基于Inventor的短應(yīng)力線軋機(jī)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(jìn)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(shí)用性強(qiáng)和成本低的同時(shí)，軋機(jī)的結(jié)構(gòu)和機(jī)型也在不斷變化，短應(yīng)力線軋機(jī)近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。它是通過(guò)縮短應(yīng)力回線的長(zhǎng)度來(lái)提高軋機(jī)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(jī)和短應(yīng)力線軋機(jī)應(yīng)力回線示意圖。

傳統(tǒng)軋機(jī)的設(shè)計(jì)手段一般采用手工測(cè)繪實(shí)物和國(guó)外的二維轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)及借鑒，其過(guò)程復(fù)雜且繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，容易出錯(cuò)。美國(guó)AutoDesk公司推出的一款三維可視化實(shí)體模擬軟件Inventor，非常適用于設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，尤其對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的短應(yīng)力線軋機(jī)有著巨大的實(shí)用價(jià)值。它不僅可以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，而且還可以縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)方便與業(yè)主進(jìn)行交流探討和改進(jìn)。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(jì)算和分析，還可以實(shí)現(xiàn)與CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）無(wú)縫對(duì)接使用。

1 短應(yīng)力線軋機(jī)結(jié)構(gòu)組成

短應(yīng)力線軋機(jī)有著應(yīng)力回線短和剛度系數(shù)大的特點(diǎn)，是通過(guò)在旋轉(zhuǎn)的軋輥之間對(duì)軋件進(jìn)行軋制的機(jī)械設(shè)備。HT-350短應(yīng)力線軋機(jī)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(dǎo)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(jī)本體最頂端，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，工作時(shí)通過(guò)蝸輪蝸桿帶動(dòng)蝸輪蝸桿或傘齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再傳遞帶動(dòng)4根拉桿和軸承座做相反或相向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱調(diào)節(jié)目的。

傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的蝸輪箱用帶有聯(lián)軸器的中間長(zhǎng)軸連接，聯(lián)軸器斷開(kāi)和合上，可以實(shí)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(jī)的彈跳。

圖2 HT-350短應(yīng)力線軋機(jī)

2 短應(yīng)力線軋機(jī)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

由于軋件通過(guò)軋輥的時(shí)候，軋機(jī)的工作環(huán)境較為惡劣，可能面臨輥縫無(wú)法調(diào)整，拉桿變形，密封維護(hù)困難和使用壽命短等諸多問(wèn)題。

（1）軋輥平衡。根據(jù)彈性阻尼體的特性，當(dāng)軋機(jī)開(kāi)口度為最小時(shí)候，阻尼體的平衡力會(huì)急劇變大，這樣會(huì)造成輥縫調(diào)整的傳遞扭矩加大，從而會(huì)導(dǎo)致設(shè)備零部件損壞。碟簧平衡在安裝時(shí)，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(fù)校核輥縫調(diào)整的能力及零件的強(qiáng)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(jī)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(shè)計(jì)，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(yīng)預(yù)留一定間隙量 δ，其合理與否直接影響軸承座的自動(dòng)調(diào)位和產(chǎn)品精度：δ過(guò)小，可能會(huì)造成拉桿與承壓環(huán)卡死現(xiàn)象；δ過(guò)大，軸承座移位，會(huì)降低產(chǎn)品精度。

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

3 短應(yīng)力線軋機(jī)三維建模

短應(yīng)力線軋機(jī)的零部件絕大部分均為旋轉(zhuǎn)體，其三維建模流程是通過(guò)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(shè)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(dòng)進(jìn)行更新。當(dāng)更改三維模型時(shí)，工程圖將自動(dòng)更新，方便出二維加工圖紙。例如軋機(jī)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(shè)計(jì)及工程圖紙出圖。因此，短應(yīng)力線軋機(jī)采用三維建模設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更為便捷和研發(fā)創(chuàng)新。

4 結(jié)語(yǔ)

短應(yīng)力線軋機(jī)是冶金軋鋼設(shè)備軋制區(qū)域的關(guān)鍵設(shè)備之一，在冶金工業(yè)機(jī)械設(shè)備中將會(huì)得到廣泛推廣，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)選擇，利用Inventor的強(qiáng)大三維造型功能，可以清楚地觀察到短應(yīng)力線軋機(jī)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、故障診斷分析、振動(dòng)分析等，具有很高的教學(xué)和科研價(jià)值應(yīng)用前景。它還有利于短應(yīng)力軋機(jī)實(shí)際生產(chǎn)，為未來(lái)輕量化短應(yīng)力線軋機(jī)的研制提供了條件。本著實(shí)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(yīng)力線軋機(jī)的剛度，減少維修次數(shù)，降低其成本，從而可以提高短應(yīng)力線軋機(jī)的可靠性和使用壽命，對(duì)提高鋼鐵冶金經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)量有著重要意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。