十一辊矫直机机架改造方案研究

1 48 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n u f a c t u r e 第 5期 2 0 1 0 年 5月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 0 0 5 0 1 4 8 0 2 十一辊矫直机机架改造方案研究 管朝晖杨 斌 重庆钢铁股份有限公司 重庆 4 0 0 0 8 2 Re s e a r c h o f 1 1 r o l l e r f l a t t e n i n g ma c h i n e s t a n d e r r e C O n S t r U C t i O n GUAN Zh a o hu i YANG Bi n C h o n g q i n g I r o n S t e e l G r o u p C O L T D C h o n g q i n g 4 0 0 0 8 2 C h i n a l 摘 要 目 前十一辊矫直机最大 矫直板宽为2 3 5 0 m m 不 能适应轧机来 料板宽2 5 0 0 m m的 要求 成 l为 影响生产的 瓶颈 因 此对十一辊矫直机机架进行改造具有重 要的经济价值 提出了 将矫直 机机架内 侧 l开 槽 在外 部进行加固 使来 料板宽 提高到2 5 0 0 m m的改造方案 通过建立 矫直机机架实 体几 何模型 对 9机架开槽前后的机架承载能力进行了 有限元分析 校核了开槽前后的机架的强度 刚度等技术指标 在此 基础上提 出了具体改造方案 改造方案得以成功实施 得了较大的经济效益 关键词 矫直机 机架 改造 有限元 l A b s t r a c t n v i e w o f t h e b ig g e s t s t r a i g h t e n i n g p a n e l w id t h of t h e p r e s e n t 1 1 r o l l e r fl a t t e n i n g m a 一 c h i n e b e i n g 2 3 5 0 m m i t i n s u f fi c i e n c y f o r e r e q u ir e m e n t o ft h e p g w i t h口2 5 0 0 ra m w id t h w h i c h h a s b e c o m e a b o t t l e n e c k i n p r a c t i c a l p r o d u c t i o n a p p l i c a t i o n R e s e a r c h o n t e c h n i c al r e c o n s t r u c t i o n of t h e s t a n d e r p r a c t i c al e s s e n t i al a n d w i t h v i t a l e c o n o m i c v al u e T h e s t an d e r i n s i d e i s n o t c h e d as w e ll a 8 t e o u ts id e is r e i n f o r c e d to m a k e s u r e t h e r e c o n s t r u c t iv e m ach i n e C a n m e e t t h e p r o c e s s in g r e q u i r e men t oft h e j 2 5 0 0 m m o n e s B a s e d o n t h e f o u n d at io n o f t h e s t a n d e r e n t i t y m o d e l F E a n a ly s i s is d o n e t o c h e c k t h e c ar r y 6 l 凡 g c ap acit y as w e l l as o t h e r t e c h n ic al i n d e x e s s u c h as in te n s i ty a n d r ig id it y A s c h e me i s c ar r ie d o u t l s uc c e s sf u l ly an d r e m ar k a b le e c n o m i c b e n e fi t is b t a i n e d w it h t h is c n s t r u c t iv e s c h e m e l K e y w o r d s F la t t e n i n g m a c h i n e S t a n d e r R e c o n s t r u c t i o n F i nit e e le me n t 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1 引言 目前我厂十一辊矫直机最大矫直板宽为 2 3 5 0 m m 不能适应 轧机来料板宽2 5 0 0 0 mm的要求 成为影响生产的瓶颈 因此需要 将 目前十一辊矫直机机架进行改造 以适应最大来料宽度为 2 5 0 0 m m的矫直要求 经过充分论证 提出将 目前十一辊矫直机 机架在工作标高线下 2 0 ram 工作标高线上 1 5 0 m m处开设一高 度为 1 7 0 m m 深度不少于 1 0 0 mm的槽 开设空心槽后机架强度 及刚度必然发生改变 拟采取什么措施使开槽后机架的强度和刚 度满足使用要求成为需要解决的关键技术问题 论文基于上述要 求 对开槽前后机架承载能力进行分析 在此基础上提出具体的 改造方案 改造方案得以成功实施 实现十一辊矫直机矫直板宽 达到 2 5 0 0 m m 满足了使用要求 产生了较大的的经济效益 2 工作辊及机架受力 根据十一辊矫直机设计资料 十一辊矫直机矫直参数 如表 1 所示 将轧件看成是受很多集中载荷的连续梁 这些集中载荷 就是各个辊对轧件的压力 如图 1 所示 1 2 1 表 1矫直参数 矫直板 矫直钢 辊系重量 工作辊 最大矫 设计最大 厚度 见反 板温度上辊系下辊系 节距直宽度 总矫直力 2 2 3 0 0 0 Kg 3 0 0 0 0 k g 3 32 0 6 0 2 3 5 O 4 6l 0 0 KN 女来稿 日期 2 0 0 9 0 7 1 7 q M y J 图 1矫 直 原理 矫直机总矫直力为 P M2 l 一 Mlo 1 式中 P 矫直机总矫直力 一各上作辊上的弯曲力矩 t 矫直辊距离 为 了简化计算 做以下假设 1 前面第 2 3 4辊下轧件的弯曲力矩为塑性弯曲力矩 M M2 M3 M4 2 后面第 8 9 1 0 辊下轧件的弯曲力矩为屈服力矩 帆 M M ll 1 M9 M 3 其余各辊下轧件的弯曲力矩为塑性弯曲力矩 和屈服 力矩 的平均值 即 帆 丝 则作用在上 下棍子上的压力总和为 P 4 n 一 2 2 第 5期 式 中 n 矫直机辊数 管朝晖等 十一辊矫直机机架改造方案研究 1 4 9 取低合金钢系列 高强度钢系列 厚度b 不超过 2 5 m r n 故最 大屈服力矩为低合金钢系列 矫直钢板温度取 5 0 0 故 2 0 0 mp a 则屈服力矩为 M u 孚 2 1 0 2 7 x 一0 0 4 5 2 1 8 2 2 5 0 N m 3 塑性弯曲力矩为 1 5 M 2 7 3 3 7 5 N m 作用在上 下辊子上的压力总和为 p M 4 一 1 8 2 2 5 0 2 7 3 3 7 5 9 6 3 0 8 6 5 3 8 4 6 N 4 若上下辊系压力对机架的作用按照均匀分配计算 则上下辊 矫直力对机架的作用力 p 2 3 1 5 4 3 2 6 9 4 8 2 5 4 8 6 5 3 6 N mm S S L s 旦王 p 2 31 5 43 26 9 3 97 38 3 0 7 9 37 N mm 5 3机架改造方案研究 3 1机架有 限元建模型 利用 P r o e n g i n e e r 软件根据 机架结构 特点 采用 特征建模 F e a t u r e 方法 建立十一辊矫直机体架有限元分析的实体模型 如图 2 所示 图2机架实体模型 考虑到工作标高下 6 5 ra m处牌坊内部有一支撑板 故开口尺 寸为工作标高向下 6 5 m m 工作标高向上为 1 9 5 mm 预留加强板 厚度 深度为 1 4 5 m m 预留加强筋板厚度 如图 3 所示13 1 图 3开槽后实体模型 3 2开槽前后机架有限元分析 利用 A B A Q U S 软件对所建立 的机架有限元模型进行计算14 得出在开槽前后机架应力变形 图 如图 4 5所示 从图 4 5可以 看出 开槽前机架最大应力处于牌坊上方靠近丝杆螺母内侧 为 1 4 0 Mp a 拟开槽处距离上横梁距离为 2 4 9 2 2 6 6 2 m m 应力在 9 0 1 0 0 M p a 之间 主视方向位移最大为 0 6 7 7 9 m m 位于牌坊 中 间 操作侧方向位移 1 2 9 5 m m 位于牌坊中间 垂直方向位移 3 2 3 4 mm 位于上横梁和机架顶部 三个方向的综合等效位移最大 3 2 3 5 mm 位于上横梁和机架顶部 开槽后最大应力2 5 0 m p a 在开槽 处 主视图方向最大位移为 1 3 6 7 m m 操作侧方向位移最大为 1 3 1 7 m m 垂直方向最大位移为 3 5 3 4 m m 计算结果 如表 2 所示 机架材料采用Z G 3 5 其强度极限 4 1 5 M p a 考虑机架的重要性 应该有较大的强度储备 故取安全系数n 2 5 则机架的许用应力15 1 0 s 2 54 1 5 1 6 8 0 M P a 可见开槽前机架的强度满足使用要求 而开槽后机架强度不 满足使用要求 图 4开槽前机架应力变形 图 图 5开槽后机架应力变形 图 3 3机架改造方案及分析 根据上述分析计算 开槽后机强度和刚度不能满足使用要 求 需要对开槽后机架进行加强 在对多种改造方案进行分析比 较的基础上 提出了采用内侧设凸形嵌入加强板 外侧采用补强 板的加强方案 使加强板与机架通过焊接方式与机架连接成一 体 如图 6所示 一 一 图 6改造后装配效果图 4结论 目前十一辊矫直机最大矫直板宽为 2 3 5 0 m m 不能适应轧机 来料板宽 2 5 0 0 mm的要求 成为影响生产的瓶颈 因此对十一辊 矫直机机架进行改造具有重要的经济价值 对矫直板宽为 2 5 0 0 mm时的的矫直力和机架受力进行了分析 运用现代设计分 析方法中的弹性有限单元法对改造前后机架强度刚度进行 了有 限 元分析 提出了采用内侧设凸形嵌入加强板 外侧采用补强板的加 强改造方案 利用先焊补加强板塞焊孔工艺方法 利用焊缝收缩原 理 实现了补强板与机架板顶紧帖合 解决了现场无法采用