轧机机架的动态特性仿真与结构优化.pdf

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1、第43卷第4期有色金属mTVo1．43No．42014年8月NONFERROUSMETALSPROCESSINGAugust2014轧机机架的动态特性仿真与结构优化李永恒，何中要(洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳471039)摘要：应用有限元分析方法，对某铝带2辊轧机机架装配系统进行了动态特性仿真，得出了固有频率和振型的变化规律，针对轧机机架的薄弱环节，通过参数化方法进行灵敏度分析和结构优化设计使系统的动态特性得到提高，该结论为高性能轧机的设计优化提供了一定的参考。关键词：机架装配；有限元分析；动态特性；结构优化中图分类

2、号：TG333．11文献标识码：A文章编号：1671—6795(2014)04—0040—04轧机机架是轧机工作机座的重要部件，在SLN过程中不仅要承受和抵消主要负荷，而且在咬料和抛料时还要承受强烈的冲击振动。机架振动严重影响了产品的质量和精度，限制了轧制速度的提高，甚至有可能造成断带或设备损坏。因此，轧机机架除了要有足够的强度和刚度，还必须有较好的动态特性。对轧机振动理论和现象的研究已成为现代轧机设计和安全生产必须注意的问题。动态特性仿真基于已有轧机机架装配系统的有限元模型、系统工作条件和外部激励等方面，分析研究机架的动态

3、特性，主要包括固有频率、动力响应以及动力稳定性等。其中，模态分析是动态特性仿真的基础，目标是识别出系统的模态参数(振型和固有频率)，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。本文应用有限元分析方法，对某铝带2辊轧机机架装配系统进行动态特性仿真，旨在通过参数化方法进行灵敏度分析和结构优化设计，提高系统的动态图1轧机机架装配模型图特性。Fig．1Modeldrawingofmillhousingassembly1轧机机架装配系统模型的建立1．2有限元模型建立有限元模型之前，需要对实体模型进行

4、必要1．1实体模型的简化，忽略对模态影响很小的圆角、倒角、孑L特征以机架装配包括底座、机架、导轨、轧辊锁紧装置、及锁紧装置、滑板、底座、螺栓、螺母等零部件。将简横梁、滑板等。两片机架和上部横梁及下部导轨通过化后的模型通过Inventor—Workbench的接口菜单直接螺栓固紧后装配在底座上成为整体机架。机架窗口导入Ansys．Workbench工作平台中内侧面装有滑板，机架操作侧装有锁紧装置，如图1工作过程中机架除了通过地脚螺栓与底座连接所示。外，机架底面还与底座上平面接触，因此，在机架地脚收稿日期：2014—04—25作

5、者简介：李永恒(1985一)，男，硕士，助理工程师，主要从事有色金属加工装备的设计与调试工作。第4期有色金属加工43由表2可知，通过改变机架立柱结构设计变量，参数对一阶、四阶固有频率以及机架总质量目标函数机架质量有所降低，同时机架装配系统固有频率有大的影响程度，确定了优化设计方向。优化后的结构质幅提高，说明通过对立柱的优化设计达到了提高机架量降低了2．33％，一阶和四阶固有频率分别提高了装配系统动态特性的预期目标。22．73％和12．86％，机架装配系统的动态特性得到了显著提高。4结论(1)对轧机机架装配系统进行有限元建模并

6、对其参考文献进行动态特性分析，获得系统前九阶模态固有频率和[1]邹家祥等．轧钢机械(第三版)[M]．北京：冶金工业出版社，200416O一171各自对应的振型图，同时分析总结前九阶振型情况，[2]赵弘，白晶．轧机振动及非线性分析[J]．机械，2003(5)：l6—19确定机架立柱为薄弱部位，是结构动态优化设计[3]邹家祥等．轧钢机现代设计理论[M]．北京：冶金工业出版社目标；2000：354—424(2)通过动态特性灵敏度分析，获得了3个设计StudyonDynamicCharacteristicsSimulationand

7、StructuralOptimizationofRollingMillHousingLIYong—heng，HEZhong-yao(LuoyangEngineeringandResearchInstituteforNonferrousMetalsProcessing，Luoyang471039，China)Abstract：Usingfiniteelementanalysis，thesimulationofdynamiccharacteristicswasperformedonthehousingassemblysystem

8、ofsome2-hialuminummill，thusobtainingthenaturalfrequencyandvibrationmode；Toaddressthevulnerabilityofthehousing．sensitivityanalysisandoptimumstruct