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
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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。
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)。
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
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。