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薄帶鋼拉伸彎曲矯直機(jī)（以下簡(jiǎn)稱拉矯機(jī)）是用于消除帶鋼邊波、中波、瓢曲等板型缺陷，改善帶材平直度的帶鋼精整設(shè)備。隨著汽車、家電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)薄板帶材的表面質(zhì)量要求越來越高，拉矯機(jī)已經(jīng)成為連續(xù)帶材生產(chǎn)線上的重要工藝設(shè)備之一。
輥盒是拉矯機(jī)的主要構(gòu)件之一，承載著拉矯機(jī)各工作單元的輥系，包括支承輥、中間輥和工作輥。在矯直過程中，帶鋼作用在工作輥上的力由輥盒直接承受，反過來輥盒的變形及振動(dòng)將直接反映到輥?zhàn)由�，影響著帶鋼的矯平效果。因此，為了保證矯直精度，輥盒剛度和強(qiáng)度必須滿足要求。采用材料力學(xué)的方法和有限元分析法進(jìn)行相互驗(yàn)證，對(duì)某公司重卷機(jī)組拉矯機(jī)輥盒進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證其安全可靠性。
拉矯機(jī)主要由進(jìn)口張力輥組1、出口張力輥組6、兩個(gè)彎曲輥組2和3、兩個(gè)矯直輥組4和5組成。其基本工作原理為：需要矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下連續(xù)通過上、下交替布置的多組小直徑的彎曲輥，在拉伸和彎曲的聯(lián)合作用下沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生了塑性的縱向延伸，使帶材各條縱向纖維的長(zhǎng)度趨于一致，從而減小帶材內(nèi)部縱向應(yīng)力分布的不均勻性，改善帶材的平直度。拉矯機(jī)的動(dòng)力由前、后張力輥組之間的速度差來保證，前、后張力輥組采用單獨(dú)傳動(dòng)方式。工作輥有著剛性支撐，采用輥盒組裝形式，彎曲單元分別由2個(gè)上工作輥輥盒和2個(gè)下工作輥輥盒組成，上工作輥輥盒吊掛裝置采用液壓缸實(shí)現(xiàn)上下調(diào)整，下工作輥輥盒采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)千斤頂實(shí)現(xiàn)上下調(diào)整。另外，還有一些輔助系統(tǒng)，如輥縫快速打開裝置、換輥單元和機(jī)架等。
機(jī)組中含有若干個(gè)輥盒，以1號(hào)彎曲輥組下輥盒為例進(jìn)行分析研究。輥系中包含支承輥、中間輥和工作輥，各輥均為被動(dòng)輥，帶鋼通過與工作輥的摩擦帶動(dòng)工作輥旋轉(zhuǎn)，工作輥再通過摩擦帶動(dòng)中間輥旋轉(zhuǎn)，然后由中間輥帶動(dòng)支承輥旋轉(zhuǎn)，支承輥通過內(nèi)置軸承多段均勻安裝在輥盒的支座上。
由于支承輥由若干段組成，將力均勻分布到輥盒上，因此在采用材料力學(xué)方法計(jì)算時(shí)，將工作輥施加在輥盒上的力視為均布載荷，兩千斤頂對(duì)稱布。輥盒力學(xué)分析及剪力和彎矩圖，兩千斤頂至端部的距離相等為l1，間距為l2,輥盒總長(zhǎng)為l,千斤頂?shù)奈恢脹Q定輥盒的受力情況，因此合理布置千斤頂?shù)奈恢脤?duì)控制輥盒變形有著重要意義。千斤頂傳統(tǒng)的布置位置采用經(jīng)驗(yàn)公式，將兩千斤頂分別布置在1/2輥盒的中點(diǎn)處，缺少理論依據(jù)。本文將采用材料力學(xué)方法對(duì)千斤頂布置位置進(jìn)行詳細(xì)求解，并采用ANSYS軟件對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證。
由于千斤頂對(duì)稱布置，因此只研究輥盒左半部分即可。為便于分析，對(duì)輥盒的部分細(xì)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，采用SolidWorks建模，材料設(shè)置為普通碳鋼，彈性模量E=2.06×1011。將所建立的三維實(shí)體模型在SolidWorks中另存為.xt格式，并導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS中。
在建立有限元分析模型過程中，為了提高建模的效率以及所劃分的網(wǎng)格質(zhì)量，保持模型的仿真有效性，選擇“Smartsize”自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具對(duì)輥盒的不同部位分別劃分網(wǎng)格。對(duì)應(yīng)力幅度比較大的地方或容易發(fā)生應(yīng)力集中的部位如幾何尺寸突變處，選擇較細(xì)的網(wǎng)格對(duì)其進(jìn)行劃分；對(duì)受力比較均勻、尺寸無突變、無拐角的板等，選擇較粗的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，建立1號(hào)彎曲輥下輥盒有限元分析模型。
根據(jù)輥盒的結(jié)構(gòu)形式和實(shí)際安裝情況，選取千斤頂?shù)陌惭b面為剛性約束，輥盒中心面處的水平方向位移為0。輥?zhàn)訉?duì)輥盒的力主要施加在支承輥的安裝座上，由于支承輥是三列布置，且以多段均勻的形式分布在輥盒上表面，因此在對(duì)輥盒施加載荷時(shí)，以應(yīng)力的形式施加在輥盒上表面上。輥盒上表面面積為0.467m2,承載的壓力為0.175MPa。
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