11、第3左内下小辊3-13、第3右内上小辊3-12、第3右内下小辊3-14、第3左外上小辊3-5、第3左外下小辊3-7、第3右外上小辊3-6和第3右外下小辊3-8在相应的位置上，并通过第3螺杆23-1调节第3上横梁3-2和第3内承辊台3-17的高度；

（7）管坯通过金属焊管生产线中的夹送辊、具有动力传动的精成型辊和定径辊输送。

本发明一种具有公用辊的金属焊管成型装置及其生产方法的设计理论依据是：

（1）倾斜角不变理论当孔型设计原则保持不变时，对所有规格的管，其成型带钢边缘都处于一条直线k上，参见图2所示 ，即带钢边缘m点和m'点的切线l和l'相对水平位置的倾斜角保持不变。利用组合轧辊弯曲技术，利用上述倾斜角不变理论，在管规格变化（如图2中由s变到t)时，只要沿特定方向j'（与直线j平行的方向）调整轧辊b的位置从n点移动到n'点即可。这样就达到公用轧辊的目的。

对所有规格的管，其成型带钢相似点的倾斜角保持不变，即所有规格的管其成型带钢相似点都在同一条直线上。这一结论不仅适用于单半径孔型，而且适用于双半径孔型系统。同时，采用上山成型、下山成型或孔型底线保持水平不变的孔型系统时，倾斜角不变原理都是适用的。这一结论不仅适合带钢边缘，对于其他任何相应点即相似点的切线倾斜角同样能保持不变。如图3中曲线s和t分别为对应大直径管和小直径管的工件截面图。直线01-02为焊接辊底线（或成型完成时的管坯底线），此底线低于工件截面曲线s、t的底线，为下山成型法。图3中e-g、f-h为带钢边缘处相似点的连线，ee-gg、ff-hh为任意位置的相似点连线。且所有这些倾斜线都相交于01-02的o点。

图3 中p-m为某一位置的相似点的连线，pp-mm线平行于p-m线，轧辊b从p点沿pp-mm线移动到m点，即完成从一种规格到另一种规格的变化。

（2）三点弯曲原理

三点弯曲原理示意如图4，当A点向下移动时，金属板在B，C两点的支撑下产生弧形弯曲，弯曲半径随A点下移而变小。在B，C两点间存着非约束的自由变形。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

（1）省去立辊，可节省投资。

（2）在生产线的粗成型段可省去传动装置。

（3）焊管规格在一定范围内变化时（如焊管直径从φ610mm分级变至φ1120mm），通过调整由几个小直径辊组成的辊组中的小辊的位置即可，运用这一轧辊公用化技术，可大大减少轧辊数量和重量。

（4）由几个小直径（φ60mm～120mm）辊组成的第1、2、3小辊组代替大直径水平辊，能减少了因速度差而造成的摩擦，从而提高了钢管表面质量。

（5）实施本发明在一定范围内更换不同直径规格焊管时，调整简单方便，节省了换辊时间，较大地提高焊管产量。

附图说明

图1是现有金属焊管生产系统示意图。

图2是倾斜角不变原理示意图。

图3是双半径孔型系统倾斜角不变原理示意图。

图4是三点弯曲理论示意图。

图5是本发明生产φ1120mm焊管时第一道孔型和轧辊组布置主视图。

图6是图5的左视图。

图7是图5的俯视图。

图8是本发明生产φ610mm管时第一道孔型和轧辊组布置主视图。

图9是本发明生产φ1120mm管时第四道孔型和轧辊组布置主视图。

图10是图9的左视图。

图11的图9的俯视图。

图12是本发明生产φ610mm管时第四道孔型和轧辊组布置主视图。

图13是本发明生产φ1120mm管时第六道孔型和轧辊组布置主视图。

图14是图13的左视图。

图15是图13的俯视图。

图16是本发明生产φ610mm管时第六道孔型和轧辊组布置主视图。

图17是包含本发明具有公用辊的金属焊管成型装置的金属焊管生产系统示意图。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述：

实施例1

参见图5～图16所示，一种具有公用辊的金属焊管成型装置，该金属焊管成型装置位于金属焊管机组中的开卷机和成型机内的精成型段之间，所述金属焊管成型装置包括用于轧制变形角度θi≤180°的管坯的第1小辊组和用于轧制变形角度在240°≥θ_i＞180°区间的管坯的第2小辊组和用于轧制变形角度θ_i＞240°的管坯的第3小辊组，所述第1小辊组采用三个内小辊和三个外小辊布排结构，所述第2小辊组采用三个内小辊和三个外小辊布排结构，所述第3小辊组采用五个内小辊和五个外小辊布排结构，管坯通过金属焊管生产线中的夹送辊、带传动的精成型辊和定径辊输送。

所述第1小辊组由第1螺杆1-1、第1上横梁1-2、第1内承辊台1-13、第1左内小辊1-3、第1右内小辊1-4、第1中间内小辊1-7、第1左外小辊1-5、第1右外小辊1-6、第1中间外小辊1-10、第1左外承辊台1-8、第1右外承辊台1-9和第1机架1-11组成，在两个第1机架1-11之间中部设有第1上横梁1-2，该第1上横梁1-2固装有第1内承辊台1-13，所述两个第1机架1-11上部均装有第1螺杆1-1，所述第1螺杆1-1下部分别与所述第1上横梁1-2左、右端部作螺纹连接，所述第1上横梁1-2通过设在第1机架1-11上的第1导轨1-11-1作上、下移动，所述第1内承辊台1-13下端左、右、中部分别设有向下倾斜的第1斜面1-13-1、第2斜面1-13-2和第1水平面1-13-3，所述第1左内小辊1-3通过设在第1斜面1-13-1的第1导槽1-13-4与所述第1斜面1-13-1作滑动连接，所述第1右内小辊1-4通过设在第2斜面1-13-2的第2导槽1-13-5与所述第2斜面1-13-2作滑动连接，所述第1中间内小辊1-7与所述第1水平面1-13-3作固定连接，在两个第1机架1-11之间下底部左、右侧分别固设有第1左外承辊台1-8和第1右外承辊台1-9，所述第1左外承辊台1-8上端部设有从左至右向下倾斜的第3斜面1-8-1，所述第1左外小辊1-5通过设在第3斜面1-8-1的第3导槽1-8-2与所述第3斜面1-8-1作滑动连接，所述第1右外承辊台1-9上端部设有从右至左向下倾斜的第4斜面1-9-1，所述第1右外小辊1-6通过设在第4斜面1-9-1的第4导槽1-9-2与所述第4斜面1-9-1作滑动连接，位于所述第1左外承辊台1-8与所述第1右外承辊台1-9之间且与所述第1水平面1-13-3对应处固设有第1中间外小辊1-10。

所述第2小辊组由第2螺杆2-1、第2上横梁2-2、第2内承辊台2-13、第2左外承辊台2-3、第2右外承辊台2-4、第2左外小辊2-5、第2右外小辊2-6、第2左内小辊2-7、第2右内小辊2-8、第2中间内小辊2-14、第2中间外小辊2-9和第2机架2-10组成，在两个第2机架2-10之间上部设有第2上横梁2-2，该第2上横梁2-2固装有第2内承辊台2-13，所述两个第2机架2-10上顶部均装有第2螺杆2-1，所述第2螺杆2-1下部分别与所述第2上横梁2-2左、右端部作螺纹连接，所述第2内承辊台2-13下端部左右两侧分别设有向下向中央倾斜的第5斜面2-13-1和第6斜面2-13-2，所述第2左内小辊2-7通过竖置的第1悬臂2-7-1和设在第5斜面2-13-1的第5导槽2-13-3与所述第5斜面2-13-1作滑动连接，所述第2右内小辊2-8通过竖置的第2悬臂2-8-1和设在第6斜面2-13-2的第6导槽2-13-4与所述第6斜面2-13-2作滑动连接，所述第2内承辊台2-13下部中央固设有竖置的第3悬臂2-13-3，所述第3悬臂2-13-3下端部设有第2中间内小辊2-14，在两个第2机架2-10的中部两内侧分别固设有第2左外承辊台2-3和第2右外承辊台2-4，所述第2左外承辊台2-3右侧部设有向下倾斜的第7斜面2-3-1，所述第2左外小辊2-5通过设在第7斜面2-3-1的第7导槽2-3-2与所述第7斜面2-3-1作滑动连接，所述第2右外承辊台2-4左侧部设有向下倾斜的第8斜面2-4-1，所述第2右外小辊2-6通过设在第8斜面2-4-1的第8导槽2-4-2与所述第8斜面2-4-1作滑动连接，在两个第2机架2-10之间底部中央处固设有第2中间外小辊2-9。

所述第3小辊组由第3螺杆3-1、第3上横梁3-2、第3内承辊台3-17、第3左外上承辊台3-3、第3右外上承辊台3-4、第3左外下承辊台3-15、第3右外下承辊台3-16、第3左内上小辊3-11、第3左内下小辊3-13、第3右内上小辊3-12、第3右内下小辊3-14、第3中间内小辊3-10、第3左外上小辊3-5、第3左外下小辊3-7、第3右外上小辊3-6、第3右外下小辊3-8、第3中间外小辊3-9和第3机架3-18组成，在两个第3机架3-18之间上部设有第3上横梁3-2，该第3上横梁3-2固装有第3内承辊台3-17，所述两个第3机架3-18上顶部均装有第3螺杆3-1，所述第3螺杆3-1下部分别与所述第3上横梁3-2左、右端部作螺纹连接，所述第3内承辊台3-17下端部左、右两侧分别设有向下向中央倾斜的第9斜面3-17-1和第10斜面3-17-2，所述第3内承辊台3-17下端部中央固设有竖置的第6悬臂3-17-3，所述第3左内下小辊3-13通过竖置的第4悬臂3-13-1和设在第9斜面3-17-1的第9导槽3-17-6与所述第9斜面3-17-1作滑动连接，所述第4悬臂3-13-1设有竖置的第15导槽3-13-1-1，所述第3左内上小辊3-11与第15导槽3-13-1-1作上下滑动连接，所述第3右内下小辊3-14通过竖置的第5悬臂3-14-1和设在第10斜面3-17-2的第10导槽3-17-7与所述第10斜面3-17-2作滑动连接，所述第5悬臂3-14-1设有竖置的第16导槽3-14-1-1，所述第3右内上小辊3-12与第16导槽3-14-1-1作上下滑动连接，所述第6悬臂3-17-3下端部固设有第3中间内小辊3-10，在左、右两个第3机架3-18的内侧中部和下部分别固设有第3左外上承辊台3-3、第3左外下承辊台3-15、第3右外上承辊台3-4和第3右外下承辊台3-16，所述第3左外上承辊台3-3、第3左外下承辊台3-15的右侧部分别设有向下倾斜的第11斜面3-3-1和第13斜面3-15-1，所述第3左外上小辊3-5通过设在第11斜面3-3-1的第11导槽3-3-2与所述第11斜面3-3-1作滑动连接，所述第3左外下小辊3-7通过设在第13斜面3-15-1的第13导槽3-15-2与所述第13斜面3-15-1作滑动连接，所述第3右外上小辊3-6通过设在第12斜面3-4-1的第12导槽3-4-2与所述第12斜面3-4-1作滑动连接，所述第3右外下小辊3-8通过设在第14斜面3-16-1的第14导槽3-16-2与所述第14斜面3-16-1作滑动连接，在两个第3机架3-18之间底部中央固设有与所述第3中间内小辊3-10对应的第3中间外小辊3-9。

实施例2

参见图5～图16所示，本发明的一种具有公用辊的金属焊管成型装置用于金属焊管生产线中的粗成型段，它适合于轧制直径φ610mm～φ1120mm的金属焊管，为此，设计有φ1120机组，该机组可以生产直径为φ610mm、φ660mm、φ711mm、φ762mm、φ864mm、φ965mm、φ1016mm和φ1120mm八种规格的焊管。本实施例以金属焊管成品管规格为φ610mm×6.0mm和φ1120mm×12mm为例详细阐述φ1120机组各项技术参数的设定、计算、设备的调整及其生产方法。

（1）采用圆周成型法进行孔型设计。

（2）粗成型段采用公用组合轧辊孔型设计。

焊管成品管规格为：

最小直径φ610×6.0mm；

最大直径φ1120×12mm；

粗成型机架数N=6。

第一道

在不影响第一架次管坯咬入的条件下，适当增加第一架次变形角，当焊管直径为φ1120mm时，取变形角θ₁=96°，然后将θ₁与第一闭口孔型变形角θ₇之间的角度差平均分配，由此求得各道的孔型半径。

取θ₇=324°，θ_i=θ₁+(i-1)(θ₇-θ₁)/N=θ₁+(i-1)(324-96)/6=θ₁+(i-1)38°

当焊管直径为φ610mm时，变形角θ_i'=θ_i。

对φ1120mm×12mm焊管的带宽计算

Bw=3.14(Dt-t+∆D)+Kt

式中：Bw----管坯宽度，毫米；

t----管坯厚度；毫米；

Dt----成品管直径，毫米；

Kt----焊接余量，毫米；这里选为4.2毫米。

∆D---定径量，毫米，这里选为12毫米；

Bw=3.14(1120-12+12)+4.2=3521mm

孔型弯曲半径R₁=1弧度×Bw/θ₁=57.3×3521/96=2101.6mm

图5 为生产φ1120mm焊管时第一道轧辊布置示意图，即采用第1小辊组，其内外辊系各由三个小辊（即小直径辊）组成。1-1为调整压下的第1螺杆，通过调整压下第1螺杆1-1可带动第1上横梁1-2上下移动，第1左内小辊（带辊架，下同）1-3、第1右内小辊1-4、第1中间内小辊1-7位置随之上下移动，以适应不同管坯厚度。1-8、1-9为第1左、右外承辊台，第1左、右外小辊1-5、1-6分别沿第3、4斜面1-8-1、1-9-1移动，以适应不同焊管规格直径要求。同时第1左、右内小辊1-3、1-4也要分别沿第1内承辊台1-13上的第1、2斜面1-13-1、1-13-2移动。1-13-3为第1水平面，1-10为第1中间外小辊，1-11为第1机架，1-12为φ1120mm焊管第1管坯。

图6中，1-1为调整压下的第1螺杆，1-2为第1上横梁，1-8为第1左外承辊台，1-11为第1机架，1-13-1为第1斜面，1-8-1为第3斜面，1-11-1为第1导轨。

图7中，1-1为调整压下的第1螺杆，1-2为第1上横梁，1-8-1为第3斜面，1-9-1为第4斜面，1-11为第1机架，1-13-1为第1斜面，1-8-2、1-9-2为第3、第4导槽，1-13-2为第2斜面，1-13-4为第1导槽，1-13-5为第2导槽，1-11-1为第1导轨。更换焊管规格时，轧辊不用更换。

当焊管直径为φ610mm时，带宽B'w=1920mm，弯曲半径R₁'=1146mm，变形角θ₁' =96°。

图8 为生产焊管直径为φ610mm时第一道轧辊布置示意图，也是采用第1小水平辊组，其内外辊系各由三个小辊组成。1-1为调整压下的第1螺杆，通过调整压下第1螺杆1-1可带动第1上横梁1-2上下移动，第1左内小辊1-3、第1右内小辊1-4、第1中间内小辊1-7的位置随之移动，以适应不同管坯厚度。1-8、1-9为第1左、右外承辊台，第1左、右外小辊1-5、1-6分别沿第3、第4斜面1-8-1、1-9-1移动，以适应不同焊管规格直径要求。同时第1左、右内小辊1-3、1-4也要分别沿第1、2斜面1-13-1、1-13-2移动。1-10为第1中间外小辊，1-11为第1机架。1-12'为φ610mm焊管第1管坯。

焊管直径从φ1120mm变为φ610mm时，移动各小轧辊位置即可。

当变形角θ_i≤180°时，第二道、第三道轧辊布置图与第一道的轧辊布置图类似，都是采用第1小辊组，故不再重复画出。

第二道

变形角度θ₂=96+38×(2-1)=134°。当焊管直径为φ1120mm时，孔型弯曲半径R₂=57.3×3521/134=1505.62mm。

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₂'=57.3×1920/134=821.02mm。

第三道

变形角度θ₃=96+38×(3-1)=172°。

当焊管直径为φ1120mm时，弯曲半径R₃=57.3×3521/172=1172.98mm。

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₃'=57.3×1920/172=639.63mm。

第二道和第三道轧辊组均采用第1小辊组的布置，见图5～图8所示。

第四道

变形角度θ₄=96+38×(4-1)=210°。

当焊管直径为φ1120mm时，弯曲半径R₄=57.3×3521/210=960.73mm。

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₄'=57.3×1920/210=523.89mm。

第五道

变形角度θ₅=96+38×(5-1)=248°。

当焊管直径为φ1120mm时，弯曲半径R₅=57.3×3521/248=813.52mm。

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₅'=57.3×1920/248=443.61mm。

第六道

变形角度θ₆=96+38×(6-1)=286°。

当焊管直径为φ1120mm时，弯曲半径R₆=57.3×3521/286=705.43mm。

当变形角在240°≥θ_i＞180°区间时，轧辊布置与第一、二、三道不同。此时，即第四道是采用第2小辊组。

焊管直径为φ1120mm时，第四道轧辊组采用三个外小辊加三个内小辊的布置。即第2小辊组，参见图9所示。在图9中，内辊组由第2左、右内小辊2-7、2-8和第2中间内小辊2-14组成，外辊组由第2左、右外小辊2-5、2-6和第2中间外小辊2-9组成。第2上横梁2-2位置通过第2螺杆2-1可作上下调整，第2内承辊台2-13位置随之移动，以适应不同管坯厚度。2-3、2-4分别为第2左、右外承辊台，第2左、右外小辊2-5、2-6分别沿第7、第8斜面2-3-1、2-4-1移动，以适应不同焊管规格直径要求。第2左、右内小辊2-7、2-8的位置可分别通过第1悬臂2-7-1、第2悬臂2-8-1在第5斜面2-13-1、第6斜面2-13-2移动，以适应焊管的不同规格直径。更换焊管直径时，轧辊不用更换。2-10为第2机架，2-11为φ1120mm焊管第2管坯。

在图10中，2-1为调整压下的第2螺杆，2-2为第2上横梁，2-3为第2左外承辊台，2-10为第2机架，2-10-1为第2导轨。

在图11中，2-1为调整压下的第2螺杆，2-2为第2上横梁，2-3为第2左外承辊台，2-4为第2右外承辊台，2-10为第2机架， 2-13-3、2-13-4分别为第5、第6导槽。2-3-2、2-4-2分别为第7、第8导槽。2-5、2-6分别为第2左、右外小辊。2-13-1、2-13-2分别为第5、6斜面，2-10-1为第2导轨。

图12为焊管直径φ610mm第四道轧辊配置示意图，此时，采用第2小辊组布置。在图12中，第2机架2-10、第2左、右外承辊台2-3、2-4、第2内承辊台2-13与图9所示完全相同。第2上横梁2-2的位置通过第2螺杆2-1可作上下调整，以适应不同管坯厚度需要。第2左、右内小辊2-7、2-8的位置通过第1、2悬臂2-7-1、2-8-1可分别在第5、6斜面2-13-1、2-13-2上移动，第2内中间小辊2-14通过第3悬臂2-13-3与第2内承辊台2-13固定连接。第2左、右外小辊2-5、2-6可分别在第7、8斜面2-3-1、2-4-1上移动，以适应焊管直径从φ610mm变到其他更大直径。更换焊管规格时，轧辊不用更换。第2中间外小辊2-9的位置不用动。2-11’为φ610mm焊管第2管坯。

当变形角θ_i＞240°时，φ1120mm机组内辊和外辊需要各增加到五个，图13所示为成型φ1120mm焊管时本发明装置在粗成型段的最后一道（第六道）轧辊布置示意图。在图13中，第3上横梁3-2的位置通过第3螺杆3-1可作上下调整，以适应不同管坯厚度需求。第3左、右内上小辊3-11、3-12和第3左、右内下小辊3-13、3-14的位置可通过第4、5悬臂3-13-1、3-14-1分别在第3内承辊台3-17上的第9、10斜面3-17-1、3-17-2上移动，除此之外，第3左、右内上小辊3-11、3-12还可分别沿第4、5悬臂3-13-1、3-14-1上垂直上下移动，第3左、右外上小辊3-5、3-6可分别在第3左、右外上承辊台3-3、3-4的第11、12斜面3-3-1、3-4-1上移动，第3左、右外下小辊3-7、3-8可分别在第3左、右外下承辊台3-15、3-16的第13、14斜面3-15-1、3-16-1上移动，以适应焊管直径从φ1120mm变到其他较小直径的需求。更换焊管规格时，轧辊不用更换。3-9为第3外中间小辊，第3中间内小辊3-10通过第6悬臂3-17-3与第3内承辊台3-17固定连接。3-19为φ1120mm焊管第3管坯，3-18为第3机架。

图14中，3-1为调整压下的第3螺杆，3-2为第3上横梁，3-3为第3左外上承辊台，3-18为第3机架，3-18-1为第3导轨，3-15为第3左外下承辊台。

图15中，3-1为调整压下的第3螺杆，3-2为第3上横梁，3-3为第3左外上承辊台，3-4为第3右外上承辊台，3-18为第3机架，3-17为第3内承辊台，3-17-6为第9导槽，3-17-7为第10导槽，3-3-2、3-4-2分别为第11、12导槽，3-15-2、3-16-2分别为第13、14导槽，3-15、3-16分别为第3左、右外下承辊台，3-18-1为第3导轨。

当直径为φ610mm时，弯曲半径R6'=57.3×1920/286=384.67mm。

图16为直径φ610mm焊管第六道轧辊配置示意图。在图16中，第3机架3-18、第3左、右外上承辊台3-3、3-4、第3内承辊台3-17与图13所示完全相同。第3上横梁3-2位置通过第3螺杆3-1可作上下调整，以适应不同管坯厚度要求。第3左、右内上小辊3-11、3-12和第3左、右内下小辊3-13、3-14的位置可通过第4、5悬臂3-13-1、3-14-1分别在第3内承辊台3-17上的第9、10斜面3-17-1、3-17-2上移动，除此之外，第3左、右内上小辊3-11、3-12还可分别沿第4、5悬臂3-13-1、3-14-1的导槽作垂直上下移动，第3左、右外上小辊3-5、3-6可分别在第3左、右外上承辊台3-3、3-4的第11、12斜面3-3-1、3-4-1上移动，第3左、右外下小辊3-7、3-8可分别在第3左、右外下承辊台3-15、3-16的第13、14斜面3-15-1、3-16-1上移动，以适应焊管直径从φ610mm变到其他较大直径。更换焊管规格时，轧辊不用更换。第3中间外小辊3-9的位置不用动。3-19'为φ610mm焊管第3管坯。

第五道轧辊布置图与第六道的轧辊布置图类似，不再重复画出。

第七道到第九道采用带导向片的闭口孔型（又称精成型孔型）。其机架与轧辊布置与现有的一样。

第七道

变形角度θ₇=96+38×(7-1)=324°

当焊管直径为φ1210mm时，弯曲半径R₇=57.3×3521/324=623.23mm

导向片宽度 B₇=2×R₇×sin((360-θ₇)/2)=385.18mm

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₇'=57.3×1920/324=339.56mm

导向片宽度 B₇'=2×R₇'×sin((360-θ₇)/2)=209.85mm

第八道

变形角度θ₈=θ₇+（360-θ₇）/2=342°

当焊管直径为φ1120mm时，弯曲半径R₈=57.3×3512/342=588.41mm

导向片宽度B₈=2×R₈×sin((360-θ₈)/2)=2×588.41×sin（（360-342）/2）=180.1mm

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₈'=57.3×1920/342=321.68mm

导向片宽度B₈'=2×R₈'×sin((360-θ₈)/2)=2×321.68×sin((360-342)/2)=100.64mm

第九道

变形角度θ₉=θ₈+(360-θ₈)/2=342+(360-342)/2=351°

当焊管直径为φ1120mm时，弯曲半径R₉=57.3×3521/351=574.8mm

导向片宽度 B₉=2×R₉×sin((360-θ₉)/2)=2×574.8×sin(360-351)/2)=90.2mm

当焊管直径为φ610mm时，弯曲半径R₉'=57.3×1920/351=313.44mm

导向片宽度B₉'=2×R₉'×sin((360-θ₉)/2)=2×313.44×sin((360-351)/2)=49.18mm

闭口孔型段（精成型段）后面的定径段采用现有二辊方式。

φ1120机组可以生产φ610mm、φ660mm、φ711mm、φ762mm、φ864mm、φ965mm、φ1016mm和φ1120mm等八种规格的焊管。采用现有技术和设备，在粗成型段每一个规格需要配备一套大直径轧辊，共需八套轧辊。采用本发明，在粗成型段只需配备一套小直径轧辊组。

改变孔型设计原则和方法时，更换内外承辊台改变承辊台上斜面的倾斜角即可。

包含本发明的焊管机组传动系统如图17所示。10-1为夹送辊，采用圆周成型法时，夹送辊为平辊，采用双半径成型法时，夹送辊为弯边辊。10-4为焊接辊，10-5为定径段。精成型段10-13和定径段10-5采用成组传动。本发明装置（粗成型段）10-12不带传动，钢带由带传动的夹送辊、精成型辊和定径辊输送。10-12-1为小辊组，10-6为主电机，10-7为主减速机，10-8为分配齿轮箱，10-9为联轴节。精成型10-13也省去立辊。

Claims (5)

1.一种具有公用辊的金属焊管成型装置，该金属焊管成型装置位于金属焊管机组中的开卷机和成型机内的精成型段之间，其特征在于：所述金属焊管成型装置包括用于轧制变形角度θi≤180°的管坯的第1小辊组和用于轧制变形角度在240°≥θ_i＞180°区间的管坯的第2小辊组和用于轧制变形角度θ_i＞240°的管坯的第3小辊组，所述第1小辊组采用三个内小辊和三个外小辊布排结构，所述第2小辊组采用三个内小辊和三个外小辊布排结构，所述第3小辊组采用五个内小辊和五个外小辊布排结构，管坯通过金属焊管生产线中的夹送辊、带传动的精成型辊和定径辊输送。

2.根据权利要求1所述的具有公用辊的金属焊管成型装置，其特征在于：所述第1小辊组由第1螺杆（1-1）、第1上横梁（1-2）、第1内承辊台（1-13）、第1左内小辊（1-3）、第1右内小辊（1-4）、第1中间内小辊（1-7）、第1左外小辊（1-5）、第1右外小辊（1-6）、第1中间外小辊（1-10）、第1左外承辊台（1-8）、第1右外承辊台（1-9）和第1机架（1-11）组成，在两个第1机架（1-11）之间中部设有第1上横梁（1-2），该第1上横梁（1-2）固装有第1内承辊台（1-13），所述两个第1机架（1-11）上部均装有第1螺杆（1-1），所述第1螺杆（1-1）下部分别与所述第1上横梁（1-2）左、右端部作螺纹连接，所述第1上横梁（1-2）通过设在第1机架（1-11）上的第1导轨（1-11-1）作上、下移动，所述第1内承辊台（1-13）下端左、右、中部分别设有向下倾斜的第1斜面（1-13-1）、第2斜面（1-13-2）和第1水平面（1-13-3），所述第1左内小辊（1-3）通过设在第1斜面（1-13-1）的第1导槽（1-13-4）与所述第1斜面（1-13-1）作滑动连接，所述第1右内小辊（1-4）通过设在第2斜面（1-13-2）的第2导槽（1-13-5）与所述第2斜面（1-13-2）作滑动连接，所述第1中间内小辊（1-7）与所述第1水平面（1-13-3）作固定连接，在两个第1机架（1-11）之间下底部左、右侧分别固设有第1左外承辊台（1-8）和第1右外承辊台（1-9），所述第1左外承辊台（1-8）上端部设有从左至右向下倾斜的第3斜面（1-8-1），所述第1左外小辊（1-5）通过设在第3斜面（1-8-1）的第3导槽（1-8-2）与所述第3斜面（1-8-1）作滑动连接，所述第1右外承辊台（1-9）上端部设有从右至左向下倾斜的第4斜面（1-9-1），所述第1右外小辊（1-6）通过设在第4斜面（1-9-1）的第4导槽（1-9-2）与所述第4斜面（1-9-1）作滑动连接，位于所述第1左外承辊台（1-8）与所述第1右外承辊台（1-9）之间且与所述第1水平面（1-13-3）对应处固设有第1中间外小辊（1-10）。

3.根据权利要求1所述的具有公用辊的金属焊管成型装置，其特征在于：所述第2小辊组由第2螺杆（2-1）、第2上横梁（2-2）、第2内承辊台（2-13）、第2左外承辊台（2-3）、第2右外承辊台（2-4）、第2左外小辊（2-5）、第2右外小辊（2-6）、第2左内小辊（2-7）、第2右内小辊（2-8）、第2中间内小辊（2-14）、第2中间外小辊（2-9）和第2机架（2-10）组成，在两个第2机架（2-10）之间上部设有第2上横梁（2-2），该第2上横梁（2-2）固装有第2内承辊台（2-13），所述两个第2机架（2-10）上顶部均装有第2螺杆（2-1），所述第2螺杆（2-1）下部分别与所述第2上横梁（2-2）左、右端部作螺纹连接，所述第2内承辊台（2-13）下端部左右两侧分别设有向下向中央倾斜的第5斜面（2-13-1）和第6斜面（2-13-2），所述第2左内小辊（2-7）通过竖置的第1悬臂（2-7-1）和设在第5斜面（2-13-1）的第5导槽（2-13-3）与所述第5斜面（2-13-1）作滑动连接，所述第2右内小辊（2-8）通过竖置的第2悬臂（2-8-1）和设在第6斜面（2-13-2）的第6导槽（2-13-4）与所述第6斜面（2-13-2）作滑动连接，所述第2内承辊台（2-13）下部中央固设有竖置的第3悬臂（2-13-3），所述第3悬臂（2-13-3）下端部设有第2中间内小辊（2-14），在两个第2机架（2-10）的中部两内侧分别固设有第2左外承辊台（2-3）和第2右外承辊台（2-4），所述第2左外承辊台（2-3）右侧部设有向下倾斜的第7斜面（2-3-1），所述第2左外小辊（2-5）通过设在第7斜面（2-3-1）的第7导槽（2-3-2）与所述第7斜面（2-3-1）作滑动连接，所述第2右外承辊台（2-4）左侧部设有向下倾斜的第8斜面（2-4-1），所述第2右外小辊（2-6）通过设在第8斜面（2-4-1）的第8导槽（2-4-2）与所述第8斜面（2-4-1）作滑动连接，在两个第2机架（2-10）之间底部中央处固设有第2中间外小辊（2-9）。

4.根据权利要求1所述的具有公用辊的金属焊管成型装置，其特征在于：所述第3小辊组由第3螺杆（3-1）、第3上横梁（3-2）、第3内承辊台（3-17）、第3左外上承辊台（3-3）、第3右外上承辊台（3-4）、第3左外下承辊台（3-15）、第3右外下承辊台（3-16）、第3左内上小辊（3-11）、第3左内下小辊（3-13）、第3右内上小辊（3-12）、第3右内下小辊（3-14）、第3中间内小辊（3-10）、第3左外上小辊（3-5）、第3左外下小辊（3-7）、第3右外上小辊（3-6）、第3右外下小辊（3-8）、第3中间外小辊（3-9）和第3机架（3-18）组成，在两个第3机架（3-18）之间上部设有第3上横梁（3-2），该第3上横梁（3-2）固装有第3内承辊台（3-17），所述两个第3机架（3-18）上顶部均装有第3螺杆（3-1），所述第3螺杆（3-1）下部分别与所述第3上横梁（3-2）左、右端部作螺纹连接，所述第3内承辊台（3-17）下端部左、右两侧分别设有向下向中央倾斜的第9斜面（3-17-1）和第10斜面（3-17-2），所述第3内承辊台（3-17）下端部中央固设有竖置的第6悬臂（3-17-3），所述第3左内下小辊（3-13）通过竖置的第4悬臂（3-13-1）和设在第9斜面（3-17-1）的第9导槽（3-17-6）与所述第9斜面（3-17-1）作滑动连接，所述第4悬臂（3-13-1）设有竖置的第15导槽（3-13-1-1），所述第3左内上小辊（3-11）与第15导槽（3-13-1-1）作上下滑动连接，所述第3右内下小辊（3-14）通过竖置的第5悬臂（3-14-1）和设在第10斜面（3-17-2）的第10导槽（3-17-7）与所述第10斜面（3-17-2）作滑动连接，所述第5悬臂（3-14-1）设有竖置的第16导槽（3-14-1-1），所述第3右内上小辊（3-12）与第16导槽（3-14-1-1）作上下滑动连接，所述第6悬臂（3-17-3）下端部固设有第3中间内小辊（3-10），在左、右两个第3机架（3-18）的内侧中部和下部分别固设有第3左外上承辊台（3-3）、第3左外下承辊台（3-15）、第3右外上承辊台（3-4）和第3右外下承辊台（3-16），所述第3左外上承辊台（3-3）、第3左外下承辊台（3-15）的右侧部分别设有向下倾斜的第11斜面（3-3-1）和第13斜面（3-15-1），所述第3左外上小辊（3-5）通过设在第11斜面（3-3-1）的第11导槽（3-3-2）与所述第11斜面（3-3-1）作滑动连接，所述第3左外下小辊（3-7）通过设在第13斜面（3-15-1）的第13导槽（3-15-2）与所述第13斜面（3-15-1）作滑动连接，所述第3右外上小辊（3-6）通过设在第12斜面（3-4-1）的第12导槽（3-4-2）与所述第12斜面（3-4-1）作滑动连接，所述第3右外下小辊（3-8）通过设在第14斜面（3-16-1）的第14导槽（3-16-2）与所述第14斜面（3-16-1）作滑动连接，在两个第3机架（3-18）之间底部中央固设有与所述第3中间内小辊（3-10）对应的第3中间外小辊（3-9）。

5.采用具有公用辊的金属焊管成型装置轧制金属焊管粗成型段的生产方法，其特征在于：该生产方法步骤为：

（1）金属焊管成品管规格为φ610mm～φ1120m；

（2）对金属焊管粗成型段采用公用组合轧辊孔型设计；

（3）粗成型机架数N₁=6，管坯分六道轧制，即第一道至第六道；精成型机架数N₂=3，管坯分三道轧制，即第七道至第九道；管坯在每一道对应有一个变形角θ_i，i=1～9；选取第一道变形角θ₁=95°～97°，将第一道变形角θ1与第七道变形角θ7之间的角度差平均分配，以求得各道的孔型半径R_i；

选取θ₇=323°～325°，则每道的变形角θ_i=θ₁+（i+1）（θ₇-θ₁）/N₁

计算轧制管坯的带钢带宽：Bw=π（Dt-t+△D）+Kt，

式中：Bw--管坯宽度，毫米；t--管坯厚度，毫米；Dt--成品管直径，毫米；△D--定径量，毫米；选取12毫米左右；Kt--焊接余量，毫米，选取4.2毫米左右；

计算各道孔型半径R_i=1弧度×Bw/θ_i=57.3×Bw/θ_i

（4）当管坯变形角θ_i≤180°，对应管坯轧制的第一道、第二道、第三道时，选用所述第1小辊组，根据上面第（1）、（2）、（3）点所设定和计算获得的参数，调整固定第1左内小辊（1-3）、第1右内小辊（1-4）、第1左外小辊（1-5）和第1右外小辊（1-6）在相应位置上，并通过第1螺杆（1-1）调节第1上横梁（1-2）和第1内承辊台（1-13）的高度；

（5）当管坯变形角在240°≥θ_i＞180°区间，对应管坯轧制的第四道时，选用所述第2小辊组，根据上面第（1）、（2）、（3）点所设定和计算获得的参数调整固定第2左外小辊（2-5）、第2右外小辊（2-6）、第2左内小辊（2-7）和第2右内小辊（2-8）在相应的位置上，并通过第2螺杆（2-1）调节第2上横梁（2-2）和第2内承辊台（2-13）的高度；

（6）当管坯变形角在θ_i＞240°，对应管坯轧制的第五道、第六道时，选用所述第3小辊组，根据上面第（1）、（2）、（3）点所设定和计算获得的参数调整固定第3左内上小辊（3-11）、第3左内下小辊（3-13）、第3右内上小辊（3-12）、第3右内下小辊（3-14）、第3左外上小辊（3-5）、第3左外下小辊（3-7）、第3右外上小辊（3-6）和第3右外下小辊（3-8）在相应的位置上，并通过第3螺杆（23-1）调节第3上横梁（3-2）和第3内承辊台（3-17）的高度；

（7）管坯通过金属焊管生产线中的夹送辊、具有动力传动的精成型辊和定径辊输送。