铝锭连续铸造机支承件瞬态动力学分析
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１ 在额定载荷作用 下支承件应具有足 够 的刚 ） 度， 既有 良好 的静态特性。 ２ 应该具有较好 的动态特性 ， ） 即支承件抵抗 自 激振动和受迫振动的能力。 ３ 支 承 件 的设 计应 使得 整 机 的热 变形 较 小 。 ）
由式 （ ） ２ 和式 （ ） 可得打印锤 的冲击载荷为 ： ３， Ｆ ＝ＭＨ （ ・Ａｔ） ｌ ／ｔ （） ４ 根据式（ ） １ 和式（ ） ４ 以及打印装置的尺寸， 计算 出打印时打印锤对铸造机 的打击力 约为 Ｆ ＝ ｋ ｏ ３ Ｎ， 在瞬态分析时将打印装置的打击力载荷谱等效为阶
具 有 积 极 的意义 。
图 １ 打 印装 置
假 设 打印过 程 为 一 刚 性 冲击 过 程 ， 刚 性 冲击 在 时冲击 力 与冲击 动 能呈 线性 相关关 系 。按动量 定理 计 算打 印锤 的冲击 载荷 ， 有
Ｆ ＝Ｍｖ Ａｔ １ ／ ＝Ｈ ｔ ／ （） ２ （） ３
铝锭连续铸造机是 电解铝行业的关键设备 ， 铸 造机 由输送链 系统、 冷却系统 、 浇注系统 、 打印系统、 支承件部分 以及控制部分组成 。随着铝锭连续铸造
时间 间隔进行 采样 ， 把荷 载 的采 样 值 按 照其 对 应 的
时间点加到结构上 。进行瞬态分析的目的是比较冲 击载荷加载位置对支承件响应的影 响， 因此 在上导
图 ８ 位置 Ｂ击振 时采样 点速 度响应 曲线
轨处纵向选取 ２个不 同的位置作为施加 载荷 的位 置， 加载位置如图３ 所示 ， 、 Ａ Ｂ为冲击载荷的不同施
第２ ７卷 第 １ ８期 ２ １ 年 ９月 ０１
甘 肃科 技
Ｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ
Ｉ｜ Ⅳ０ ８ ２２７ ．１
Ｓ ｐ ２０１ ｅ． １
铝锭 连 续 铸 造 机 支 承 件 瞬态 动 力 学 分 析
简根妹
（ 甘肃华鹭铝业 有限公司 ， 甘肃 白银 ７ ０ ０ ） ３ ９０
跃 载荷处 理 。
１ 打印装置 冲击载荷 的计算
铝 锭连续铸造机在工作过程 中按照生产要求 ， 对每块铝锭要打印上生产 日期等信息 ， 打印装置在
打印过程 中会对铸 造机产生 冲击载荷 ， 铸造机打 印 装置如 图 １ 所示 。 打印装置的打击力是 ３ 部分 的合力 ： 打印锤 的 冲击力 Ｆ 打印锤 自身重力 Ｇ 打 印气缸 的作用 力 、
成 品铝锭 表 面平 整度是 衡量 铝锭 连续 铸造 机 性
能的一个重要指标 ， 其取决 于传动链和铸模 的运行 平稳性 …。支承件是铸造机 的重要构件之一 ， 是铸 模、 传动链 以及其他部件 的主要承载体 ， 支承件 的静
态 、 态 以及热 力 学 性 能将 直 接 影 响 铸 造机 的 整 机 动
摘
要： 采用实体建模和有 限元分析处理方 法 ， 通过 对铝 锭连续 铸造机 的支 承件进 行合理 简化及 瞬态动力 学分析 ，
分析 了打印装 置的安装 位置对铝锭表面质量 的影 响 ， 并提 出了相应的改进措施 。 关键 词 ： 铝锭连续铸造机 ； 支承件 ； 限元 ； 有 瞬态分析
中图 分 类 号 ：Ｈ ３ Ｔ １７
递到支承件 的过程如图 ２ 所示 。
打印装置的打击力为 ：
＝Ｆ ＋Ｇ＋ ｌ （） １
甘
肃
科
技
第２ ７卷
图 ２ 打 印冲击载荷传 递过程
图 ５ 位 置 Ａ 击振 时 采样 点 位 移 响应 曲 线
２ １ 有 限元模 型 ．
铸造机支承件的实体模型和有 限元模 型如图 ３
～
４所 示 。
图 ６ 位 置 Ｂ击振 时 采样 点 位 移 响应 曲 线
Ｘ
图 ３ 铸造 机支承件实体 模型
图 ７ 位置 Ａ击振 时采样点速度 响应 曲线
图 ４ 铸 造 机 支 承 件 有 限元 模 型
Fra Baidu bibliotek２ ２ 施 加荷载 并 求解 ．
瞬态分析中施加随时间变化的荷载 （ 包括力 和 位移等） 不仅要给定荷载值 的大小和方 向， ， 还要确 定加载的时间。本文研究荷载的施加采取按一定的
式 中 ， 为 打 印锤 的质 量 ，ｇｖ为 打 印锤 到 铝 锭 表 ｋ；
面时的速度 ， ／ ； 为冲击载荷作用时间，； ｍ ｓ Ａｔ ｓＨ打 印锤到铝锭表面的距离 ， 为 ｔ ｍ； 为打 印锤从 静止运
动 到铝锭 表 面 时的 时 间度 ，。 广 ｊ ｜ ｓ
机功率的提高和对传动平稳性要求 的增加 ， 对铸造 机支承件的要求也将越来越高 ， 铸造机支承件应满 足 以下 基本 要求 ：
加位 置 。 ２ ３ 瞬 态分 析结 果处理 ．
主要分析击振后采样点的位移、 速度和加速度 响应 。图 ５～ Ｏ ｌ 为在 Ａ和 Ｂ位置做击振模拟 时， 得 到的上导轨处 ５ 个采样点的位移、 速度和加 速度响 应曲线 ， 个采样点沿上导轨等间距选择 ， ５ 采样编号 从浇注端到铸造端 的方 向依次为 ｌ２ ３４ ５ 、、、 、。
，
２ 支承件 的瞬态动力学分析
选取打印锤与铝锭接触 的那一瞬间作为分析的 初始时刻 ， 在这一情况下支承件 的受力情况 与静态
载荷 下 的受力 情 况 是 不一 样 的 ， 了受 到静 态 载 荷 除
以外 ， 铸造机支承件还受到一个初始碰撞 速度产生 的冲击载荷 ， 冲击载荷 的作用过程为 ： 打印锤直接敲 击成品铝锭在上面打印标记 ， 再通过输送链传递到 支承件上 ， 假定输送链为刚性的， 在传递过程中冲击 载荷的大小没有发生变化。打印锤产生的冲击力传
性能 Ｊ降低产品铝锭 的表面平 整度 。提高铸 造机 ， 产能势必要求其运行速度相应 提高， 高速运行 时稳 定 性 将 变 得十 分重 要 ， 而传 统 设 计 中只考 虑 铸 造 机
静态 特 性 而忽 略 了其 动态 特 性 的研 究 ， 因此 ， 铝锭 对 连续 铸 造机 进行 静 态 、 态 以及 热 力 学方 面 的研 究 动
由式 （ ） ２ 和式 （ ） 可得打印锤 的冲击载荷为 ： ３， Ｆ ＝ＭＨ （ ・Ａｔ） ｌ ／ｔ （） ４ 根据式（ ） １ 和式（ ） ４ 以及打印装置的尺寸， 计算 出打印时打印锤对铸造机 的打击力 约为 Ｆ ＝ ｋ ｏ ３ Ｎ， 在瞬态分析时将打印装置的打击力载荷谱等效为阶
具 有 积 极 的意义 。
图 １ 打 印装 置
假 设 打印过 程 为 一 刚 性 冲击 过 程 ， 刚 性 冲击 在 时冲击 力 与冲击 动 能呈 线性 相关关 系 。按动量 定理 计 算打 印锤 的冲击 载荷 ， 有
Ｆ ＝Ｍｖ Ａｔ １ ／ ＝Ｈ ｔ ／ （） ２ （） ３
铝锭连续铸造机是 电解铝行业的关键设备 ， 铸 造机 由输送链 系统、 冷却系统 、 浇注系统 、 打印系统、 支承件部分 以及控制部分组成 。随着铝锭连续铸造
时间 间隔进行 采样 ， 把荷 载 的采 样 值 按 照其 对 应 的
时间点加到结构上 。进行瞬态分析的目的是比较冲 击载荷加载位置对支承件响应的影 响， 因此 在上导
图 ８ 位置 Ｂ击振 时采样 点速 度响应 曲线
轨处纵向选取 ２个不 同的位置作为施加 载荷 的位 置， 加载位置如图３ 所示 ， 、 Ａ Ｂ为冲击载荷的不同施
第２ ７卷 第 １ ８期 ２ １ 年 ９月 ０１
甘 肃科 技
Ｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ
Ｉ｜ Ⅳ０ ８ ２２７ ．１
Ｓ ｐ ２０１ ｅ． １
铝锭 连 续 铸 造 机 支 承 件 瞬态 动 力 学 分 析
简根妹
（ 甘肃华鹭铝业 有限公司 ， 甘肃 白银 ７ ０ ０ ） ３ ９０
跃 载荷处 理 。
１ 打印装置 冲击载荷 的计算
铝 锭连续铸造机在工作过程 中按照生产要求 ， 对每块铝锭要打印上生产 日期等信息 ， 打印装置在
打印过程 中会对铸 造机产生 冲击载荷 ， 铸造机打 印 装置如 图 １ 所示 。 打印装置的打击力是 ３ 部分 的合力 ： 打印锤 的 冲击力 Ｆ 打印锤 自身重力 Ｇ 打 印气缸 的作用 力 、
成 品铝锭 表 面平 整度是 衡量 铝锭 连续 铸造 机 性
能的一个重要指标 ， 其取决 于传动链和铸模 的运行 平稳性 …。支承件是铸造机 的重要构件之一 ， 是铸 模、 传动链 以及其他部件 的主要承载体 ， 支承件 的静
态 、 态 以及热 力 学 性 能将 直 接 影 响 铸 造机 的 整 机 动
摘
要： 采用实体建模和有 限元分析处理方 法 ， 通过 对铝 锭连续 铸造机 的支 承件进 行合理 简化及 瞬态动力 学分析 ，
分析 了打印装 置的安装 位置对铝锭表面质量 的影 响 ， 并提 出了相应的改进措施 。 关键 词 ： 铝锭连续铸造机 ； 支承件 ； 限元 ； 有 瞬态分析
中图 分 类 号 ：Ｈ ３ Ｔ １７
递到支承件 的过程如图 ２ 所示 。
打印装置的打击力为 ：
＝Ｆ ＋Ｇ＋ ｌ （） １
甘
肃
科
技
第２ ７卷
图 ２ 打 印冲击载荷传 递过程
图 ５ 位 置 Ａ 击振 时 采样 点 位 移 响应 曲 线
２ １ 有 限元模 型 ．
铸造机支承件的实体模型和有 限元模 型如图 ３
～
４所 示 。
图 ６ 位 置 Ｂ击振 时 采样 点 位 移 响应 曲 线
Ｘ
图 ３ 铸造 机支承件实体 模型
图 ７ 位置 Ａ击振 时采样点速度 响应 曲线
图 ４ 铸 造 机 支 承 件 有 限元 模 型
Fra Baidu bibliotek２ ２ 施 加荷载 并 求解 ．
瞬态分析中施加随时间变化的荷载 （ 包括力 和 位移等） 不仅要给定荷载值 的大小和方 向， ， 还要确 定加载的时间。本文研究荷载的施加采取按一定的
式 中 ， 为 打 印锤 的质 量 ，ｇｖ为 打 印锤 到 铝 锭 表 ｋ；
面时的速度 ， ／ ； 为冲击载荷作用时间，； ｍ ｓ Ａｔ ｓＨ打 印锤到铝锭表面的距离 ， 为 ｔ ｍ； 为打 印锤从 静止运
动 到铝锭 表 面 时的 时 间度 ，。 广 ｊ ｜ ｓ
机功率的提高和对传动平稳性要求 的增加 ， 对铸造 机支承件的要求也将越来越高 ， 铸造机支承件应满 足 以下 基本 要求 ：
加位 置 。 ２ ３ 瞬 态分 析结 果处理 ．
主要分析击振后采样点的位移、 速度和加速度 响应 。图 ５～ Ｏ ｌ 为在 Ａ和 Ｂ位置做击振模拟 时， 得 到的上导轨处 ５ 个采样点的位移、 速度和加 速度响 应曲线 ， 个采样点沿上导轨等间距选择 ， ５ 采样编号 从浇注端到铸造端 的方 向依次为 ｌ２ ３４ ５ 、、、 、。
，
２ 支承件 的瞬态动力学分析
选取打印锤与铝锭接触 的那一瞬间作为分析的 初始时刻 ， 在这一情况下支承件 的受力情况 与静态
载荷 下 的受力 情 况 是 不一 样 的 ， 了受 到静 态 载 荷 除
以外 ， 铸造机支承件还受到一个初始碰撞 速度产生 的冲击载荷 ， 冲击载荷 的作用过程为 ： 打印锤直接敲 击成品铝锭在上面打印标记 ， 再通过输送链传递到 支承件上 ， 假定输送链为刚性的， 在传递过程中冲击 载荷的大小没有发生变化。打印锤产生的冲击力传
性能 Ｊ降低产品铝锭 的表面平 整度 。提高铸 造机 ， 产能势必要求其运行速度相应 提高， 高速运行 时稳 定 性 将 变 得十 分重 要 ， 而传 统 设 计 中只考 虑 铸 造 机
静态 特 性 而忽 略 了其 动态 特 性 的研 究 ， 因此 ， 铝锭 对 连续 铸 造机 进行 静 态 、 态 以及 热 力 学方 面 的研 究 动