基于Inventor的短應力線軋機研究

安 平

（中冶華天南京工程技術有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

隨著棒線材生產技術的不斷進步和軋制精度的不斷提高，加之業主在追求高產量、高質量、實用性強和成本低的同時，軋機的結構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量軋件。圖1為傳統的牌坊軋機和短應力線軋機應力回線示意圖。

傳統軋機的設計手段一般采用手工測繪實物和國外的二維轉化設計及借鑒，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構設計和開發，尤其對具有復雜結構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，并可完成相關零部件的計算和分析，還可以實現與CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）無縫對接使用。

1 短應力線軋機結構組成

短應力線軋機有著應力回線短和剛度系數大的特點，是通過在旋轉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整裝配、拉桿裝配、軋輥裝配、軋輥軸向調整裝配、支撐板裝配和導衛梁裝配組成（圖2）。

輥縫調整裝配通常有蝸輪蝸桿→蝸輪蝸桿和蝸輪蝸桿→傘齒輪2種結構形式，安裝在軋機本體最頂端，采用液壓馬達驅動，工作時通過蝸輪蝸桿帶動蝸輪蝸桿或傘齒輪轉動，再傳遞帶動4根拉桿和軸承座做相反或相向運動，實現對稱調節目的。

傳動側和操作側的蝸輪箱用帶有聯軸器的中間長軸連接，聯軸器斷開和合上，可以實現單側調整和同步調整。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鍵技術問題

由于軋件通過軋輥的時候，軋機的工作環境較為惡劣，可能面臨輥縫無法調整，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鍵。因此軋輥在選擇不通的平衡方式，需要反復校核輥縫調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鍵部件，也是影響軋機剛度的重要環節。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位和產品精度：δ過小，可能會造成拉桿與承壓環卡死現象；δ過大，軸承座移位，會降低產品精度。

（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聯的，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。例如軋機輥縫調整裝配，其齒輪箱和蝸輪箱一般為鑄件，隨著制造業的發展，焊接結構件取代了鑄件結構件，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設計更為便捷和研發創新。

4 結語

短應力線軋機是冶金軋鋼設備軋制區域的關鍵設備之一，在冶金工業機械設備中將會得到廣泛推廣，通過對關鍵零部件的結構選擇，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構，檢查各零件的干涉情況。它不僅能夠實現三維和二維關聯一體化，而且還可以對產品進行結構分析、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，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，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，對提高鋼鐵冶金經濟效益和產量有著重要意義和巨大的經濟價值。