溫立永

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

工作輥快速換輥裝置大車(chē)架剛性分析

溫立永

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

利用三維CAD軟件對(duì)鋁帶冷軋機(jī)工作輥大車(chē)架建立三維模型，并進(jìn)行CAE分析，準(zhǔn)確找出剛性薄弱部位，進(jìn)行改善。

工作輥換輥小車(chē)；大車(chē)架；CAE；應(yīng)力分析

為提高軋機(jī)工作效率，減少輔助時(shí)間，現(xiàn)在的鋁帶冷軋機(jī)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(jī)工作輥輥快速換輥裝置1.小車(chē)；2.中車(chē)；3.大車(chē)；4.工作輥；5.換輥車(chē)軌道；6.軋機(jī)機(jī)內(nèi)軌道

換輥時(shí)，大車(chē)前進(jìn)至工作位，小車(chē)前進(jìn)將軋機(jī)內(nèi)工作輥拉出，中車(chē)橫移，小車(chē)將已磨制好的工作輥推入軋機(jī)，大車(chē)返回，換輥工作完成。

在實(shí)際生產(chǎn)中使用發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該裝置背負(fù)兩對(duì)工作輥時(shí)，換輥車(chē)軌道變形嚴(yán)重，在和機(jī)內(nèi)軌道相接的地方形成約5mm的高差，導(dǎo)致小車(chē)推工作輥進(jìn)入軋機(jī)時(shí)行走困難，甚至無(wú)法完成換輥操作。

1 大車(chē)架原始設(shè)計(jì)的剛性分析

中車(chē)的受力點(diǎn)和支撐點(diǎn)非常接近，變形可以忽略；變形主要發(fā)生在大車(chē)架上。

圖2 大車(chē)架三維模型

圖3 大車(chē)架三維應(yīng)力分析結(jié)果

大車(chē)架由型鋼和鋼板焊接而成，四個(gè)車(chē)輪與軌道接觸作為支撐點(diǎn)。中車(chē)最多可背負(fù)二對(duì)工作輥，通過(guò)中車(chē)行走軌道將重力傳遞至大車(chē)架上。當(dāng)小車(chē)推動(dòng)工作輥行走至換輥車(chē)軌道上時(shí)，重力作用到懸臂的換輥車(chē)軌道上，導(dǎo)致其變形嚴(yán)重和機(jī)內(nèi)軌道分離。

大車(chē)架形狀復(fù)雜，受力分布不均勻，常規(guī)的手工計(jì)算無(wú)法準(zhǔn)確的計(jì)算大車(chē)架各部位的變形量，進(jìn)而無(wú)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(duì)其進(jìn)行受力分析。

從上圖可以看出，大車(chē)架在工作中最大變形發(fā)生在換輥車(chē)軌道末端，有5.2mm（與換輥車(chē)在實(shí)際工作中的情況一致）。

從大車(chē)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(gè)：1）大車(chē)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(chē)軌道；2）換輥車(chē)軌道為懸臂結(jié)構(gòu)。

2 大車(chē)架改進(jìn)設(shè)計(jì)

基于以上分析結(jié)果，可以對(duì)換輥車(chē)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)有如下限制：1.換輥軌道標(biāo)高不能改變，機(jī)大車(chē)架的整體高度不能增加；2.換輥車(chē)軌道位于軋機(jī)底坑上方，無(wú)法增加支撐，換輥車(chē)軌道只能是懸臂結(jié)構(gòu)；3.與中車(chē)、小車(chē)的連接方式不能改變；4.大車(chē)架最外側(cè)兩個(gè)型鋼變形非常小，不需要增強(qiáng)。

由于上述限制，在設(shè)計(jì)上，大車(chē)架做出如下改進(jìn)。

1）用剛性更強(qiáng)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(guò)結(jié)構(gòu)改善增加剛性；3）更改車(chē)輪的位置，使其更加接近“井”字結(jié)構(gòu)的橫梁，減少懸臂長(zhǎng)度；4）最外側(cè)的兩個(gè)型鋼沒(méi)有改變。

從前面的分析結(jié)果可以看出：1）兩側(cè)安裝車(chē)輪的型鋼未有明顯變形；2）大車(chē)架最大變形處仍在換輥車(chē)軌道末端，但變形量明顯變小，最大變形為2.08mm，是原車(chē)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(chē)架變形量的30％。

圖4 改進(jìn)后的大車(chē)架三維模型

圖5 改進(jìn)后的大車(chē)架三維應(yīng)力分析結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

此大車(chē)架是青銅峽1850冷軋機(jī)換輥車(chē)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(jì)算無(wú)法對(duì)該車(chē)架做出準(zhǔn)確的剛性計(jì)算，第一次制造車(chē)架在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)變形嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致?lián)Q輥工作無(wú)法順利完成。

改造時(shí)使用了三維CAD軟件，建立三維建模、進(jìn)行應(yīng)力分析，計(jì)算出準(zhǔn)確的變形量，找出薄弱環(huán)節(jié)并基于加強(qiáng)。改進(jìn)后的大車(chē)架重3446Kg （原大車(chē)架重2350Kg），重量增加約46％；剛性增強(qiáng)2.5倍。改造后的大車(chē)架實(shí)際使用時(shí)測(cè)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。