φ235mm/φ730mmφ800mm四輥可逆軋機的設計理論

隋冬枝　樸花淑（北方重工集團有限公司，遼寧　沈陽　110141）

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φ235mm/φ730mmφ800mm四輥可逆軋機的設計理論

隋冬枝樸花淑
（北方重工集團有限公司，遼寧沈陽110141）

摘要：對差厚板生產線φ235mm/φ730mmφ800mm四輥可逆軋機設計和研制的總結。對四輥可逆軋機結構進行說明，通過對機架模型的建立及工況下有限元仿真分析，得到機架的變形云圖及應力云圖，從而對設計產品進行校核及驗證。關鍵詞：四輥可逆軋機；應力云圖；應變云圖；可靠性

1 前言

隨著國民經濟的發展，汽車行業需求越來越嚴格，具有國際先進技術水平的汽車差厚板冷軋技術即可適應該行業的發展。φ235mm/φ730mmφ800mm四輥可逆軋機為北方重工為東寶海星自行研發設計制造的高新技術產品，具有高剛度、大軋制力、低速和高精度控制功能。用于軋制汽車用差厚板，可以對軋制速度、彎輥力、輥縫等工藝參數進行精確的控制。

2 設備組成及結構技術說明

四輥可逆軋機主要由以下幾部分組成：主傳動、接軸及夾緊裝置、機架裝配、軋制線標高調整、工作輥系與支撐輥系、工作輥彎輥系統、上支撐輥系平衡裝置、換輥裝置等組成。其主要部分結構技術說明如下：（1）主傳動。軋機主傳動電機采用直流電機，電機尾部直聯編碼器來反饋軋制速度。電機與主減速機支間采用鼓形齒聯軸器傳遞扭矩。軋機主減速機設計為兩級減速、一級分配方式。可同時傳動上下工作輥。（2）機架裝配。機架裝配是軋機的主要部分，用來承受全部的軋制力，機架是由兩片鑄造牌坊上部通過焊接連接梁連接，在操作側機架外側，設有支撐輥軸向固定擋板，避免支撐輥軸向串動。在機架窗口上部安裝壓下AGC缸，AGC缸帶位移傳感器及壓力傳感器。（3）接軸及夾緊裝置。為滿足工作輥換輥時接軸能保持在一準確位置，在傳動側機架上裝有兩個接軸夾緊用液壓缸，分別位于機架窗口兩側。軋制時液壓缸將夾緊塊拉回，換輥時將夾緊塊推回。（4）軋制線標高調整。為滿足軋制要求，當輥子直徑磨損到一定尺寸時，本設備采用人工更換位于機架窗口下部的調整墊板來實現標高調整。（5）工作輥系與支撐輥系。為保證傳遞較大的軋制力矩，保證工作輥輥頸尺寸盡可能放大，工作輥軸承設計為不帶內圈，工作輥輥頸直接作為軸承內圈使用。支撐輥系用來承受軋制力，支撐輥軸承采用四列圓柱滾子軸承來承受徑向載荷，支撐輥的軸向載荷采用雙列圓錐滾子軸承來承受。（6）工作輥彎輥系統。為滿足軋制鋼板表面質量要求，四輥可逆軋機設有工作輥彎輥系統，本系統可以使工作輥產生正彎輥方式，每側軸承座設有8個彎輥缸，4個用于上工作輥正彎，4個用于下工作輥正彎。（7）上支撐輥系平衡裝置。軋機壓下方式為液壓AGC缸壓下，為平衡軋制時上支撐輥系自重，設有上支撐輥系平衡裝置。平衡動作由4個安裝在機架連接梁上的液壓缸帶動兩根平衡梁來實現。

3 機架剛度及強度分析計算

影響軋機軋制板材精度的因素很多，其中軋機系統垂直方向的間隙和彈性變形是主要因素。機架是軋機的重要承載部件，在軋制過程中，被軋制的金屬作用到軋輥上的全部軋制力，通過軋輥軸承、軸承座及AGC缸傳給機架，并由機架全部吸收不再傳給地基，因此，機架必須具有足夠的剛度和強度。四輥可逆軋機設計總軋制力為7MN，由兩片機架承受，則單側機架承受3.5MN的軋制力。利用有限元法分析計算，把機架離散為有限單元，計算出每個單元的應力與應變，從而得到機架各部位的受力和變形情況，結果如下：（1）機架變形分析。當軋制力為3.5MN時單片機架的絕對變形云圖如圖1所示。計算結果顯示，機架最大絕對值位移出現在機架上橫梁部位為0.45541mm，鉛垂方向同樣是上橫梁處變化最大為0.30356mm。（2）軋機機架應力分析。分析結果顯示，當軋制力為3.5MN時單片機架的絕對等效應力云圖如圖2所示，從圖中可以看出等效應力集中主要出現機架橫梁與立柱連接處、機架立柱與底座連接處及機架立柱受拉產生的內應力，其中機架橫梁與立柱連接處為危險部位。機架各部分等效應力情況見表1。所以合理增大薄弱部位圓角，設計采用圓角值R80mm，可以顯著降低等效集中應力值，有限元仿真分析結果驗證了本文設計的軋機機架其工作能力能較好的滿足設計及使用要求，機架的可靠性得到驗證。

表1

圖1

圖2

結論

（1）φ235mm/φ730mmφ800mm四輥可逆軋機，軋機機架在承受較大軋制力工況下，通過其受力情況建立有限元分析模型，聯合應用SolidWorks及ANSYS Workbench仿真平臺計算其應力、應變云圖，直觀、快捷、高效的驗證并校核了機架設計的合理性及穩定性、可靠性。（2）φ235mm/φ730mmφ800mm四輥可逆軋機具有結構高負荷、高剛度、高強度、多功能、軋制力及軋制力矩大等特點，在實際生產中得到了理想的板材成材效果。其機械結構設計合理，可靠。

參考文獻

[1]王海文.軋鋼機械設計[M].北京：機械工業出版社.

中圖分類號：TG333

文獻標識碼：A