轧钢机机架有限元分析及优化设计

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1、图1R某粗轧机三维模型（a）机架三维模型（b）机架网格模型图2机架模型文章编号：1001-3997（2009）11-0061-02轧钢机机架有限元分析及优化设计王春成1杨景锋1王丽君1邓定军2谭友奇2（1上海重型机器厂有限公司，上海200245）（2湖南省电力公司永州电业局，永州425000）FiniteelementanalysisandoptimizationofrollingmillWANGChun-cheng1，YANGJing-Feng1，WANGLi-jun1，DENGDing-jun2，TANYou-qi2（1ShanghaiHeavyMachineryPlantCO.，LTD，

2、Shanghai200245，China）（2YongzhouElectricPowerBureauofHunanElectricPowerCompany，Yongzhou425000，China）【摘要】根据某1700粗轧机结构设计方案，使用有限元分析软件COSMOSWorks，建立了结构分析模型。通过对模型的计算分析，得出了该机架承受最大轧制力时最大应力所在位置和应力分布规律。根据分析结果，对其进行优化设计。最后对其进行强度和刚度校核，验证其满足使用要求。关键词：机架；COSMOSWorks；有限元分析；优化设计【Abstract】Basedonthestructuraldesignsch

3、emeforatypeof1700Rollingmillhousing，thestruc－turalanalysismodelisestablishedbymeansoftheFEMsoftwareCOSMOSWorks.Throughanalyticalcal－culationformechanicsmodel，thelargestresslocationandstressdistributingdisciplinarianisfound.Ac－cordingtotheresultsoftheanalysis，optimaldesignisdoneforit.Atlast，throughch

4、eckingstrengthandstiffness，itisprovedthatthemillmeetstheapplicationrequirements.Keywords：Mill；COSMOSWorks；Finiteanalysis；Optimaldesign中图分类号：TH12，TF3021引言文献标识码：A宽度、立柱断面形状和立柱断面积等。该机架的基本参数如下所示：（1）窗口宽度：1820mm；（2）窗口高度：8160mm；（3）立柱断面形状：矩形；（4）立柱断面积：7050cm2。国内某钢铁集团新建一条1700中薄板热连轧生产线，其中R粗轧机三维模型，如图1所示。该轧机主要由机架

5、装配、工作辊装配、支撑辊装配、压下装置等组成。其中工作辊轴承座、支撑辊轴承座和压下装置等都安装在机架窗口内。常用的机架立柱断面形状有正方形、矩形、工字形和T字形四种。由于此机架用在热连轧生产线的粗轧机上，承受较大的轧制力，因此采用断面系数大、抗弯能力强的矩形断面。2.2建立有限元模型通过离散化，将数学模型剖分成有限个单元体，这一个过程叫做网格划分。离散化在视觉上即是将几何模型划分成网格，是有限元设计分析过程中一个至关重要的步骤，此机机架实体网格划分，如图2（b）所示。材料性能，如表1所示。表1材料性能由于机架要承受轧制力，因此必须有足够的强度和刚度。而传统的强度计算常采用材料力学法，选择较大的

6、安全系数，以保证机架刚度。随着CAE技术的不断发展，利用计算精度高的有限单元法对机架进行分析，把机架离散为有限个单元，计算出每个单元的应力和应变，从而得到机架各个部位的受力和变形情况，可及时发现不合理之处，为机架合理化设计提供依据。2模型初步分析2.1建立三维模型在SolidWorks中建立的机架三维实体模型（剖视图），如图2（a）所示。此机架采用闭口式，相对于开口式机架，这种结构具有较高的强度和刚度。由于重达170t，且结构复杂，加工难度大，所以作为永久使用的零件来设计。机架的主要参数有机架窗口高度、窗口材料SC450抗拉强度屈服强度泊松比弹性模量密度500MPa270MPa0.28196G

7、Pa78000kg/m3＊来稿日期：2009-01-18图3机架应力分布图（a）（b）（c）图4压下螺母镗孔承压面圆角方案（a）（b）（c）图5压下螺母镗孔应力分析结果王春成等：轧钢机机架有限元分析及优化设计62第11期2.3载荷及边界条件由于机架通过地脚板间接与地面固定，因此在机架接触面上施加固定的约束。设计的最大轧制力为4000kN，则单片机架受力为2000kN。轧制力通过轴承座和压下螺母的传