引言

随着钢铁行业的快速发展，对热轧机的性能和生产效率提出了更高的要求。CVC（Cardanic Variable Cylinder）结构作为一种新型的热轧机结构，具有较高的刚度、强度和抗疲劳性能，在提高热轧机生产效率方面具有显著优势。本文以2250热轧机CVC结构为研究对象，对CVC结构的优化设计与应用进行研究，以期为相关工程提供有益的参考。

1  CVC结构原理与特点

1.1  CVC结构定义与组成

CVC结构，全称为Cardanic Variable Cylinder结构，是一种由两个或多个Cardanic关节组成的新型热轧机辊系结构。Cardanic关节是一种具有较高旋转灵活性和承载能力的铰接结构，其基本原理是由两个相互垂直的铰接点组成的万向节，可以实现多个方向的运动。CVC结构操作侧含有锁紧缸4个、弯辊缸2个、窜辊缸4个。传动侧包括弯辊缸2个共计12个^[1]。

1.2  CVC结构的工作原理

CVC结构的工作原理是通过Cardanic关节实现轧辊的轴向、径向和切向运动。在轧制过程中，Cardanic关节能够灵活地调整轧辊的轧制力，从而提高轧机的生产效率和产品质量。具体而言，Cardanic关节可以通过改变两个铰接点之间的相对角度，使轧辊在轧制过程中产生相应的弹性变形，从而适应不同厚度和宽度的轧制材料。同时，CVC结构还可以根据生产需求实时调整轧制力，以提高产品的质量。

1.3  CVC结构的特点

CVC结构具有较高的抗变形能力，这主要得益于Cardanic关节的高承载能力和轧辊轴承座的优化设计。高刚度有助于保证轧机的稳定运行，减少振动和变形。CVC结构具有较高的承载能力，能够适应大轧制力的要求。这主要是因为Cardanic关节和轴承座的材料选择和制造工艺能够确保其在恶劣的工作环境下保持高强度和耐磨性。CVC结构可以通过Cardanic关节灵活地调整轧辊的轧制力，提高生产效率和产品质量。这种灵活性使CVC结构能够适应多种轧制条件和生产要求，提高设备的通用性。CVC结构具有较低的能耗，有利于节能减排。这主要是因为CVC结构通过Cardanic关节实现了高效轧制，降低了轧制过程中的能量消耗。CVC结构降低了振动和噪声，提高了工作环境。这主要是因为CVC结构的设计优化减少了轧制过程中的冲击和振动，同时Cardanic关节和轴承座的材料选择和制造工艺也具有一定的降噪效果^[2]。

2  2250热轧机CVC结构优化设计

2.1 设计要求与约束条件

设计要求：一提高轧机的生产效率。优化CVC结构以提高轧制速度，增加小时产量，满足生产需求。二保证轧制产品的质量。优化CVC结构以提高轧制精度，降低厚度偏差、宽度偏差和表面质量缺陷，提升产品质量。三降低能耗。优化CVC结构以降低单位产量能耗，减少总能耗，实现节能减排。四减少振动和噪声。优化CVC结构以降低振动加速度和噪声分贝，提高工作环境。五提高设备的可靠性和寿命。优化CVC结构以提高设备可靠性，延长维护周期和使用寿命，降低维护成本。

约束条件：一轧机设备的安装空间限制。优化CVC结构时，必须考虑轧机设备的安装空间，确保优化后的结构符合现场安装要求。二制造工艺的可行性。优化CVC结构时，必须考虑制造工艺的可行性，确保优化后的结构能够被制造和装配。三成本控制。优化CVC结构时，必须在满足设计要求的前提下，合理控制成本，确保优化后的结构具有经济性。四环保要求。优化CVC结构时，必须考虑环保要求，确保优化后的结构符合环保法规和排放标准。

2.2 优化目标与评价指标

优化目标包括提高生产效率、保证产品质量、降低能耗、减少振动和噪声、提高设备可靠性和寿命。评价指标包括生产效率指标、产品质量指标、能耗指标、振动和噪声指标、设备可靠性和寿命指标^[3]。

2.3 优化设计方案

（1）Cardanic关节优化设计

优化Cardanic关节的几何形状、尺寸和装配方式，提高其承载能力、旋转灵活性和耐磨性。同时，选择具有高强度、高耐磨性和低重量的材料，以提高Cardanic关节的性能。

（2）轧辊优化设计

优化轧辊的形状和尺寸，以提高轧制效果和产品质量。同时，选择具有高强度、高耐磨性和低重量的材料，以提高轧辊的性能。此外，优化轧辊的冷却系统，保证轧辊的工作温度，提高使用寿命。

（3）轴承座优化设计

优化轴承座的几何形状、尺寸和装配方式，提高其承载能力、刚度和抗变形能力。同时，选择具有高强度、高耐磨性和低重量的材料，以提高轴承座的性能。此外，优化轴承座的润滑系统，降低摩擦系数，提高使用寿命。

（4）轧机整机优化设计

对轧机进行动力学分析，优化轧机的临界转速和振动特性，提高运行稳定性。同时，对轧机进行强度分析，优化轧机的强度和刚度，提高设备的可靠性和寿命。

2.4 优化结果分析

首先，优化后的CVC结构提高了轧制速度，使小时产量提升了10%。这主要得益于Cardanic关节优化和整机优化设计中的动力学分析，提高了轧机的运行速度和稳定性。其次，优化后的CVC结构提高了轧制产品的厚度和宽度偏差，降低了表面质量缺陷。这主要得益于轧辊优化和Cardanic关节优化中的形状和材料优化，提高了轧辊的轧制效果和耐磨性。这主要得益于轴承座优化和整机优化设计中的强度分析，提高了轴承座的承载能力和轧机的运行效率。最后，优化后的CVC结构降低了振动加速度和噪声分贝，提高了工作环境。这主要得益于Cardanic关节优化和整机优化设计中的润滑优化，提高了Cardanic关节和轴承座的润滑效果，降低了摩擦和振动。这主要得益于轧辊优化、轴承座优化和整机优化设计中的材料优化，提高了轧辊和轴承座的耐磨性和耐久性，降低了故障率。

3  CVC结构在2250热轧机上的应用

3.1 设备安装与调试

在将CVC结构应用于2250热轧机时，首先需要进行设备安装与调试。安装过程中，需要严格按照设计要求和工艺标准进行，确保CVC结构与轧机设备的精确装配。调试阶段主要包括以下步骤：在安装好Cardanic关节后，需要进行调整，确保其具有良好的旋转灵活性和承载能力；安装轧辊时，需要注意轧辊的平行度和平衡度，以确保轧制过程的稳定性；安装轴承座时，应保证其安装精度，以提高轴承座的工作性能和寿命；检查整个润滑系统，确保润滑油的选择、润滑周期和润滑方式满足设计要求；调试轧机的控制系统，确保各种传感器、执行器和控制器的正常运行。

3.2 生产过程控制与优化

在CVC结构应用于2250热轧机的生产过程中，需要进行以下控制与优化：根据生产要求和钢材规格，设定合适的轧制速度，并在生产过程中实时监测并调整；通过冷却系统控制轧辊和工作区域的温度，保证轧制过程的稳定性和质量；根据轧制钢材的种类和规格，调整轧制压力，以保证产品的厚度和质量；通过调整Cardanic关节、轧辊和轴承座的工作状态，降低振动和噪声，提高生产环境；优化能源消耗，降低生产成本，实现节能减排。

3.3 产品质量检测与评估

为了确保2250热轧机CVC结构生产出的产品质量，需要进行以下检测与评估：通过在线检测设备或实验室检测，确保钢材厚度符合生产要求；通过测量设备，检查钢材宽度是否符合规格要求；通过视觉检测或触摸检测，评估钢材表面质量，如刮痕、凹坑等；进行力学性能测试，如拉伸试验、冲击试验等，评估钢材的力学性能；对钢材进行化学成分分析，确保钢材的化学成分符合要求。

3.4 应用效果分析

通过对2250热轧机CVC结构在实际生产过程中的应用效果进行分析，可以获得以下结论：优化后的CVC结构提高了轧制速度，使小时产量得到了显著提升；通过Cardanic关节、轧辊和轴承座的优化，提高了轧制产品的厚度和宽度偏差，降低了表面质量缺陷；CVC结构的优化设计降低了单位产量能耗，有效实现了节能减排；通过优化Cardanic关节和润滑系统，降低了振动加速度和噪声分贝，提高了生产环境；CVC结构的优化设计提高了轧辊和轴承座的耐磨性和耐久性，降低了故障率，延长了维护周期和使用寿命。

4 结语

总的来说，将CVC结构应用于2250热轧机取得了显著的成效，提高了生产效率、产品质量、降低了能耗、减少了振动和噪声，并提高了设备可靠性和寿命。这些优化措施为其他类似轧机设备的优化设计提供了有益的参考。在实际生产中，我们应该持续关注CVC结构的优化和应用过程，以实现热轧机的性能提升和生产成本降低。

参考文献：

[1]钱伟,娄亚彬,周云.马钢热轧2250机组的宽度控制与实践[J].安徽冶金科技职业学院学报,2019,29(3):44-46.

[2]蒋林钢.2250mm热轧精轧主减速机高速轴轴承更换施工方法研究[J].百科论坛电子杂志,2018(20):712-713.

[3]宋丽娟.过程控制计算机系统在2250mm热轧中的应用[J].丝路视野,2017(27):139.

作者简介：

牛凤瑞，男，汉族，1992年4月，河北省邢台市，大学本科，助理工程师，辊缝控制