基于Inventor的短应力线轧机研究

安 平

（中冶华天南京工程技术有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

随着棒线材生产技术的不断进步和轧制精度的不断提高，加之业主在追求高产量、高质量、实用性强和成本低的同时，轧机的结构和机型也在不断变化，短应力线轧机近年来得到了广泛的应用。它是通过缩短应力回线的长度来提高轧机的刚度，从而得到低公差和高表面质量轧件。图1为传统的牌坊轧机和短应力线轧机应力回线示意图。

传统轧机的设计手段一般采用手工测绘实物和国外的二维转化设计及借鉴，其过程复杂且繁琐，耗时较长，容易出错。美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件Inventor，非常适用于设备的结构设计和开发，尤其对具有复杂结构的短应力线轧机有着巨大的实用价值。它不仅可以减少设计错误，而且还可以缩短设计周期，同时方便与业主进行交流探讨和改进。Inventor软件也可以定制用户所需要的模板，并可完成相关零部件的计算和分析，还可以实现与CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）无缝对接使用。

1 短应力线轧机结构组成

短应力线轧机有着应力回线短和刚度系数大的特点，是通过在旋转的轧辊之间对轧件进行轧制的机械设备。HT-350短应力线轧机分别主要是由辊缝调整装配、拉杆装配、轧辊装配、轧辊轴向调整装配、支撑板装配和导卫梁装配组成（图2）。

辊缝调整装配通常有蜗轮蜗杆→蜗轮蜗杆和蜗轮蜗杆→伞齿轮2种结构形式，安装在轧机本体最顶端，采用液压马达驱动，工作时通过蜗轮蜗杆带动蜗轮蜗杆或伞齿轮转动，再传递带动4根拉杆和轴承座做相反或相向运动，实现对称调节目的。

传动侧和操作侧的蜗轮箱用带有联轴器的中间长轴连接，联轴器断开和合上，可以实现单侧调整和同步调整。轧辊平衡装置通常采用阻尼体和碟簧装置（图3）。

轧辊平衡装置可以消除拉杆和主、副螺母之间的螺纹间隙，从而减小轧机的弹跳。

图2 HT-350短应力线轧机

2 短应力线轧机面临的关键技术问题

由于轧件通过轧辊的时候，轧机的工作环境较为恶劣，可能面临辊缝无法调整，拉杆变形，密封维护困难和使用寿命短等诸多问题。

（1）轧辊平衡。根据弹性阻尼体的特性，当轧机开口度为最小时候，阻尼体的平衡力会急剧变大，这样会造成辊缝调整的传递扭矩加大，从而会导致设备零部件损坏。碟簧平衡在安装时，其安装误差和反力的控制较为关键。因此轧辊在选择不通的平衡方式，需要反复校核辊缝调整的能力及零件的强度等。

图3 轧辊平衡装置

（2）拉杆变形。拉杆装配是承受轧制力的关键部件，也是影响轧机刚度的重要环节。轧辊平衡装置可以消除拉杆与螺母之间的螺纹间隙，减小弹跳，因此拉杆装配中较为薄弱的地方是主、副螺母的材料和T形螺纹的设计，这将决定拉杆装配的使用寿命（图4）。

图4 拉杆装配

拉杆与承压环之间应预留一定间隙量 δ，其合理与否直接影响轴承座的自动调位和产品精度：δ过小，可能会造成拉杆与承压环卡死现象；δ过大，轴承座移位，会降低产品精度。

（3）密封与维护。由于轧机长期处于冷却水、氧化铁皮、灰尘、高温等恶劣环境下，对轴承座和拉杆的腐蚀较严重，可能造成拉杆和铜螺母调整困难。因此，在轴承座处设置1道防尘、2道防水密封形式，可以达到明显改善。

3 短应力线轧机三维建模

短应力线轧机的零部件绝大部分均为旋转体，其三维建模流程是通过二维和三维的约束，定义草图形状，并确定零部件的方向，模拟零部件之间的装配关系，最终完成设备的整体组装。往往制造厂需要的是加工制造图纸，Inventor的三维模型和二维工程图纸是关联的，自动进行更新。当更改三维模型时，工程图将自动更新，方便出二维加工图纸。例如轧机辊缝调整装配，其齿轮箱和蜗轮箱一般为铸件，随着制造业的发展，焊接结构件取代了铸件结构件，Inventor可帮助完成焊接件的设计及工程图纸出图。因此，短应力线轧机采用三维建模设计较传统设计更为便捷和研发创新。

4 结语

短应力线轧机是冶金轧钢设备轧制区域的关键设备之一，在冶金工业机械设备中将会得到广泛推广，通过对关键零部件的结构选择，利用Inventor的强大三维造型功能，可以清楚地观察到短应力线轧机的结构，检查各零件的干涉情况。它不仅能够实现三维和二维关联一体化，而且还可以对产品进行结构分析、故障诊断分析、振动分析等，具有很高的教学和科研价值应用前景。它还有利于短应力轧机实际生产，为未来轻量化短应力线轧机的研制提供了条件。本着实用性好，可靠性高的原则，合理采用以上所述建议，可以提高短应力线轧机的刚度，减少维修次数，降低其成本，从而可以提高短应力线轧机的可靠性和使用寿命，对提高钢铁冶金经济效益和产量有着重要意义和巨大的经济价值。