Машины для правки труб. Конструкции, расчеты, исследования

 
 
 
И.С. Ротов  
 
 
 
 
МАШИНЫ  
ДЛЯ ПРАВКИ ТРУБ 

Конструкции, расчеты, исследования 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
Москва 2013 

УДК 621.774.68 
ББК 34.5 
         Р79 
Издано при финансовой поддержке Г.И. Ротова 

Научный редактор д-р техн. наук, профессор,  
декан факультета «Машиностроительные технологии»  
МГТУ им. Н.Э. Баумана А.Г. Колесников 

Рецензенты: д-р техн. наук, профессор кафедры 
 «Оборудование и технология прокатки» МГТУ им. Н.Э. Баумана  
В.М. Синицкий;  
канд. техн. наук, доцент МГВМИ В.С. Некипелов;  
вед. науч. сотр. отдела трубных станов  
ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ имени академика Целикова»  
канд. техн. наук А.С. Дресвин 
Рекомендовано к изданию Научно-техническим советом  
ГНЦ РФ «ВНИИМЕТМАШ имени академика Целикова» 
Ротов И. С. 
Машины для правки труб. Конструкции, расчеты, исследования  /  И. С. Ротов.  —  М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. 269, [3] с. : ил. 

  ISBN 978-5-7038-3712-2 
 
Изложена технология правки труб и прутков, представлены конструкции машин для ее осуществления, в том числе c одной трехвалковой 
обоймой, роторные и др. 
Приведены формулы для расчета нагрузки на валки и крутящего момента их привода. Предложена методика расчета радиальной и угловой 
настройки  валков, которая позволяет разработать вычислительные программы автоматизированного управления приводами правильной машины. 
Книга может быть полезна большой группе читателей, работа которых  
связана с конструированием или эксплуатацией оборудования для правки 
труб, а также специалистам, проектирующим отделения  отделки трубопрокатных цехов, и технологам. Рекомендуется в качестве учебно-справочного 
пособия при подготовке студентов по специальности «Металлургические 
машины и технологии» и для послевузовского образования инженернотехнических специалистов трубопрокатного производства.      
 
                                                  УДК 621.774.68 
  ББК 34.5 

 
© Ротов И.С., 2013 
 
© Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3712-2 
  МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

Р79 

Оглавление 

Предисловие ...............................................................................................  
5 
1. Классификация труб и способов их правки ....................................  13 
1.1. Способы правки труб ......................................................................  13 
1.2. Классификация труб в зависимости от их свойств и условий  
       правки ...............................................................................................  17   
2. Области применения различных способов правки .......................  20 
2.1. Горячая поперечная правка изгибом при свободной обкатке .....  20 
2.2. Поперечная правка изгибом с приложением внешней силы .......  25  
2.3. Правка кручением ...........................................................................  28 
2.4. Правка растяжением .......................................................................  32 
2.5. Продольная правка изгибом ...........................................................  37 
2.6. Винтовая продольная правка изгибом ..........................................  47 
2.7. Поперечная правка сжатием ...........................................................  60 
2.8. Теоретические основы процесса правки .......................................  61 
3. Косовалковые правильные машины ...............................................  70 
3.1. Определение энергосиловых параметров  процесса правки .......  70 
3.2. Классификация косовалковых правильных машин .....................  87 
3.3. Машины с несколькими валковыми обоймами ............................  91 
3.3.1. Машины с одновалковыми обоймами ................................  91 
3.3.2. Машины с двухвалковыми обоймами и валками раз- 
          ной длины ..............................................................................  96 
3.3.3  Машины с двухвалковыми обоймами и валками  
          одинаковой длины ................................................................  103 
3.3.4. Машины с трехвалковыми обоймами .................................  121 
4. Правильные машины с одной двухвалковой обоймой .................  125 
4.1. Особенности правки в машинах с одной валковой  
       обоймой ............................................................................................  125 
4.2. Конструкция машин с одной двухвалковой обоймой ..................  127 
4.3. Взаимодействие трубы с направляющими линейками ................  136 
5. Правильные машины с одной трехвалковой обоймой .................  143 
5.1. Конструкция машин c трехвалковой обоймой .............................  143 
5.2. Устранение продольной кривизны трубы в трехвалковой  
       обойме ..............................................................................................  149 
5.3. Исправление овальности трубы в трехвалковой обойме .............  163 
6. Роторные машины для правки труб ................................................  170 
6.1. Роторные машины с гибким рабочим инструментом ..................  170 

Оглавление 

4 

6.2. Роторные машины с фильерами ....................................................  178 
6.3. Косовалковые роторные машины ..................................................  183 
6.3.1.  Конструкция косовалковых роторных машин ..................  183 
6.3.2.  Расчет косовалковой роторной машины ............................  194 
7. Экспериментальное исследование процесса правки труб ............  203 
7.1. Исследование машин роторного типа ...........................................  203 
7.1.1. Устранение продольной кривизны трубы в роторной  
          машине ...................................................................................  204  
7.1.2. Правка трубы с проскальзыванием в валках ......................  216 
7.1.3.  Расширение области применения роторных машин .........   218 
7.2. Правка труб в трехвалковой обойме .............................................  224 
7.2.1. Конструкция лабораторной правильной машины .............  224 
7.2.2. Исследование технологических возможностей .................  232 
7.2.3. Исследование энергосиловых параметров при исправ- 
          лении  овальности трубы ......................................................  237 
Заключение .................................................................................................  245 
Литература ..................................................................................................  247 
Приложения ................................................................................................   253 
 
 

 

Предисловие 

5 

Памяти 
Александра Ивановича Целикова 
посвящается 
 

Предисловие 

Целиков Александр Иванович (1904 –1984) — советский металлург, академик АН СССР (1964), дважды Герой Социалистического Труда, член КПСС с 1945 г. Разработал теорию прокатки. 
Под руководством Целикова созданы уникальные прокатные станы и другое оборудование для обработки металлов давлением. Лауреат Ленинской премии (1964), Государственных премий СССР 
(1947, 1948, 1951). Награжден Золотой медалью им. М.В. Ломоносова АН СССР (1975) [59]. 
В развитие отечественного машиностроения для металлургической отрасли внесли заметный вклад многие ведущие конструкторы 
и ученые. «Но совершенно особой фигурой, лидером этого направления был академик А.И. Целиков. То, что он совершил для развития науки, для внедрения новых производств и видов машин в  
металлургической отрасли, сокращения ручного труда и эффективности процессов ставят его достижения на уровень работ А.Н. Туполева для авиации, С.П. Королёва для космоса и других виднейших академиков. Недаром у входа в здание МГТУ им. Н.Э. Баумана 
симметрично установлены бюсты дважды Героев Социалистического Труда А.И. Целикова и конструктора ракет В.Н. Челомея,  
являющихся основателями соответствующих кафедр в МВТУ  
им. Н.Э. Баумана» [56].  
Многим из тех, кто в годы СССР служил развитию отечественной металлургии, выпало счастье учиться у такого замечательного 
человека, каким был Александр Иванович Целиков, работать и 
жить рядом с ним [2, 3]. 
Автор настоящей книги окончил кафедру прокатки МВТУ (ныне 
МГТУ) им. Н.Э. Баумана, которую организовал и возглавлял до конца своей жизни имевший огромный авторитет среди металлургов 
Александр Иванович Целиков. Поражали его удивительная память, 
эрудиция и одновременно простота и доступность в общении со студентами. Он обращался к нам по имени-отчеству, на «Вы» и при 

 

Предисловие 

6 

встречах приветствовал рукопожатием. Лекции читал, не прибегая к 
конспектам, откликался на просьбы студентов. Во время лекций 
делился впечатлениями от своих командировок в Англию, Бельгию. 
Необходимо отметить, что профессору Целикову удалось  
подобрать на кафедре замечательный коллектив преподавателей, 
горячо увлеченных своей специальностью. Особый след оставили 
в памяти преподаватели старшего поколения А.Д. Кузьмин [9],  
М.Л. Зарощинский [13], Н.В. Молочников [24]. Каждый из них 
обладал огромным практическим, жизненным и производственным опытом. Они занимали ответственные посты в отраслях, связанных с металлургией, и посвящали нас в основы прокатного дела, заостряли внимание на технологии прокатки и особенностях 
конструкции оборудования.  
Эрудиция, широта характера и высокий профессионализм этих 
преподавателей проявлялись, например, во время экзаменов, когда 
для подготовки ответов на вопросы в экзаменационных билетах 
студентам разрешалось пользоваться конспектами лекций, справочниками и другими материалами. Однако даже при таком, казалось, сверхлиберальном подходе преподаватели умели глубоко 
оценить истинное понимание студентом изучаемого предмета, так 
что даже некоторым приходилось повторно проходить испытания. 
Кафедра, возглавляемая А.И. Целиковым, за годы его руководства выпустила свыше 1 300 инженеров, более 170 человек защитили докторские и кандидатские диссертации [71]. 
Интересно проводил семинары по проектированию механического оборудования прокатных цехов Н.В. Молочников. В середине 
1950-х годов не была достаточно развита проекционная техника. 
Для объяснений необходимо было чертить мелом на доске различные узлы и механизмы. К этому привлекался кто-либо из студентов. 
Остальным раздавались реальные чертежи клетей прокатных станов 
и их основных элементов, свежие иностранные журналы по металлургии с фотографиями новейших разработок. И мы, студенты,  
самостоятельно старались определить по этим изображениям назначение, устройство, основные особенности конструкции. При необходимости преподаватель приходил на помощь и давал соответствующие пояснения.  
Время проходило интересно, быстро и с большой пользой. В результате на производственной практике мы свободно могли ориентироваться во всем многообразии прокатного оборудования. 

Предисловие 

7 

Значительная часть выпускников кафедры направлялась, как  
правило, во Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский 
институт 
металлургического 
машиностроения 
(ВНИИМЕТМАШ) [72]. Этот институт был создан  также по инициативе А.И. Целикова, который его возглавил и руководил им до конца 
своих дней. В настоящее время ВНИИМЕТМАШ носит его имя. 
В состав института входило около десятка отделений по всем 
основным направлениям металлургической техники. Одно из отделений было связано с созданием машин для обработки проката. 
На первом этапе это направление возглавлял д-р техн. наук  
Н.И. Крылов [46], который вскоре стал заместителем директора 
института по научной работе. По окончании МВТУ автор книги 
был принят на работу в отдел трубоотделочных машин этого отделения. Руководил отделом опытный конструктор канд. техн. наук 
А.М. Маскилейсон, прошедший во время Великой Отечественной 
войны большую производственную школу на Уралмаше. Заведующим отделением машин обработки проката в то время был  
д-р техн. наук Е.А. Жукевич-Стоша [11], талантливый конструктор, работавший много лет над созданием автоматического стрелкового оружия. Через небольшой промежуток времени он стал  
заместителем директора ВНИИМЕТМАШ по конструкторской 
работе. Отделение принял канд. техн. наук Б.В. Попов — замечательный специалист, не понаслышке знакомый с конструкторским 
делом. Следует отметить, что машины для обработки проката по 
кинематике, динамичности действия, по степени ответственности 
выполняемых операций относятся к наиболее сложным среди металлургических машин. Поэтому неслучайно руководители отделения, будучи создателями подобного оборудования, были удостоены звания «Заслуженный изобретатель РСФСР» [12]. 
Среди машин, разработанных в отделении, — летучие и стационарные ножницы и пилы для горячего и холодного металла, правильные машины для сортового, листового проката и труб, сортовые 
и проволочные моталки, стыкосварочные, упаковочные и обвязочные машины, клеймители и маркировщики проката. Обработка проката отличается многообразием технологических операций, успешное выполнение которых во многом определяет экономичность производственного процесса. Перед изготовителями проката стоят две 
основные задачи: повышение производительности и получение проката высокого качества. Для решения указанных задач, в частности, 
предназначены правильные машины. 

Предисловие 

8 

Конструирование правильных машин во ВНИИМЕТМАШ базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях процесса упругопластического деформирования металла. Главным образом разрабатываются машины для особых случаев, когда требуется 
правка тонкостенных и некруглых труб, фасонных профилей, высокопрочного листа и ленты. Машины обеспечивают выправление проката с высокой точностью по прямолинейности.  
При создании машин для обработки проката особое внимание 
уделяется простоте и технологичности конструкции, надежности, 
удобству обслуживания. Конструкция и технические параметры 
ряда машин, разработанных во ВНИИМЕТМАШ, не имеют аналогов в мировой практике. 
За полвека отделение подготовило 6 докторов и 20 кандидатов 
технических наук. При этом непременным условием успешной 
защиты представленной диссертационной работы была обязательная проверка результатов в промышленных условиях с получением положительного эффекта. 
Поощрялся творческий подход к поиску новых технических  
решений и технологий, всячески поддерживалась изобретательская 
деятельность. В результате такой политики более 20 сотрудников отделения за успешное выполнение важных для народного хозяйства 
работ стали лауреатами высших премий нашей страны — Ленинской, 
Государственной, Совета Министров СССР.  
Опыт и пример руководителей способствовали быстрому профессиональному росту молодых специалистов, в становлении которых 
важную роль играли принципы управления и организации научной 
работы, заложенные А.И. Целиковым. Среди этих принципов можно 
выделить следующие: задачи должны ставиться на пределе возможного, для достижения успеха необходимо тесное взаимодействие 
конструктора и исследователя, работа должна быть доведена до 
внедрения в промышленность с подтверждением высоких техникоэкономических показателей [66]. Данными принципами руководствовались во ВНИИМЕТМАШ в повседневной работе. 
В отделе трубоотделочных машин наряду с другими объектами 
проектировались летучие пилы и правильные машины. При этом 
основное внимание уделялось созданию машин для правки труб со 
специфическими технологическими возможностями.  
Важно отметить, что отечественная промышленность не располагала серьезным заделом в этой области. В большинстве случаев металлургические заводы пользовались зарубежной техникой, и 

Предисловие 

9 

нам, молодым инженерам, практически с азов приходилось начинать ее создание. 
Основы теории правки и расчета энергосиловых параметров трубоправильных машин были изложены в монографии А.И. Целикова 
[69]. При конструировании первых машин обращались к опыту Германии, США, Англии. Однако по мере накопления знаний становилось возможным разрабатывать оригинальные конструкции, обладающие технологическими возможностями, которые требовались для 
вновь строящихся и действующих заводов.  
Наряду с упомянутым отделом в состав отделения входила лаборатория правильных машин. Этим подразделением руководил 
высокоэрудированный исследователь и конструктор д-р техн. наук 
А.З. Слоним — защитник Сталинграда в годы Великой Отечественной войны. Опыт лаборатории в создании правильного оборудования был обобщен в монографии [58], авторы которой многое сделали для развития теории правки металла. 
Начало ряду работ, выполненных в стенах института, было дано его директором. Так, он посоветовал заняться разработкой и 
исследованием отечественной косовалковой трубоправильной машины роторного типа. Сведения о подобных машинах в технической литературе встречались крайне редко. С конструкторской 
точки зрения задача казалась не очень сложной. По производительности роторная машина должна была уступать обычным косовалковым машинам. Ее основным преимуществом являлось то, в 
процессе правки труба не подвергалась вращению. 
 А.И. Целиков смотрел вперед. Он видел возможность повышения производительности за счет сматывания готовой горячей 
трубы в бунт как на трубосварочных станах, так и на трубопрокатных агрегатах. Дальнейшее получение холоднодеформированной 
цельнокатаной трубы более эффективно методом барабанного волочения. Уже в то время нашло распространение производство 
труб из цветных металлов на барабанных волочильных станах. 
Окончательная обработка требует размотки бунта, правки и разделения трубы на мерные отрезки. К созданию оборудования для 
этих операций следовало подготовиться заранее. 
Интересным оказалось исследование процесса правки на роторной машине. Дело в том, что особенности конструкции машины подобного типа позволяют непосредственно на трубе измерить 
крутящий момент, необходимый для ее правки. 
В процессе экспериментов было установлено, что результаты 
измерений заметно расходятся с данными, рассчитанными по ме

Предисловие 

10 

тодике, которая была разработана ранее. Основная причина такого 
расхождения заключалась в различном подходе к схеме приложения равнодействующих сил между трубой и валками. 
Предположение о схеме, выдвитутое на основе результатов исследований, поддержал А.И. Целиков. В последующем оно было 
подтверждено при графоаналитическом исследовании контакта 
между глобоидальными валками и изогнутой трубой. Это позволило уточнить нагрузки, действующие в правильной машине, а 
также предложить новые способы правки труб и соответственно 
новые конструкции машин. 
Идут годы, но из памяти не уходят многие факты славной деятельности ВНИИМЕТМАШ. Поэтому важно вспомнить о людях, 
внесших ощутимый вклад в развитие техники для правки проката — 
одного из многочисленных направлений деятельности института [7]. 
Здесь необходимо отметить А.Д. Кузьмина. Он изложил методику 
расчета роликовых машин в отдельной брошюре [22], которая была 
незаменимым пособием при проектировании первых правильных 
машин. 
В отделении создавались правильные машины самого разного 
назначения: сортовые, листовые, трубные. Среди последних можно 
назвать цепные, роликовые напольные и сортоправильные, косовалковые разных конструкций, в том числе с закрытыми калибрами, высокоскоростные, с одновалковыми обоймами. Опыт, полученный при 
создании этих машин, обобщен в монографии [34], авторами которой 
являлись сотрудники отделения. В книге приведена классификация 
машин подобного типа, дана подробная техническая характеристика 
известных на тот период отечественных и зарубежных машин, рассмотрены характерные конструкции узлов и механизмов, введено 
понятие нагрузочной характеристики и показана ее взаимосвязь с 
основными конструктивными параметрами машины.  
В отделении при самом активном участии инженеров В.А. Москалёва, Б.И. Кудряшова и Н.А. Пургалиной была разработана оригинальная правильно-раскруточная машина для некруглых труб переменного сечения. Наряду с этим В.А. Москалёв совместно с инженером Л.Г. Карасёвой спроектировал правильно-размоточную машину 
для предварительной правки из бунтов стальных труб, изготовляемых на высокоскоростном стане печной сварки в Таганроге. Технология получения стальных горячекатаных труб в бунтах была впервые реализована в мировой практике. 
Следует отметить большую заслугу инженера В.Я. Левитана в создании нескольких типов машин для правки капиллярных труб. Он