基于Inventor的短應力線軋機研究

安 平

（中冶華天南京工程技術(shù)有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

隨著棒線材生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步和軋制精度的不斷提高，加之業(yè)主在追求高產(chǎn)量、高質(zhì)量、實用性強和成本低的同時，軋機的結(jié)構(gòu)和機型也在不斷變化，短應力線軋機近年來得到了廣泛的應用。它是通過縮短應力回線的長度來提高軋機的剛度，從而得到低公差和高表面質(zhì)量軋件。圖1為傳統(tǒng)的牌坊軋機和短應力線軋機應力回線示意圖。

傳統(tǒng)軋機的設計手段一般采用手工測繪實物和國外的二維轉(zhuǎn)化設計及借鑒，其過程復雜且繁瑣，耗時較長，容易出錯。美國AutoDesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件Inventor，非常適用于設備的結(jié)構(gòu)設計和開發(fā)，尤其對具有復雜結(jié)構(gòu)的短應力線軋機有著巨大的實用價值。它不僅可以減少設計錯誤，而且還可以縮短設計周期，同時方便與業(yè)主進行交流探討和改進。Inventor軟件也可以定制用戶所需要的模板，并可完成相關(guān)零部件的計算和分析，還可以實現(xiàn)與CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）無縫對接使用。

1 短應力線軋機結(jié)構(gòu)組成

短應力線軋機有著應力回線短和剛度系數(shù)大的特點，是通過在旋轉(zhuǎn)的軋輥之間對軋件進行軋制的機械設備。HT-350短應力線軋機分別主要是由輥縫調(diào)整裝配、拉桿裝配、軋輥裝配、軋輥軸向調(diào)整裝配、支撐板裝配和導衛(wèi)梁裝配組成（圖2）。

輥縫調(diào)整裝配通常有蝸輪蝸桿→蝸輪蝸桿和蝸輪蝸桿→傘齒輪2種結(jié)構(gòu)形式，安裝在軋機本體最頂端，采用液壓馬達驅(qū)動，工作時通過蝸輪蝸桿帶動蝸輪蝸桿或傘齒輪轉(zhuǎn)動，再傳遞帶動4根拉桿和軸承座做相反或相向運動，實現(xiàn)對稱調(diào)節(jié)目的。

傳動側(cè)和操作側(cè)的蝸輪箱用帶有聯(lián)軸器的中間長軸連接，聯(lián)軸器斷開和合上，可以實現(xiàn)單側(cè)調(diào)整和同步調(diào)整。軋輥平衡裝置通常采用阻尼體和碟簧裝置（圖3）。

軋輥平衡裝置可以消除拉桿和主、副螺母之間的螺紋間隙，從而減小軋機的彈跳。

圖2 HT-350短應力線軋機

2 短應力線軋機面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

由于軋件通過軋輥的時候，軋機的工作環(huán)境較為惡劣，可能面臨輥縫無法調(diào)整，拉桿變形，密封維護困難和使用壽命短等諸多問題。

（1）軋輥平衡。根據(jù)彈性阻尼體的特性，當軋機開口度為最小時候，阻尼體的平衡力會急劇變大，這樣會造成輥縫調(diào)整的傳遞扭矩加大，從而會導致設備零部件損壞。碟簧平衡在安裝時，其安裝誤差和反力的控制較為關(guān)鍵。因此軋輥在選擇不通的平衡方式，需要反復校核輥縫調(diào)整的能力及零件的強度等。

圖3 軋輥平衡裝置

（2）拉桿變形。拉桿裝配是承受軋制力的關(guān)鍵部件，也是影響軋機剛度的重要環(huán)節(jié)。軋輥平衡裝置可以消除拉桿與螺母之間的螺紋間隙，減小彈跳，因此拉桿裝配中較為薄弱的地方是主、副螺母的材料和T形螺紋的設計，這將決定拉桿裝配的使用壽命（圖4）。

圖4 拉桿裝配

拉桿與承壓環(huán)之間應預留一定間隙量 δ，其合理與否直接影響軸承座的自動調(diào)位和產(chǎn)品精度：δ過小，可能會造成拉桿與承壓環(huán)卡死現(xiàn)象；δ過大，軸承座移位，會降低產(chǎn)品精度。

（3）密封與維護。由于軋機長期處于冷卻水、氧化鐵皮、灰塵、高溫等惡劣環(huán)境下，對軸承座和拉桿的腐蝕較嚴重，可能造成拉桿和銅螺母調(diào)整困難。因此，在軸承座處設置1道防塵、2道防水密封形式，可以達到明顯改善。

3 短應力線軋機三維建模

短應力線軋機的零部件絕大部分均為旋轉(zhuǎn)體，其三維建模流程是通過二維和三維的約束，定義草圖形狀，并確定零部件的方向，模擬零部件之間的裝配關(guān)系，最終完成設備的整體組裝。往往制造廠需要的是加工制造圖紙，Inventor的三維模型和二維工程圖紙是關(guān)聯(lián)的，自動進行更新。當更改三維模型時，工程圖將自動更新，方便出二維加工圖紙。例如軋機輥縫調(diào)整裝配，其齒輪箱和蝸輪箱一般為鑄件，隨著制造業(yè)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)件取代了鑄件結(jié)構(gòu)件，Inventor可幫助完成焊接件的設計及工程圖紙出圖。因此，短應力線軋機采用三維建模設計較傳統(tǒng)設計更為便捷和研發(fā)創(chuàng)新。

4 結(jié)語

短應力線軋機是冶金軋鋼設備軋制區(qū)域的關(guān)鍵設備之一，在冶金工業(yè)機械設備中將會得到廣泛推廣，通過對關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)選擇，利用Inventor的強大三維造型功能，可以清楚地觀察到短應力線軋機的結(jié)構(gòu)，檢查各零件的干涉情況。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)三維和二維關(guān)聯(lián)一體化，而且還可以對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)分析、故障診斷分析、振動分析等，具有很高的教學和科研價值應用前景。它還有利于短應力軋機實際生產(chǎn)，為未來輕量化短應力線軋機的研制提供了條件。本著實用性好，可靠性高的原則，合理采用以上所述建議，可以提高短應力線軋機的剛度，減少維修次數(shù)，降低其成本，從而可以提高短應力線軋機的可靠性和使用壽命，對提高鋼鐵冶金經(jīng)濟效益和產(chǎn)量有著重要意義和巨大的經(jīng)濟價值。