四辊可逆粗轧机闭式机架有限元分析
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２ １ 有限元计算模型 ．
轧机 机 架 具 有 对 称 性 ， 析 时 取 一 半 进 行 分 析 ， 成 分 形
２ ２ 机 架 应 力 ．
应用 Ｍ Ｃ Ｍａｃ Ｓ ． ｒ 软件对机架进行分析计算 ， 并用 Ｍａｃ ｒ
睾 收 稿 日期 ： １ Ｏ —１ ２ ０一 １ ０ ０ 作者简介 ： 连民（９ ６ ， ， １５ 一） 男 主要从事矿山机械方面的研究。
轧机本体刚度较 高， 能够提高 中间坯的厚度精度和板
形 质量 。如 图 １ 示 ， 所 四辊 可 逆 粗 轧 机 由 ２片机 架 （ 坊 ） 牌
模 型 （ ２ 考 虑 了机 架 通 过 地 脚 螺 栓 与 地 脚 板 的 连 图 ）
上部通过箱形横梁 和螺栓 联接 ， 键定 位。机架的下部则通 过 ２根横梁用螺栓联接。
载荷 ： 在上 横梁 的压 下螺孔表 面和下横 梁的上表 面施 约束 ： 在牌坊 对称 面上施 加 对称 边界 条件 ， 在地 脚 板
处约束所有位移 。
应力值如 图 ３中标示 。机架等 效应力 最大值 为 １３ＭＰ ； ２ ａ
上 横 梁 压 下 螺 孔 根 部 Ｒ ０ 圆 弧 处 的 等 效 应 力 值 为 １３ ８ ３ １ ． ＭＰ ； 口上下 圆角 的等 效 应 力 值 分 别 为 ４ ． ａ ３ ． ａ窗 １４ＭＰ 和 ４ ７ ＭＰ ； 余 各 重 要 位 置 的等 效 应 力 值 如 图 ３中标 示 。 ａ其
图 １ 四辊 可 逆粗 轧 机 结 构
机 架一般采 用含碳 量为 ０ ２ ％ ～ ． ５ 的 Ｚ ３ ．５ ０ ３％ Ｇ ５合 金， 其强度限 ｏ ＝ ０ ６０ Ｍ ａ延伸率 占 ＝ ２ ～１％ 。 ｒ ５ ０— ０ Ｐ ， ６ ５ １％ ６ 图２ Ｍａｃ ｒ 有限元计算模 型
２ Ｍａｃ 限 元分 析 计 算 ｒ有
接。轧制力按２００ ０ｋ １ ０ Ｎ考虑 ， 在上横 梁压 下螺孔表 面和 下横梁上表面施加均布轧制压力 。由于结构 的对称性 ， 在 对称 面上 限制其法 向位 移。地脚板与地 固联 ， 下表 面约 其
束所 有 位 移 。机 架 、 栓 和 地 脚 板 相 互 间 为 接 触 关 系 ， 螺 经 简化 将 螺 栓 和 地脚 板 连 为一 体 。
单元。
的支撑辊 ， ４个辊组成 ， 共 且轧辊可正反 ２个方 向旋转 ， 从 而实现轧件 多道次往复轧制。 轧机机架是 工作机 座的重 要部件 。轧 辊轴 承机架 要 承受轧制力 ， 因此必须有足够 的强度和刚度 。四辊 可逆 粗
轧 机 闭 式机 架 是 一个 整体 框 架 ， 存 较 高 强 度 和 刚度 。 具
连 民 ： 四辊 可 逆粗 轧机 闭式机 架有 限元 分析
Ｍｅｔ 对 计 算 结 果 进 行 后 处 理 。根 据 校 核 强 度 的 需 要 ， ｎｔ ａ 将
７ ３
。
位 进 行 了 网格 细 化 。 图 ５为 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 计 算 模 型 ＮＹ 加 根 据 轧 制 压 力 Ｐ＝ １ ０ Ｎ 计 算 出 的均 布 压 力 。 ２ ０ｋ ０
利 用 Ｍ Ｃ公 司 新 近 推 出 的六 面 体 网格 自动 划 分 模 块 Ｓ
Ｍ Ｃ Ｍａ ／ ｘ Ｅ Ｈ网格划 分技术 ， Ｓ ． ｆ ＨＥ Ｍ ｓ ｃ 可将任 意三 维块状 实体几何快速准确 地 自动 划分 出几何形 态 良好 的六 面体 － 兰 吨 单元 。通过实施内部稀疏 网格 向表面密集 网格 的过渡 ， 能 够有效地减少单元 总数 ， 同时又保证 了表面可能 的应力集 中区域所需的网格密度 。而疏密 网格过渡 的位移 协调 ， 则 通过 自动施 加 多 点 约束 实 现。机 架 全 部划 分 为 六 面体
处理后的结果 以最 大主 应力 和第 四强度 理论 等效 理 论应
力的应力分布以云图的形式直观地表示出来。 机 架 应 力 分 布 如 图 ３所 示 。机 架 最 大 主 应 力 最 大 位 置 在 上 横 梁压 下 螺 孔根 部 Ｒ ０圆 弧 处 ， 等 效 应 力 最 大 值 则 ３ 而 在 地脚 螺栓 孑 边 缘 。 在 ２００ ０ ｋ Ｌ １ ０ Ｎ轧 制 压 力 作 用 下 ， 大 最 主应 力最 大 值 为 １５ ６ＭＰ ； 口上 下 圆 角 的 最 大 主 应 力 ６ ． ａ 窗 值 分 别 为 ５ ａ和 ４ ． ａ 其 余 各 重 要 位 置 的 最 大 主 ０ＭＰ １ ８ＭＰ ；
中 图分 类 号 ：Ｇ ３ ． １ Ｔ ３ ３５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ６— ７ ７ ２ １ ）４— ０ ２— ３ １０ ００ （０ ０ ０ ０ ７ ０ 如 图 ２的有 限 元 计 算模粗 轧 机 有 一 对 水 平 工 作 辊 和 一 对 在 其 上 下
图 ５ Ａ Ｓ Ｓ有限元计 算模 型 ＮＹ
３ ２ 机 架应 力 ．
图 ６为 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元 计 算 机 架 最 大 主 应 力 ， ７为 ＮＹ 图 Ａ Ｓ Ｓ 限元 计算 机 架 最 大 Ｖ ｎＭｉ ｓ 效 应 力 。最 大 主 ＮＹ 有 ｏ ｓ 等 ｅ
应力在压下螺孔的根部 ， 大值 １１ ９Ｍ ａ 窗 口上下 圆角 最 ５ ． Ｐ ，
第３ 卷 ｌ
第 ４期
四 川 兵 工 学 报
２ １ ４月 ００年
【 制造技术】
四辊 可 逆 粗 轧 机 闭 式 机 架 有 限 元 分 析 米
连 民
（ 庆 远 和 矿 山 机械 制 造 有 限 公 司 ， 庆 重 重 ４ １３ ） ０ ３６
摘要 ： 出四辊可逆粗轧机闭式机架有限元分析方法 ， 提 分别用 Ｍａ ｒ Ａ Ｓ Ｓ平台作对 比计算某粗轧机机架受力 ｃ和 Ｎ Ｙ 情况 ， 取平均值 。计算结果表 明粗轧机闭式机架强度和刚度满足要求。 关键词 ： 四辊粗轧机 ； 闭式机架 ； 有限元分析
轧机 机 架 具 有 对 称 性 ， 析 时 取 一 半 进 行 分 析 ， 成 分 形
２ ２ 机 架 应 力 ．
应用 Ｍ Ｃ Ｍａｃ Ｓ ． ｒ 软件对机架进行分析计算 ， 并用 Ｍａｃ ｒ
睾 收 稿 日期 ： １ Ｏ —１ ２ ０一 １ ０ ０ 作者简介 ： 连民（９ ６ ， ， １５ 一） 男 主要从事矿山机械方面的研究。
轧机本体刚度较 高， 能够提高 中间坯的厚度精度和板
形 质量 。如 图 １ 示 ， 所 四辊 可 逆 粗 轧 机 由 ２片机 架 （ 坊 ） 牌
模 型 （ ２ 考 虑 了机 架 通 过 地 脚 螺 栓 与 地 脚 板 的 连 图 ）
上部通过箱形横梁 和螺栓 联接 ， 键定 位。机架的下部则通 过 ２根横梁用螺栓联接。
载荷 ： 在上 横梁 的压 下螺孔表 面和下横 梁的上表 面施 约束 ： 在牌坊 对称 面上施 加 对称 边界 条件 ， 在地 脚 板
处约束所有位移 。
应力值如 图 ３中标示 。机架等 效应力 最大值 为 １３ＭＰ ； ２ ａ
上 横 梁 压 下 螺 孔 根 部 Ｒ ０ 圆 弧 处 的 等 效 应 力 值 为 １３ ８ ３ １ ． ＭＰ ； 口上下 圆角 的等 效 应 力 值 分 别 为 ４ ． ａ ３ ． ａ窗 １４ＭＰ 和 ４ ７ ＭＰ ； 余 各 重 要 位 置 的等 效 应 力 值 如 图 ３中标 示 。 ａ其
图 １ 四辊 可 逆粗 轧 机 结 构
机 架一般采 用含碳 量为 ０ ２ ％ ～ ． ５ 的 Ｚ ３ ．５ ０ ３％ Ｇ ５合 金， 其强度限 ｏ ＝ ０ ６０ Ｍ ａ延伸率 占 ＝ ２ ～１％ 。 ｒ ５ ０— ０ Ｐ ， ６ ５ １％ ６ 图２ Ｍａｃ ｒ 有限元计算模 型
２ Ｍａｃ 限 元分 析 计 算 ｒ有
接。轧制力按２００ ０ｋ １ ０ Ｎ考虑 ， 在上横 梁压 下螺孔表 面和 下横梁上表面施加均布轧制压力 。由于结构 的对称性 ， 在 对称 面上 限制其法 向位 移。地脚板与地 固联 ， 下表 面约 其
束所 有 位 移 。机 架 、 栓 和 地 脚 板 相 互 间 为 接 触 关 系 ， 螺 经 简化 将 螺 栓 和 地脚 板 连 为一 体 。
单元。
的支撑辊 ， ４个辊组成 ， 共 且轧辊可正反 ２个方 向旋转 ， 从 而实现轧件 多道次往复轧制。 轧机机架是 工作机 座的重 要部件 。轧 辊轴 承机架 要 承受轧制力 ， 因此必须有足够 的强度和刚度 。四辊 可逆 粗
轧 机 闭 式机 架 是 一个 整体 框 架 ， 存 较 高 强 度 和 刚度 。 具
连 民 ： 四辊 可 逆粗 轧机 闭式机 架有 限元 分析
Ｍｅｔ 对 计 算 结 果 进 行 后 处 理 。根 据 校 核 强 度 的 需 要 ， ｎｔ ａ 将
７ ３
。
位 进 行 了 网格 细 化 。 图 ５为 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 计 算 模 型 ＮＹ 加 根 据 轧 制 压 力 Ｐ＝ １ ０ Ｎ 计 算 出 的均 布 压 力 。 ２ ０ｋ ０
利 用 Ｍ Ｃ公 司 新 近 推 出 的六 面 体 网格 自动 划 分 模 块 Ｓ
Ｍ Ｃ Ｍａ ／ ｘ Ｅ Ｈ网格划 分技术 ， Ｓ ． ｆ ＨＥ Ｍ ｓ ｃ 可将任 意三 维块状 实体几何快速准确 地 自动 划分 出几何形 态 良好 的六 面体 － 兰 吨 单元 。通过实施内部稀疏 网格 向表面密集 网格 的过渡 ， 能 够有效地减少单元 总数 ， 同时又保证 了表面可能 的应力集 中区域所需的网格密度 。而疏密 网格过渡 的位移 协调 ， 则 通过 自动施 加 多 点 约束 实 现。机 架 全 部划 分 为 六 面体
处理后的结果 以最 大主 应力 和第 四强度 理论 等效 理 论应
力的应力分布以云图的形式直观地表示出来。 机 架 应 力 分 布 如 图 ３所 示 。机 架 最 大 主 应 力 最 大 位 置 在 上 横 梁压 下 螺 孔根 部 Ｒ ０圆 弧 处 ， 等 效 应 力 最 大 值 则 ３ 而 在 地脚 螺栓 孑 边 缘 。 在 ２００ ０ ｋ Ｌ １ ０ Ｎ轧 制 压 力 作 用 下 ， 大 最 主应 力最 大 值 为 １５ ６ＭＰ ； 口上 下 圆 角 的 最 大 主 应 力 ６ ． ａ 窗 值 分 别 为 ５ ａ和 ４ ． ａ 其 余 各 重 要 位 置 的 最 大 主 ０ＭＰ １ ８ＭＰ ；
中 图分 类 号 ：Ｇ ３ ． １ Ｔ ３ ３５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ６— ７ ７ ２ １ ）４— ０ ２— ３ １０ ００ （０ ０ ０ ０ ７ ０ 如 图 ２的有 限 元 计 算模粗 轧 机 有 一 对 水 平 工 作 辊 和 一 对 在 其 上 下
图 ５ Ａ Ｓ Ｓ有限元计 算模 型 ＮＹ
３ ２ 机 架应 力 ．
图 ６为 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元 计 算 机 架 最 大 主 应 力 ， ７为 ＮＹ 图 Ａ Ｓ Ｓ 限元 计算 机 架 最 大 Ｖ ｎＭｉ ｓ 效 应 力 。最 大 主 ＮＹ 有 ｏ ｓ 等 ｅ
应力在压下螺孔的根部 ， 大值 １１ ９Ｍ ａ 窗 口上下 圆角 最 ５ ． Ｐ ，
第３ 卷 ｌ
第 ４期
四 川 兵 工 学 报
２ １ ４月 ００年
【 制造技术】
四辊 可 逆 粗 轧 机 闭 式 机 架 有 限 元 分 析 米
连 民
（ 庆 远 和 矿 山 机械 制 造 有 限 公 司 ， 庆 重 重 ４ １３ ） ０ ３６
摘要 ： 出四辊可逆粗轧机闭式机架有限元分析方法 ， 提 分别用 Ｍａ ｒ Ａ Ｓ Ｓ平台作对 比计算某粗轧机机架受力 ｃ和 Ｎ Ｙ 情况 ， 取平均值 。计算结果表 明粗轧机闭式机架强度和刚度满足要求。 关键词 ： 四辊粗轧机 ； 闭式机架 ； 有限元分析