Autodesk Inventor 应用案例-轧机机架的优化设计

学习及使用Inventor产品体会

(轧机机架的优化设计)

中国第一重型机械集团公司(以下简称一重)，为我国第一个五年计划期间建成的一家重型装备制造企业，是目前由中央直接管理的涉及国家安全和国民经济命脉的53户国有重要骨干企业之一。我院作为一重集团的设计研究中心，是国内重机行业的龙头企业。

我院于2006年初开始使用Autodesk Inventor三维软件，经过两周左右时间的接触，它给我的感觉是：不在畏惧学习三维软件。其简洁、直观的用户界面，清晰、明了的设计思路给人耳目一新的感觉。较之其它软件，它向用户提供的帮助工具有过之而无不及。通过设计支持这一功能，我们可以边用边学。

    近几来随着钢铁行业的升温和国家重（大）型设备国产化的提出，我院接到的轧机订单尤其是整套的热连轧机订单越来越多，这就对我们设计和生产的各个环节提出了严峻的考验。重型机械的最大特点是单件小批量生产，而且设计和生产的周期较长。轧机是一个结构复杂，零部件繁多的设备。为了使生产过程顺利的进行，要求设计过程中要尽量做到不出错。而我院之前一直使用二维软件进行设计，在设计过程中既要考虑各个零件的形状、大小、受力及相互配合关系，又要考虑各零部件间的干涉问题。即便是经过反复审图，也经常会遇到零部件间相互配合不上和零部件间的干涉问题。鉴于这些原因我们引进了Inventor三维设计软件，并用它设计了首套产品--1250热连轧机组。

1250热连轧机组是我院近年来新开发的一条先进的热连轧机组。该机组技术已达到国际先进水平，在国内处于领先地位，填补了国内该项目空白，具有独立自主知识产权。工程建设周期21个月，该机组年产量为150万吨普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢及管线钢X60。

该机组的主要技术参数是：

轧制温度                     800~1000oC

E1立辊轧机最大轧制压力       2800 kN

E1立辊轧机轧制速度           0~2.5~5 m/s

R1二辊轧机最大轧制压力      20000 kN

R1二辊轧机轧制速度          0~2.5~5 m/s

F1E立辊轧机最大轧制压力     1000KN

F1E立辊轧机轧制速度          0~1.1~2.2 m/s

F1-F7精轧机最大轧制力：      F1~F4   20000 kN   F5~F7   18000 kN

F1-F7精轧机轧制速度：        F7出口速度max 14.1 m/s

通过这些技术参数可以看出该机组在工作过程中受力较大，运行速度较快，工作温度较高，再加上轧制过程中会有较大的冲击力。这就要求轧机的各个功能部件的结构要合理，而且要在经受住巨大轧制力和冲击力的基础上满足复杂的轧制工艺的要求。

我们应用Autodesk Inventor设计出了非常完美的轧机机架。轧机机架是整个轧机的框架，轧机的各个功能部分都要直接或间接的把合（装配）到机架上。轧机机架是整个轧机中质量最大，受力最大，结构最复杂的零件。在轧制过程中不但会有20000 kN的轧制力作用在机架上而且要承受巨大的冲击力。这就对轧机机架的安全性和稳定性提出了很高的要求。我们首先根据以往的设计资料和现有的技术参数设计好机架，然后利用Inventor的应力分析功能分析机架在实际载荷下的应力、应变及安全系数。之后通过反复的分析-优化-分析，我们得到轧机机架的最优化设计。

同时我们基于Autodesk Inventor的强大实体造型功能和高度的自适应性，并根据以往的设计资料很快的设计出轧机的其他各个功能零部件。然后利用Inventor的应力分析功能分析计算出零部件在准确载荷条件下的运行和受力状况，以确保他们的设计拥有足够的强度，避免运行时出现故障。同时利用Autodesk Inventor的装配工具，将轧机机架及各个功能零部件装配在一起，然后再利用Autodesk Inventor的运动仿真工具对各个零部件的运动进行三维模拟，这样我们就可以检查出轧机的零部件之间配合的正确性和零部件之间的干涉问题。通过反复的检查-优化（修改）-检查，我们设计出了完美的轧机。

    通过三维软件导出的二维工程图，比设计人员直接绘制的二维图纸更加细致，提升了图纸的质量，为在们将来开展更多的国外项目奠定了良好的基础。

在使用Inventor后，我们公司在设计周期、设计效率、设计质量以及设计管理上得到了整体提高。在一重与国内外各大钢厂的合作中，Inventor不仅提高了设计人员的设计效率，还提高了公司的设计形象，使我们能够更好地与世界同行业的先进水平接轨，大大提升了企业外在竞争力。