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(chǎn)品尺寸高精度，采用了現(xiàn)代技術無張力軋制，用來消除軋制過程中軋件動態(tài)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(chǎn)中起著關鍵性作用?；钐资前艟€材在連軋生產(chǎn)中的一種表現(xiàn)形式，主要作用是使相鄰機架間保持適當套量，從而實現(xiàn)無張力軋制。

1 常用活套結(jié)構(gòu)

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(tài)狀物。圖1 中的a、b 和c 套形，就稱作為活套?；钐滓话阌善鹛纵?、壓輥、氣缸、拉桿、活套本體等零部件組成（圖2、圖3）。

從結(jié)構(gòu)上考慮，圖1、圖2 和圖3 三種結(jié)構(gòu)主要的零部件是可以互換的：圖1 中起套輥為懸臂結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(cè)拉桿如果因設計、制造和現(xiàn)場調(diào)整不當?shù)纫蛩囟霈F(xiàn)變形，可能會造成設備使用有卡阻現(xiàn)象。

結(jié)合以上兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點，本文推薦使用圖3 活套結(jié)構(gòu)。

2 活套面臨的關鍵技術問題

圖1 活套結(jié)構(gòu)1

活套的控制是一個快速、動態(tài)、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(wěn)定調(diào)節(jié)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(wěn)定性、活套的參數(shù)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(tài)下的活套套形：套形a 因活套套高設定過大，軋件產(chǎn)生了堆鋼現(xiàn)象；套形c 因活套套高設定過小，軋件產(chǎn)生了拉鋼現(xiàn)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(xiàn)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?。?，只要滿足這一點，其結(jié)構(gòu)設計是多樣的。

圖2 活套結(jié)構(gòu)2

圖3 活套結(jié)構(gòu)3

3 活套建模與有限元分析

根據(jù)棒線材生產(chǎn)工藝需要，一般現(xiàn)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?？梢源蟠罂s短設計時間。同樣可以利用該軟件分別對活套不同結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的受力圖（圖4、圖5）。

分別計算求得F1=4002 N，F(xiàn)1'=3771 N。根據(jù)計算結(jié)果帶入有限元分析，分別對活套結(jié)構(gòu)1 和活套結(jié)構(gòu)2 的活套本體進行剛度和強度校核。

通過對上述活套結(jié)構(gòu)1 和活套結(jié)構(gòu)2 靜力學分析。分析結(jié)果如圖6 和圖7 所示。

圖4 活套結(jié)構(gòu)受力1

圖5 活套結(jié)構(gòu)受力2

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

4 結(jié)語

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

通過理論分析與實踐的結(jié)合，活套的研發(fā)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(shù)，降低其成本，提高活套的可靠性和使用壽命。

圖6 活套結(jié)構(gòu)靜力分析1

圖7 活套結(jié)構(gòu)靜力分析2