冷轧机中辊系装置关键问题分析.doc

冷轧机中辊系装置关键问题分析以结构模态和动态响应分析理论为依据，应用有限元分析法，对四辊可逆冷轧机的机架、辊系及轧机机座的整体强度、刚度和动态特性进行了较系统深入的理论研究和模拟仿真。为钢铁企业轧机设备改造提供了小成本改造、可持续发展提供了理论指导。随着对轧制板材表面质量和精度要求的提高，对轧机系统高精度和高动态性能的技术要求也越来越高，四辊轧机作为板带材生产的主要设备，对产品精度起着不可忽视的作用。对四辊轧机设备的改造，需要钢铁行业各界的大力支持，高等学府与设计院作为主要的科研机构承担的无法推卸的重任。中小钢铁企业是我国钢铁行业的重要组成部分，而中小企业资金不足、技术落后很难进行轧机的改造和产品精度的提高等矛盾尤为突出。为了解决设备改造提高产品质量这一实际问题，本文以实验室四辊可逆冷轧机为基础，进行了辊系改造，以便安放自动液压压下装置，提高轧机的压下精度和效率。1.四辊冷轧机辊系改造分析1.1.轧辊尺寸及材质的选择1.2.辊系结构的设计辊系包括工作辊、支撑辊、轴承和轴承等组成，它是四辊压机的主要部件，辊身、辊径和轴头组成了辊子。在确定轧辊尺寸，西安确定轧辊直径D，然后再考虑辊径等参数；工作辊直径可由最大咬入角和轧辊的强度要求来确定；轧辊的强度条件是由轧辊各处的计算应力小于许用应力决定的。轧辊的许用应力是指其材料的强度极限除以安全系数。根据轧机的最大宽带依次确定工作辊辊身长度L以及工作辊与支撑辊的辊身直径。对于四辊轧机，要尽量减少工作辊直径，这样可以减小轧制压力。2.四辊冷轧机强度及刚度的有限元分析2.1.轧机机架载荷与边界约束条件的施加四辊可逆冷轧机在实际轧制过程中，轧机机架的受力情况十分复杂，主要有以下几种力作用在机架上：作用在机架横梁上的轧制力、轧机机架立柱上引起的反力、机架立柱上的水平拉力对机架立柱的水平惯性力、对机架上下横梁引起的附加力、机架立柱的周向冲击力、在机架下支撑面上引起的反力。上述各种作用力中，轧制力对机架的影响最大，机架整体受力虽然负责，但是可以忽略其他作用力的影响。对机架进行静力只选取轧制力，施加载荷时，按照均布载荷的形式施加在机架上下横梁的轴承座对应的接触面上。2.2.轧机机架强度结果分析通过有限元workbench软件后处理Solution求解器进行结果分析处理，对四辊可逆冷轧机机架施加边界约束后，设定最大轧制力为120吨。机架强度是横梁机架本身承受载荷能力的重要指标。2.3.轧机机架刚度结果分析在拥有足够的强度时，机架在承受载荷和冲击力是不至发生强度破坏事故，同时机架要有足够的刚度来抵抗变形，因为产品的精度具有重要的意义。3.四辊可逆冷轧机模态分析3.1.机架的模态分析3.1.1.边界条件的施加及求解在实际的轧制过程当中，机架通过地脚螺栓与地基轨座相连外，还通过机架底面与轨座紧密接触，因此，对轧机机架底面施加Z方向和x方向自由度的约束。对于单边机架模型约束的施加方法相同。模态分析不考虑外载荷的作用，故不需要施加轧制力等外载荷。3.1.2.四辊轧机机架的模态结果分析通过轧机机架的完整实体模型，利用Workbench中的模态分析模块，求得轧机机架的前15阶模态振型.四辊轧机机架有限元动态特性分析前15阶模态的固有频率和振型如表5.1。模态分析对轧机影响最大的是前几阶振型，前六阶模态振型云图如上图。从轧机机架振型云图可以看出，机架不仅沿轧辊轴向（Z轴方向）、轧制方向（x轴方向）和两立柱腰部的弯曲摆动，而且还存在一定的扭转振动，该振动形态都将会机架的强度、刚度造成一定的影响，因此对机架进行动态特性分析显得尤为重要。3.2四辊可逆冷轧机机座的模态分析3.2.1.轧机机座有限元模型的创建在实验模拟中，应该对所建立的四辊轧机模型进行适当的简化，比如省去轧辊润滑装置和平衡装置。在对四辊轧机进行模态分析时可以不用考虑辊缝的影响。通过三维绘图软件solidworks对机架、支撑辊、工作辊、轴承座、轴承建立实体模型，对四辊轧机进行网格划分，采用四面体单元。但是由于分析过程中需要的计算机配置能力很强，并且其结果精度对网格疏密要求不是太高，所以对轧机进行模态分析时可以适当缩减网格总数。本论文应用有限元数值法，利用有限元模拟分析软件Workbench对四辊可逆冷轧机机架、轧机辊系、机座整体的力学行为进行了深入的仿真分析，但是，由于实验设备条件的限制，本课题还有以下不足之处需要进