矯直機預(yù)應(yīng)力架應(yīng)力應(yīng)變分布的研究

矯直機預(yù)應(yīng)力架應(yīng)力應(yīng)變分布的研究

直機骨架是直機的重要部件。在直機的彎曲過程中，它承受著直的力、力和部分直的力。此外，應(yīng)在支撐機構(gòu)的輥系統(tǒng)、壓力分布系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)上安裝直機。因此，直機架應(yīng)具有足夠的強度和剛度。根據(jù)矯直機形式和工作要求,矯直機機架分為鑄造機架、焊接機架和預(yù)應(yīng)力組合機架3種。目前鋼板預(yù)應(yīng)力組合機架以其整體重量輕、內(nèi)部缺陷少、剛度大、強度高等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于中厚板輥式矯直機的設(shè)計制造中。本文以某鋼廠十一輥中厚板熱矯直機為例,對其預(yù)應(yīng)力機架進行分析。1螺紋和預(yù)應(yīng)力的安裝如圖1所示,預(yù)應(yīng)力機架包括以下幾個部分:中間框架、預(yù)緊拉桿、上橫梁和下箱體。中間框架及預(yù)緊拉桿為機架受力的主要結(jié)構(gòu),并連接上橫梁和下箱體。裝配時,通過液壓螺母的作用使拉桿拉伸、中間框架壓縮,同時連接螺紋也會發(fā)生相應(yīng)的變形,所有這些變形的總變形量為預(yù)緊時所墊入墊片的厚度。其中螺紋的變形量可以忽略不計,因此變形量的來源主要取決于兩個因素,一個是預(yù)緊時拉桿的伸長量,另一個是中間框架的壓縮量,這是反映機架剛度的兩個最主要因素。因此,要在不失準(zhǔn)確性的前提下,對機架的有限元測量模型和實驗測量模型進行簡化。1.1預(yù)應(yīng)力矯直機應(yīng)對由于預(yù)應(yīng)力機架呈現(xiàn)左右對稱狀態(tài),為節(jié)約計算時間,以機架的四分之一作為有限元分析的幾何模型,如圖2所示。網(wǎng)格劃分時,選用8結(jié)點實體單元(solid185),預(yù)應(yīng)力矯直機機架可視為4塊420*80*5230鋼板焊接而成,材質(zhì)為Q345-A,σs≥345MPa,σb≥470MPa,彈性模量為211000MPa,泊松比為0.3;拉桿直徑為180mm,材質(zhì)為30Cr2Ni2Mo,彈性模量為221000MPa,Rm≥900MPa,Rp0.2≥700MPa,泊松比為0.3.使用接觸單元TARGE170和CONTACT174定義接觸面,摩擦系數(shù)為0.2.1.2全橋式大橋式框架內(nèi)的試驗裝置測量在矯直生產(chǎn)過程中,設(shè)備是在高溫、重載、多塵的惡劣環(huán)境下工作的。選擇合理的測量方法和保護措施不僅能夠保證試驗的科學(xué)性,更能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此實際測量時,如圖1所示,按照全橋測量方式,分別在機架入口側(cè)和出口側(cè)的框架及拉桿中間部位外表面貼應(yīng)變片。然后涂抹防潮劑,固定保護裝置,引出導(dǎo)線并標(biāo)定。在現(xiàn)場裝配完畢后檢查導(dǎo)線連接情況以確認(rèn)試驗裝置是否可用。在矯直板材過程中,產(chǎn)生的應(yīng)變信號經(jīng)隔離和放大作用后由上位機記錄存儲。2預(yù)測安裝時間間隔的分析2.1預(yù)緊后的實際變形與模擬變形的比較2.1.1大矯直力裝復(fù)電實驗用矯直機設(shè)計最大矯直力為3200t,單立柱最大矯直力為800t,實際裝配時在單機架預(yù)緊力為1138.2t時,上橫梁和液壓螺母間產(chǎn)生18mm的間隙,此時塞入預(yù)緊墊片實施預(yù)緊,預(yù)緊系數(shù)約為1.42.2.1.2液壓螺釘中間框架壓縮量結(jié)果如圖3所示,運用ansys分析軟件計算后,拉桿伸長量為14.389mm,中間框架壓縮量為3.853mm,中間框架和液壓螺母之間產(chǎn)生間隙為14.389+3.853=18.242mm.與實際值18mm相比誤差很小,約為0.013%.2.2預(yù)緊后機的力和測量值的比較2.2.1預(yù)緊后根據(jù)力學(xué)性能測試桿拉伸力如圖4、圖5所示,在預(yù)應(yīng)力作用下,框架處于受壓縮狀態(tài),所測點處應(yīng)力為-86.56MPa,桿處于受拉伸狀態(tài),所測點處應(yīng)力為446.34MPa.這說明機架在預(yù)緊后處在較大的應(yīng)力狀態(tài)下,已具有較高的強度和剛度。2.2.2框架貼應(yīng)變片和拉力貼應(yīng)力由于應(yīng)變片是在機架裝配前貼好的,當(dāng)機架在裝配預(yù)緊后產(chǎn)生了相應(yīng)的應(yīng)變,讀取應(yīng)變儀讀數(shù)后進行計算,便可得到框架貼應(yīng)變片處和拉桿貼應(yīng)變片處應(yīng)力,如表1所示。由表1可知,模擬值和實測值誤差均很小,理論值、模擬值和實測值一致。3沖擊應(yīng)力的影響共采集了6種不同鋼種的信號,圖6-圖9為矯直板材Q345-A時各測點應(yīng)力變化曲線。由此可知:①在咬鋼和拋鋼時,預(yù)應(yīng)力機架和拉桿均受到明顯的沖擊,沖擊應(yīng)力是使設(shè)備損壞的一個重要的因素。②在矯直過程中,預(yù)應(yīng)力框架在矯直力作用下應(yīng)力明顯降低,但仍處于受壓縮狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力拉桿在矯直力作用下應(yīng)力明顯升高,但最大值仍小于拉桿材料許可應(yīng)力,這與預(yù)應(yīng)力機架理論一致。③入口側(cè)所受矯直力明顯大于出口側(cè),這與矯直工藝?yán)碚撘恢隆?設(shè)備的不足(1)有限元模擬和實驗測量相結(jié)合,結(jié)果說明預(yù)應(yīng)力機架具有較高的強度和剛度,為預(yù)應(yīng)力機架的設(shè)計制造提供技術(shù)支持和理論保證。(2)矯直咬鋼和拋鋼時的沖擊應(yīng)力是使設(shè)備疲勞損壞和失效最主要的原因,也是引起矯直輥縫瞬時變化,從而影響板材矯后平直度的主要