短应力线轧机轧辊的有限元计算及分析

短应力线轧机轧辊的有限元计算及分析

窦剑琳1,贾惠玲2

(1.中冶东方工程技术有限公司,内蒙古 包头 014010;

2 内蒙古科技大学,内蒙古 包头 014010)

摘 要:短应力线轧机是一种高刚度无牌坊轧机,轧辊是该轧机的主要承载件,其结构参数是否合理直接影响着轧机的性能,进而影响产品的精度,文章参照实际轧制规程,用有限元理论结合使用ANS YS有限元分析软件计算出轧辊在最大轧制压力下产生的应力及变形,最终验证了其承载能力及弹性变形均在允许的范围以内。

关键词:短应力线轧机;刚度;有限元;应力

中图分类号:TG333 17 文献标识码:B 文章编号:1009-5438(2008)03-0039-03

Finite Element Analysis of the Roll of the Short Stress Path Rolling Mill

DOU Jian-lin1,JIA Hui-ling2

(1.Beris Engineering and Research Corp.,Baotou014010,Nei Monggol,China;

2.Inner Mongolia University o f Science and Technology,Baotou014010,Nei Monggol,China)

Abstract:The short stress path rolling mill is a kind of high rigidity no stand mill.The roller is the i mportant loading compo nent.Based on the fi nite elemen t theory,the stress distributes of the roller under the biggest draught pressure are calculated with the finite element analysis software.T he loading ability and the elastic deformation are in the allowable range.

Key words:short stress path rolling mill;rigidi ty;finite element theory;s tress

近年来,许多国家的轧机设计及生产厂家均推出了各种类型的短应力线轧机,虽然在外形及内部结构略有不同,但其功能和原理基本是相同的。1997年中冶东方工程技术有限公司承担了长治钢厂小型全连续棒材生产线的设计任务,该生产线汲取我国现有的各棒线材生产线之长,并根据厂方的实际情况和具体要求设计而成,达到了20世纪90年代国际先进水平。轧辊及轴承座是轧机的主要承载件,在轧制力作用下,轧辊和轴承座均会产生弹性变形,它们的受力及变形情况直接影响着轧机的性能及产品的质量,对它们的强度及弹性变形进行计算和分析是十分必要的。

1 小型棒材车间基本工艺参数

(1)产品及年产量:轧机年生产 16~ 40mm 的圆钢及带肋钢筋60万t,生产钢种为普碳钢和低合金钢。

(2)原料:车间生产所用原料为150mm 150mm 12000mm连铸坯,连铸坯单重为2049kg。

(3)轧制速度:轧机最大轧制速度18m/s。

(4)精轧机力能参数见表1。

第34卷第3期2008年6月

包 钢 科 技

Science&Technology of Baotou Steel(Group)Corporation

Vol.34,No.3

June,2008

收稿日期:2008-04-22

作者简介:窦剑琳(1966-),女,河北省献县人,高级工程师,从事冶金设备设计工作。

表1 精轧机力能参数

轧机规格/mm 机架号轧辊直径/mm

最大最小辊身长度/mm 轧辊调整量

/mm 径向轴向机架横移行程/mm 传动速比最大轧制压力/kN 最大轧

制力矩

/(kN m)配用电机电压/V 功率/kW 转速/(r min -1) 320 320 320 320 320 320

11H 350 29060070!3!250 2.742019660850800/150012V 350 29060070!3!250 2.228013660850800/150013H 350 29060070!3!250 1.932015660850800/150014H/V 350 29060070!3!250 1.6220126601000800/150015H 350 29060070!3!250 1.3420156601000800/150016H/V

350

290

600

70

!3

!250

1 0

290

12

660

1000

800/1500

2 轧辊的弹性变形计算

轧辊是对轧件进行轧制加工的工具,工作机座的其他组件和机构都是为装置和调整轧辊以及引导轧件正确地进出轧辊而设计的。轧辊的结构由辊身(轧辊的工作部分)、辊径(安装轴承部分)及传动辊头等三部分组成,一般中小型型钢轧机的轧辊的传动辊头为十字梅花形。

轧辊是轧钢车间主要的、经常耗用的工具,其质量好坏直接影响钢材的质量及产量。因此对轧辊的性能,即强度、耐磨性和一定的耐热性的要求是很严格的。而对轧辊性能的要求因轧机类型和所轧钢材种类的不同也有很大差别,如果不了解这些差别,也就不能选择适用的轧辊。

轧辊工作表面的硬度是轧辊主要质量指标之一,因为硬度对轧辊使用寿命起决定作用。故轧机的轧辊可以按照其表面硬度及其材质分为4种类型,即:软面轧辊(HB150~250),半硬面轧辊(HB250~400),硬面轧辊(HB400~600),特硬面轧辊(HB600~800)[1]。一般的来说,小型型钢轧机采用半硬面或硬面轧辊,该轧机轧辊材料为镍钼球墨铸铁,弹性模量E =1 54 103N/mm 2,泊松比为 =0.3,强度极限 b =600MPa,单侧轴承座承受最大轧制力为420kN 。

该轧机为圆棒材型钢轧机,轧辊辊身配置有孔型,其配置原则如下。

2.1 孔型沿辊身长度方向配置应遵循的原则[2]

(1)尽量使轧件在各机架中的轧制时间均衡。从均衡出发,应当在第一个机架的轧辊上多配置一些孔型,在后面的机架上配置的孔型数应递减。

(2)成品孔型与成品前孔型应单独配置,即不配

置在同一架的同一轧制线上或在同一个机架的轧辊

上,这样以利于调整轧辊孔型。

(3)备用孔型数应以成品孔型为最多,成品前孔型次之,再前孔型数更次之,以保证成品的表面质量,同时可减少换辊次数。

2.1.2 孔型的间距即辊环宽度的确定(见图1)确定辊环宽度,同时应考虑辊环的强度以及安装和调整轧辊附件的操作条件。

图1 孔型的间距∀辊环宽度的确定(1)辊环强度:它取决于轧辊的材质和轧槽的深度。钢轧辊的辊环宽度b Z #0.5h k 或B Z #0.5h k ,铸铁辊的辊环宽度b Z #h k 或B Z #h k 。

(2)考虑轧辊附件的安装与调整方便,它取决于导板的厚度或导板箱的尺寸以及调整螺丝的长度和操作所需的位置大小。在确定辊环宽度时应同时考虑上述问题。边辊环的宽度,如表2所示。

表2 各种型钢轧机边辊环的宽度

mm

轧机初轧机

轨梁与大型三辊开坯

中小型

边辊环宽度b b

#50~100#100~150#60~150#50~100

40

包钢科技 第34卷