無張力軋制在棒線材上的應用

安 平

（江北公用高欣水務有限公司，江蘇南京 211500）

0 引言

在棒線材軋制的過程中，為了保證產品尺寸高精度，采用了現代技術無張力軋制，用來消除軋制過程中軋件動態尺寸波動。目前無張力軋制已成為一種成熟的技術手段，棒線材熱連軋生產中起著關鍵性作用。活套是棒線材在連軋生產中的一種表現形式，主要作用是使相鄰機架間保持適當套量，從而實現無張力軋制。

1 常用活套結構

活套就是指相鄰軋機間速度差而引起的多余軋機，進而形成的一種弧形態狀物。圖1 中的a、b 和c 套形，就稱作為活套。活套一般由起套輥、壓輥、氣缸、拉桿、活套本體等零部件組成（圖2、圖3）。

從結構上考慮，圖1、圖2 和圖3 三種結構主要的零部件是可以互換的：圖1 中起套輥為懸臂結構且起套方向與軋件入口方向一致，圖2 中起套輥為兩端支撐結構，結構穩定性較好，起套方向與軋件入口方向相反，且氣缸遠離起套處的熱源。從使用壽命考慮，圖2 活套未設置支撐輥，軋件為滑動摩擦，磨損較圖1 嚴重（表1）。另外，圖1 活套兩側拉桿如果因設計、制造和現場調整不當等因素而出現變形，可能會造成設備使用有卡阻現象。

結合以上兩種結構優缺點，本文推薦使用圖3 活套結構。

2 活套面臨的關鍵技術問題

圖1 活套結構1

活套的控制是一個快速、動態、復雜的控制過程，活套套形是一種伴隨時間而流動的近似正弦曲線，主要分為起套、穩定調節和收套3 個階段。從機械因素考慮，其面臨的關鍵技術問題主要有：活套的穩定性、活套的參數設定和活套的故障和排除問題。如圖1 中的a、b 和c 三種狀態下的活套套形：套形a 因活套套高設定過大，軋件產生了堆鋼現象；套形c 因活套套高設定過小，軋件產生了拉鋼現象；套形b 活套起套高度設定恰當，活套輥工作正常，軋件能實現無張力軋制，坯料套形控制較好。

總之，活套的關鍵在于是否快速起套（指的是起套軌跡好、起套阻力小），只要滿足這一點，其結構設計是多樣的。

圖2 活套結構2

圖3 活套結構3

3 活套建模與有限元分析

根據棒線材生產工藝需要，一般現場有單線活套、雙線活套、三線和四線等常見使用活套。因此，在活套的設計上采用三維軟件Inventor 建模可以大大縮短設計時間。同樣可以利用該軟件分別對活套不同結構進行有限元分析。本文中活套的氣缸，缸徑D 為152.4 mm，桿徑d 為50.8 mm，工作壓力P 為0.6 MPa，行程S為130 mm。

表1 活套結構性能比較

按照氣缸最大工作壓力P=0.6 MPa 計算，最大工作拉力F=9729 N，建立力學模型活套結構的受力圖（圖4、圖5）。

分別計算求得F1=4002 N，F1'=3771 N。根據計算結果帶入有限元分析，分別對活套結構1 和活套結構2 的活套本體進行剛度和強度校核。

通過對上述活套結構1 和活套結構2 靜力學分析。分析結果如圖6 和圖7 所示。

圖4 活套結構受力1

圖5 活套結構受力2

根據活套材料Q235 屈服強度185 MPa，圖6 和圖7 的仿真結果表明，當液壓缸處于最大拉力狀態，活套本體所受等效應力、變形和安全系數均滿足使用要求。

4 結語

活套在工作中可能會受到沖擊載荷的作用，為了防止事故的發生，必須對活套進行嚴格要求與控制，尤其是活套的穩定性，它是提高產品質量的關鍵。隨著計算機技術與有限元分析的快速發展，通過Inventor 軟件對活套進行數值分析與計算，從而為活套的設計提供了理論依據，大大減少實驗次數。

通過理論分析與實踐的結合，活套的研發和設計將在工程實踐應用中得到逐步完善。本著實用性好，可靠性高的原則，合理采用以上所述建議，可以減少活套維修次數，降低其成本，提高活套的可靠性和使用壽命。

圖6 活套結構靜力分析1

圖7 活套結構靜力分析2