工作輥快速換輥裝置大車架剛性分析

溫立永

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

工作輥快速換輥裝置大車架剛性分析

溫立永

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

利用三維CAD軟件對鋁帶冷軋機工作輥大車架建立三維模型，并進行CAE分析，準(zhǔn)確找出剛性薄弱部位，進行改善。

工作輥換輥小車；大車架；CAE；應(yīng)力分析

為提高軋機工作效率，減少輔助時間，現(xiàn)在的鋁帶冷軋機都配有工作輥快速換輥裝置，該裝置主要結(jié)構(gòu)如下。

圖1 青銅峽1850冷軋機工作輥輥快速換輥裝置1.小車；2.中車；3.大車；4.工作輥；5.換輥車軌道；6.軋機機內(nèi)軌道

換輥時，大車前進至工作位，小車前進將軋機內(nèi)工作輥拉出，中車橫移，小車將已磨制好的工作輥推入軋機，大車返回，換輥工作完成。

在實際生產(chǎn)中使用發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該裝置背負兩對工作輥時，換輥車軌道變形嚴重，在和機內(nèi)軌道相接的地方形成約5mm的高差，導(dǎo)致小車推工作輥進入軋機時行走困難，甚至無法完成換輥操作。

1 大車架原始設(shè)計的剛性分析

中車的受力點和支撐點非常接近，變形可以忽略；變形主要發(fā)生在大車架上。

圖2 大車架三維模型

圖3 大車架三維應(yīng)力分析結(jié)果

大車架由型鋼和鋼板焊接而成，四個車輪與軌道接觸作為支撐點。中車最多可背負二對工作輥，通過中車行走軌道將重力傳遞至大車架上。當(dāng)小車推動工作輥行走至換輥車軌道上時，重力作用到懸臂的換輥車軌道上，導(dǎo)致其變形嚴重和機內(nèi)軌道分離。

大車架形狀復(fù)雜，受力分布不均勻，常規(guī)的手工計算無法準(zhǔn)確的計算大車架各部位的變形量，進而無法分析發(fā)生變形的主要原因。現(xiàn)可以用三維軟件的應(yīng)力分析模塊對其進行受力分析。

從上圖可以看出，大車架在工作中最大變形發(fā)生在換輥車軌道末端，有5.2mm（與換輥車在實際工作中的情況一致）。

從大車架的結(jié)構(gòu)上看，主要承受壓力的中間部分，主要由行程這種較大變形的主要原因有兩個：1）大車架中間的“井”字結(jié)構(gòu)處較薄弱，此處的變形傳遞至換輥車軌道；2）換輥車軌道為懸臂結(jié)構(gòu)。

2 大車架改進設(shè)計

基于以上分析結(jié)果，可以對換輥車進行改進。改進有如下限制：1.換輥軌道標(biāo)高不能改變，機大車架的整體高度不能增加；2.換輥車軌道位于軋機底坑上方，無法增加支撐，換輥車軌道只能是懸臂結(jié)構(gòu)；3.與中車、小車的連接方式不能改變；4.大車架最外側(cè)兩個型鋼變形非常小，不需要增強。

由于上述限制，在設(shè)計上，大車架做出如下改進。

1）用剛性更強焊接工字鋼代替原“井”字結(jié)構(gòu)中的槽鋼、方鋼等型鋼；2）在“井”字結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加連接型鋼，在盡量少增加重量的前提下，通過結(jié)構(gòu)改善增加剛性；3）更改車輪的位置，使其更加接近“井”字結(jié)構(gòu)的橫梁，減少懸臂長度；4）最外側(cè)的兩個型鋼沒有改變。

從前面的分析結(jié)果可以看出：1）兩側(cè)安裝車輪的型鋼未有明顯變形；2）大車架最大變形處仍在換輥車軌道末端，但變形量明顯變小，最大變形為2.08mm，是原車架變形量的40％；3）“井”字形中間的部位變形也得到控制，最大變形在1mm左右，是原車架變形量的30％。

圖4 改進后的大車架三維模型

圖5 改進后的大車架三維應(yīng)力分析結(jié)果

3 結(jié)束語

此大車架是青銅峽1850冷軋機換輥車的主要鋼結(jié)構(gòu)件，由于形狀復(fù)雜，收情況復(fù)雜、傳統(tǒng)的手工計算無法對該車架做出準(zhǔn)確的剛性計算，第一次制造車架在使用過程中發(fā)現(xiàn)變形嚴重，甚至導(dǎo)致?lián)Q輥工作無法順利完成。

改造時使用了三維CAD軟件，建立三維建模、進行應(yīng)力分析，計算出準(zhǔn)確的變形量，找出薄弱環(huán)節(jié)并基于加強。改進后的大車架重3446Kg （原大車架重2350Kg），重量增加約46％；剛性增強2.5倍。改造后的大車架實際使用時測量變形量為2mm左右（和受力分析結(jié)果一致），能順利完成換輥，滿足生產(chǎn)要求。