钢结构卷板机机架的应用设计.pdf

垦 年第鸯 期 总 第 圆 圆 期 钢 结 构 卷 板 机 机 架 的 应 I I设 计 钢结构卷板机机架的应用设计 杨沛浩王迎春 西安建筑科技大学粉体工程研究所 7 1 0 0 5 5 摘要 西安建筑科技大学粉体上程研究所成功地开发了一台卷板机 该卷板机机架采用全焊钢结构代替了传统的铸造 结构 利用有限单元法中的板壳计算程序单元求得了该支架在使用条件下的应力和形变 数值模拟结果表明该支架完全满 足生产工艺要求 这台卷板机已在工程实践中成功地应用 关键词 机架铸造结构 全焊钢结构 有限单元法 卷板机是弯曲金属板材的设备 传统卷板机机架 为全铸件 随着焊接技术的发展 特别是近 3 0年来 焊接结构已经基本上取代了铆接结构 并部分代替铸 造和锻造结构r l 1 国内外在重型机械制造方面 愈来愈 多地用全焊钢结构代替全铸结构 例如 冲压机 锤压 机 大中型机床等的机架或床身 大型齿轮 内燃机及 汽车传动轴等传统铸造件已迅速地改用全焊钢结构 其主要原因在于全焊钢结构重量轻 质量高 生产周 期短等特点 根据工程需要和已有条件 设计制造了一台 WK 一 1 6 X 2 0 0 0型卷板机 考虑铸造结构工期长 成本高 卷 制锥筒时连接挡料装置不方便 而且要随工程场地变 化反复拆卸 搬运 安装 又是单机生产 最后决定其 机架采用全焊钢结构 卷板机示意图见图 1 1 支架2 止推轴承3 压 F丝杠4 上辊 5 下辊 6 主电机 7 蜗杆 8 滚动轴承 9 蜗轮 图 1 WK 一 1 6 X 2 0 0 0 型卷板机示意图 1 机架钢结构的设计 过去 卷板机主要采用经验和类比设计 原西德 阿亨工业大学试验表明 侧壁板厚 以不小于 1 5 mm为 宜翻 见 图 2 根据卷板机的轧制力及外载受力分析 卷板机机 架侧壁板和主要受力面板采用厚为 1 8 m m的 Q 2 3 5 B 钢 加强筋选用厚 为 1 0 mm的 Q 2 3 5 B钢 由 WK 一 1 6 X 2 0 0 0 型卷板机能卷制的最小圆直径确定了两下辊 中心距为 3 6 0 m m 参考同类机型卷板机几何尺寸 安 装情况确定了该机架的外形尺寸 详见图 3 鑫 寓 装 吾宝 搴 1 2 3 4 X 卜 1 2 钢 F 1 T 3 4 t 1 0 5 1 0 1 5 20 壁厚 ra m 图2 弯曲 剪切 扭曲作用下侧壁板厚与机架变形量关系 i f蠡 二 j I f 1 一 Hn 一 图 3 卷板机机架结构 图 1 1 板壳单元有限元模型t 4 1 由 WK 一 1 6 X 2 0 0 0型卷板机工作原理可知 轧制力 通过压下丝杠传递给蜗轮 蜗轮再顶紧止推轴承 止 推轴承最后将力施加给钢板 A A 卷板机工作时 左 右半机架分别承受对称荷载 根据工作辊受力分析 施加给钢板 A A的力为 l 2 P P为总轧制力 当弯卷 宽 为 2 0 0 0 m m 厚 为 1 6 m m 的钢板 时 其数 值为 tj Ill 一 研 究 与 应 用 w 舞 m 维普资讯 天沸堙管 J IN 聃 E T A U Jl 星 年 第 星 期总第司 期 3 4 8 4 1 0 N 本文全部采用板壳单元对整个机架底座以上部 分建立模型 适当偏安全予 以简化 在承受荷载处进 行网格细分 此模型共有 1 1 1 8 8个节点 3 5 5 2 个单 元 单元为曲壳单元 每个节点具有 6个 自由度 面内 变形为二次函数曲线 可模拟塑性 应力强化 大变 形 大应变和横截面剪切变形等问题 在有限元模型 中 机架底座处采用固端约束 详见图 4 图 5 图4 有限元模型及机架位移分布 p 4 p 4 一I D 2 l 1 目 l J 暑 8 5 轴承内径 Z Z 刁其它钢板对A A 钢板的向下压力部位 轴承对A A 钢板向上的顶力部位 图 5 A A钢板受力分析 1 2 计算结果分析 由图 4 图 5可以看出 在止推轴承作用下 A A 钢板受力最大 为整个机架设计 的关键部位 当采用 1 8 m m厚钢板并在其两端设置筋板后 钢板变形很 小 为O 1 2 m m F 1 于模型将实体滚轴支座简化为钢 板 故实际设备在该处的位移应该更小 见图 6 F 1 图6可知 止推轴承作用处钢板 Mi s e s 屈服应力 为 1 7 2 MP a 满足材料承载要求 其它各部位受力较 小 因此可仅在该处增设筋板以减小局部 内力和变 形 其它部位板厚可仅按构造要求设置 人N 一 I P I t l l 2 2口 0 0 9 aE 6 0 一 J r J r I 蝴糊 l9 z I o 日 l 5 7 3 l 蜘 口 0 I I o m 图 6 机架应力分布 图 2 焊接工艺 2 I母材材质为 Q 2 3 5 B 其焊接性能良好 选用熔渣流 动性好 脱渣容易 电弧稳定 熔深适中 飞溅少 焊波 整齐 价格低廉的J 4 2 2焊条 2 2 根据钢板厚度 采用直径为 4 m m的规格 直流正 接 手工操作 平焊位置焊接 电流保持在 1 3 0 A 1 5 0 A之 间 5 1 2 3 在焊接过程中 为防止扭曲变形 采取了一些刚 性固定措施 合理安排了组装和焊接顺序 焊后进行 了退火处理及整形t 6 3 结论 该卷板机 自投入使用以来 在几条新建的水泥生 产线预热器设备制造中满负荷运转 经过多次拆卸 搬运 安装 先后卷制了 Q 2 3 5 1 6 Mn 1 C r l 8 N i 9 T i 等厚 度从 3 m m到 1 6 m m的钢板 2 0 0 0余 t 工作性能 良 好 运转灵活 达到了设计要求 另外 和铸造件相 比 具有以下优点 3 1 由于钢的弹性模量是铸铁的一倍 因此焊接结构 比铸铁结构重量减轻2 5 左右 这对提高现代化机床 快速行走部件的工作灵敏度有重大意义 3 2 全焊钢结构的塑性和韧性 比较好 因此它的抗脆 断能力比铸铁好 3 3 钢材材质均匀 各个方向的物理力学性能基本相 t j y wJ w t j y j c o rn 咖 一 一 研究与应用 一 I 一 硼 匈 心 用P 一 W WW t j y J q k c o rn 鼍 t j y j z z t j y j c o rn 维普资讯 标准分享网 w w w b z f x w c o m 免费下载 星 年第星 期 总 第 圆 圆 期 钢 结 构 卷 板 机 机 架的 应 用 设 计 同 在一定应力范围内处于弹性状态 因此 全焊钢结 构消除了铸件往往不可避免的铸造缺陷 使废品率大 幅度下降 3 4 在小批量生产时 具有极大灵活性 缩短了生产 周期 3 5 在加工工艺及选材上赋予了焊接结构设计人员 极大的灵活性 相反 铸造结构不论在造形及壁厚方 面皆受到极大限制 3 6 全焊钢结构便于维修 安装 收稿2 0 0 5 1 2 1 6 责编苗龙军 参考文献 贾安东 焊接结构及生产设计 M 天津 天津大学出版社 1 9 9 2 3 2 曾乐 焊接工程学 M 北京 新时代出版社 1 9 8 6 6 3 王忠涛 用厚壁管作卷板机工作辊的受力分析及结构设计 J J 西安建筑科技大学学报 1 9 9 5 3 4 谭建国 使用 A N S Y S 6 0进行有限元分析I M 北京 北京大学出 版社 2 0 0 2 9 5 机械设计手册第四版第一糊 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 2 1 6 张应霖 焊接结构丁程 M 北京 水力电力出版社 1 9 9 5 1 1 作者简介 杨沛浩 男 程师 2 0 0 3 年毕业于西安电子科技大学计算机科 学与技术专业 毕业后分配在西安建筑科技大学 现在主要从事粉 体工程领域机械设备的现场制造 安装 节约的十个天敌 若想将建立节约型社会的美好愿望变成现实 第一条就是认识到并克服掉节约的十个天敌 诸如 一 浪费的失耻化 二 浪费的必然化 浪费的有理化 四 浪费的程序化 五 浪费的时尚化 六 浪费的美感化 七 浪费的威风化 八 浪费的崇拜化 九 浪费的麻木化 十 浪费的惯性化 等等 等等 当年毛泽东有过这样的话 贪污和浪费是极大的犯罪 而眼下 将浪费视为与贪污同样是犯罪的人不太多 了 而将浪费视为可耻之事的世风也在大大弱化 于是 有的人也就不再将节约视为美德 大德 视为君子 仁人和 真正大智之土的重要标志 殊不知真正的德才兼备者 可敬品格之一便是以廉俭为荣 以糜奢为耻 若是相反 便 是 失耻 严重了就叫 无耻 呼唤建立节约型社会 就要从道德高度认识节约的宝贵性 同样从道德高度认识到 浪费的可耻性 在很多时候 我们见到的恰恰是与之相反的现象 例如 将金钱当成是第一圣物 于是就将带有挥 霍性的浪费都视为 必然 性的 成本支付 将恶性消费 支出 都解释为 合理 官场的许多活动 特别是各种会 议 庆典 仪式 节日 很多 程序 都颇 隆重 而 隆重 的标志之一就是花掉既巨额又无实际效益的钱 此外如财 场 也称商场 上的各种交易 包括洽谈 签约 成交 开业等等 都离不开 大宴 之类的当然 程序 即使是民间性 的行为 诸如婚丧嫁娶 亲戚走动 朋友互访等等 也都离不开用财物作媒介 否则便是 没面子 这样的事 已近 F 成了时尚 久而久之 铺张 挥霍 浪费还会渐渐成为一种风气 而那些艰苦朴素 勤俭节约的人 往往要落个 小 气 土气 俗气 的恶名 其实 无论是富人的逞阔勾当 还是穷人乍富式的 烧包 都是十足的俗气 有了一点 官衔或有了 一点资产 为了显示威风往往要借用 恶性享乐 包括 花钱如流水 来显示自己的 高品位 全然不 知暴殄天物不仅是丑行 甚而是犯罪 这样的丑行 犯罪 人们一旦不去鄙视 指斥 而去羡慕 崇拜 认为那是 人家有本事 人家懂潇洒 这样的世风就尤其可忧 反贪污 反浪费反久了 但无效或低效 人们也就麻木了 于是