基于有限元的轧机机架的机械性能分析

基于有限元的轧机机架的机械性能分析

龚旻

广州广电计量检测股份有限公司广东省广州市510656

摘要:一定要充分的研究板簧轧机机构，这样就能够创建完善的轧机机架的三维模型，采用ANSYSII.I有限元软件，来对各种形式的轧机机架采取三维模型的有限元模拟。算出机架应力方面的情况，这样就能够获取机架应力图，而且也还能够获取所有单元机架的应力值。通过分析能够了解到，和无间衡量的机架结构相比，有间衡量机架的位移情况则要小一些，同时设备在刚度方面能够提升18.77%，如此一来就能够给轧机机架在设计方面创建更多有价值的数据。

关键词:轧机机架；有限元分析；ANSYS

过去所采用的设计方式主要是依靠材料力学，只需要掌握结构的局部应力就可以了，不过这需要花费一定的经费，而且精度也不是很高；不过如果能够采用有限单元方法的话，情况就会有所不同。首先，其能够在调试机架结构的前提下掌握机架的应力场情况，这样一来就能够让轧机设计转变为精准设计，而不再采用过去的经验设计，同时还能够给轧机机架在设计工作上创建有价值的数据。

一设备刚度对板簧成形精度的影响

设备刚度的实际情况，会决定成形工件的尺寸。在轧制的过程中，因为要受到压制力的影响，会造成板簧轧制设备出现弹性变形的情况，而且在一些轧钢机中，其弹性变形情况通常在2mm到5mm之间，这样的话，就容易对设备的弹性变化形成干扰。而轧机机架之所以会出现变形的情况，主要是因为机架的拉伸变形所形成的。

因为轧制力是造成设备弹性变形的主要原因，只要在轧制期间出现不稳定的情况，即使在原始辊缝维持恒定的前提下，轧机主体的弹性变形情况也会发生一定的波动，如此一来就会让轧件厚度出现变化，从而造成厚度偏差。所以目前所采用的现代板带轧机中，创建了能够自动掌控厚度的装置，让轧机可以在轧制期间合理的调试辊缝，并有效的把控轧件的厚度偏差。

轧制期间，在轧辊的影响下，金属很容易形成塑性变形，而同时在金属反作用力下，轧机机架则比较容易形成弹性变形，让轧辊的辊缝出现变动，这样一来就会让轧件尺寸形成不确定性。如果要把控好成品轧件的精确度，同时给轧机调整创建好的条件，则一定要准确的掌握好机架弹性变形数值。

二轧机机架的不同结构形式

在板簧成形设备中，其所拥有的两种机架全部使用了四立柱型结构，特点主要为结构简便、刚度强等等。中间横梁的平轧成形主设备，在中间梁的部位中还具有通孔，数量一共有4个，它们全部被安设于4根立柱当中，而且能够顺着立柱进行滑动，中间梁在液压缸活塞的推动下能够自由的进行滑动；如果是一样的轧制力，那么各种方式的主体设备都会让各种设备出现变形情况，这样的话就很难形成较高的轧制精度。

三两种机架结构有限元模型建立

由于科技水平的不断进步，尤其是电脑得到了广泛的应用，让限元法、可靠性设计等设计方式，都慢慢的融入进了机架设计当中。其中有限元属于现在所经常使用的数值计算方式，通常是用电脑来完成的。其主要应用在工程设计当中，针对较为繁琐的静力学和动力学进行研究，同时还能够准确的运算出零件的强度。如果弹性力学能够应用于大中型机架，那么就能够非常精准的掌握机架应力场的具体情况，同时还能够体现出机架的应力，发现机架所具有问题的部位，从而能够得到及时的处理，这样一来就能够加强计算的精准度。

3.1三维模型的建立

若想准确的掌握机架的应力状况，那么创建模型的过程中，就要掌握机架的几何形态。最好选取机架的四分之一来采取分析，这不仅能够降低运算成本以及规模，同时还可以在采取几何约束期间，获取更好的效果。有限元模型所使用的是四面体单元，如果不存在中间横梁的话，那么就要将其主体分成45713个单元以及9657个节点；如果存在中间横梁的haul，那么就要将其主体分成70858个单元，14466个节点。

3.2机架应力分析

碳素结构钢主要应用于四立柱式轧机机架，载荷980kN弹性模量2.1×1011Pa，泊松比0.32，屈服极限应力2.482×108Pa。机架的所有部位全部保持在三向应力状态，使用拉应力当中最大的值当做计算应力，然后通过强度理论的掌握情况，来创建出三维等效应力公式：σs=(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2

创建完有限元模型之后，要通过对载荷情况的了解，来采取正确的计算方式，这样一来就能够得到机架的应力和变形值。

3.3机架的位移分析

机架主要是受轧制力的作用，以此造成机架形成变形，这样一来就会决定辊缝的大小。而根据变形以及辊缝大小的实际情况，就能够有效的掌握无中间横梁机架上的承载面的特殊点方向上的位移值以及无中间横梁机架下的承载面的特殊点方向的位移值。通常情况下，无中间横梁机架，液压缸直接固定于上横梁，然后带动上轧辊运动，这样就能够获取上下横梁点方向的平均值，如此一来不但能够获取中间横梁机架的变形情况，同时还能够决定辊缝的具体情况。

结束语:采用ANSYS软件来对板簧轧机机架采取有限元值分析，通过所获取的应力图能够了解到，在同样的轧制情况下，和无中间横梁的机架结构相比的话，中间横梁机架的上横梁要小一些；通过所掌握的横梁上特殊点的位移值情况能够了解到，和无中间横梁的机架结构相比，有间横梁机架对的位移要小一些。

参考文献:

[1]冯艳飞.基于ANSYS对950轧机机架有限元分析研究[D].内蒙古科技大学,2012.

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[3]盛蕾,刘军营,高磊.基于有限元的轧机机架的机械性能分析[J].锻压技术,2009,34(01):125-129.

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