强冲击下BD1轧机机架辊螺栓失效的力学分析及优化

发布时间：2017-09-30 20:26

  本文关键词：强冲击下BD1轧机机架辊螺栓失效的力学分析及优化

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【摘要】：轧钢生产车间,用来纵向运输轧件的输送辊称为辊道。热轧时,一般都通过辊道将坯料送往剪切机或送往轧机轧制等,在各种作业线上得到广泛的应用。在大型BD1开坯机上,辊道辊子一般很靠近轧辊,因为当将轧件送入轧钢机轧辊时更为可靠和安全。由于在炉内烧制工艺的因素等原因,一般出来的轧件前端都会发生不同程度的弯曲。当轧件前端向上弯曲的时候,一般不会冲击辊子,但是当轧件向下弯曲的时候,对辊子的冲击将会很大,固定机架辊两端的轴承座的螺栓断裂失效周期远远小于了设计预期。同时,轧件在BD1轧机中分多个道次轧制,使前后的机架辊处于一个强冲击下恶劣的工作环境中。某轨梁厂的工作人员通过车削轧辊以及选用更大的公称直径的螺栓等方式来改善螺栓的断裂失效的情况,但是效果都不是很明显。本文以该轨梁厂轧钢生产线的机架辊为研究对象,分析机架辊螺栓断裂失效的因素,并且对机架辊进行合理的优化,有效地缓冲轧件的冲击力。同时当螺栓发生断裂之后,能够实现快速的更换,减少中断生产的时间。为研究螺栓断裂的原因以及对其进行有效的改进分析,本论文的主要内容如下:1.建立该机架辊的几何模型,并且对模型进行适当的修改,忽略掉其中的某些对计算结果影响的特征,简化模型。2.利用三维软件与有限元分析软件之间良好的接口,将模型导入到有限元分析软件中,计算该模型。3.通过对碰撞结果的分析,对等效应力云图的参看等方式,寻找在碰撞的过程中应力集中的部分,并对材料的屈服极限进行校核。以此为参照,与优化之后的应力作比较,鉴定优化的效果。4.计算螺栓在轧件冲击作用下的受力,分析各个工况下轧件碰撞产生作用力对螺栓寿命的影响。找出影响螺栓寿命的原因,并针对该影响因素对机架辊结构进行优化,提高螺栓实际的寿命。经研究结果表明:轧件对辊子碰撞产生的力不能得到有效的缓冲是导致螺栓断裂失效的主要原因。计算分析显示,通过加装阻尼垫片的方式,可以很明显的缓冲轧件的冲击力,延长设备的寿命。另外,减小轧件的咬入速度也能够延长设备的寿命,但是这种方式降低了企业的生产效率。
【关键词】：轧件 螺栓 碰撞 ANSYS Workbench 显式动力学
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG333
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 轧钢机械在我国的发展8-9
• 1.2 辊道的分类9-11
• 1.3 课题研究背景和目的11-13
• 1.4 课题研究内容13-14
• 2 有限单元法及软件介绍14-22
• 2.1 有限单元法14-16
• 2.1.1 有限单元法的提出14
• 2.1.2 有限单元法的应用14-16
• 2.2 有限元软件ANSYS16-20
• 2.2.1 ANSYS的主要分析功能16-17
• 2.2.2 ANSYS Workbench软件介绍17-19
• 2.2.3 应力和应变19-20
• 2.3 三维建模软件PRO/ENGINEER20-22
• 3 模型整体动力学分析22-53
• 3.1 建立总体的几何模型22-23
• 3.2 显式动力学的原理与应用23-26
• 3.3 建立总体的有限元分析模型26-30
• 3.3.1 添加材料模型27-28
• 3.3.2 划分网格28-29
• 3.3.3 定义接触和摩擦系数29
• 3.3.4 添加边界条件29-30
• 3.4 有限元模型的求解和分析30-31
• 3.5 轧件在中间位置的工况31-36
• 3.5.1 对总体应力结果进行三次样条差值拟合32-34
• 3.5.2 对机架辊整体位移的分析34-36
• 3.6 左右两侧位置处的碰撞分析36-45
• 3.6.1 轧件在右侧位置的碰撞分析37-42
• 3.6.2 轧件在左侧位置的碰撞分析42-45
• 3.7 三种工况下螺栓的力学分析45-53
• 3.7.1 疲劳分析46-48
• 3.7.2 轧件在中间位置时48-49
• 3.7.3 轧件在右侧位置时49-50
• 3.7.4 轧件在左侧位置时50-53
• 4 提高螺栓寿命的优化方案53-61
• 4.1 复合高阻尼材料53-55
• 4.1.1 金属合金材料53-55
• 4.2 建立并求解有限元分析模型55-59
• 4.3 其他优化措施59-61
• 4.3.1 降低轧件的速度60
• 4.3.2 螺栓连接结构改进60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 在学研究成果68

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本文编号：950235