(1.唐山市德龍鋼鐵有限公司，河北唐山 063604;

2.秦皇島西重所燕大重型機(jī)械研究院有限公司，河北秦皇島 066004;

3.陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710032)

(1.唐山市德龍鋼鐵有限公司，河北唐山 063604;

2.秦皇島西重所燕大重型機(jī)械研究院有限公司，河北秦皇島 066004;

3.陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710032)

針對(duì)某六流小方坯連鑄機(jī)輸送輥道所采用集中鏈條傳動(dòng)方式存在驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、維修工作量大的問題，擬進(jìn)行改造。提出了通軸的結(jié)構(gòu)形式和單獨(dú)傳動(dòng)的方案，對(duì)改進(jìn)后輸送輥道主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元計(jì)算和分析，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

輥道;通軸;改造;優(yōu)化;有限元

0 前言

輸送輥道是連鑄生產(chǎn)縱向運(yùn)送鑄坯的設(shè)備，布滿生產(chǎn)作業(yè)線。輥道的傳動(dòng)方式分集中傳動(dòng)、單獨(dú)傳動(dòng)和空轉(zhuǎn)三種。前兩種應(yīng)用較廣，尤其是單獨(dú)傳動(dòng)方式發(fā)展較快。而不傳動(dòng)的空轉(zhuǎn)輥道應(yīng)用較少，如重力輥道，或在長(zhǎng)件的運(yùn)輸輥道輥?zhàn)又虚g間隔放置空轉(zhuǎn)輥?zhàn)樱瑑H起支撐作用。

現(xiàn)有輸送輥道為六流，集中鏈條傳動(dòng)方式，改進(jìn)為通軸，單獨(dú)傳動(dòng)。本著先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠的原則，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，充分利用現(xiàn)有設(shè)備和設(shè)施，以節(jié)省投資。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、合理制定施工方案，以縮短停產(chǎn)改造時(shí)間。針對(duì)現(xiàn)有輥道結(jié)構(gòu)存在的問題，利用大型通用有限元計(jì)算軟件ANSYS對(duì)該活動(dòng)段框架進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度等有限元分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、提高輥道的使用壽命和可靠性提供了理論依據(jù)。

1 輸送輥道工況分析及改造方案的提出

現(xiàn)有輸送輥道為六流，集中鏈條傳動(dòng)方式，如圖1所示。集中傳動(dòng)輥道僅用在工作負(fù)荷特別沉重的條件下，通常是運(yùn)送短而粗的軋件，軋件的重量集中作用在為數(shù)不多的幾個(gè)輥?zhàn)由?。傳?dòng)方式驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修工作量大［1］。

圖1 原有輥道三維示意圖Fig.1The schematic diagram for the former conveying rollers

現(xiàn)將輥道改進(jìn)為通軸，單獨(dú)傳動(dòng)，如圖2所示。單獨(dú)傳動(dòng)輥道，即一個(gè)輥?zhàn)踊騼蓚€(gè)輥?zhàn)佑梢慌_(tái)電機(jī)傳動(dòng)。這種傳動(dòng)方式，飛輪距小，啟動(dòng)制動(dòng)容易;可單獨(dú)快速換輥，維修方便，而且不影響生產(chǎn);結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。單獨(dú)傳動(dòng)輥道更適用于較長(zhǎng)的件，軋件的重量分配在多個(gè)輥?zhàn)由?，此時(shí)集體傳動(dòng)能充分利用電機(jī)功率的優(yōu)越性不存在了［2］。

圖2 改進(jìn)后的通軸輥道示意圖Fig.2Schematic diagram for the improved hole-though rollers

將輸送輥道為六流集中鏈條傳動(dòng)方式改為通軸單獨(dú)傳動(dòng)，是將每一排分散的六個(gè)輥?zhàn)雍铣梢粋€(gè)通輥。這樣會(huì)致使通輥的剛度和軸頭部分的強(qiáng)度受到影響，進(jìn)而影響輥道輸送工作的正常運(yùn)行。本文提出中部增加支承輥，通過有限元方法計(jì)算，以保證通軸剛度和軸頭強(qiáng)度。

2 有限元模型的建立

2.1 通軸輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)

比較現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)和改進(jìn)設(shè)備的分析結(jié)果。在保證現(xiàn)有剛度和強(qiáng)度基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其性能，結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中通輥為無縫鋼管制造。

由于通軸較長(zhǎng)，所以通軸的剛度和軸頭的強(qiáng)度需要進(jìn)一步驗(yàn)證。取通軸為主要分析對(duì)象，采用六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分如圖4所示。

2.2 邊界條件

在軸頭與軸承接觸部分添加約束，使其不能發(fā)生位移，只能沿軸向旋轉(zhuǎn)。對(duì)支承輥也施加此約束。在支承輥與通軸接觸的兩個(gè)面上定義無摩擦接觸。沿重力方向施加重力場(chǎng)［3-4］。

輥箍與通軸接觸部分施加鋼坯對(duì)通軸的作用力，其中包括鋼坯的重力和對(duì)輥箍的摩擦力。鋼坯重量對(duì)通軸的作用方向與重力場(chǎng)方向相同。根據(jù)鋼坯(150 mm×150 mm×12 000 mm)與輥箍的接觸情況，計(jì)算輥?zhàn)映惺茕撆鞯闹亓?。?dāng)運(yùn)輸鋼坯較長(zhǎng)，以鋼錠全長(zhǎng)所跨越輥?zhàn)訑?shù)的2/3平均承受軋件的重量來計(jì)算。鋼坯的摩擦力對(duì)通軸的作用方向與鋼坯運(yùn)動(dòng)方向相反。由于鋼坯溫度較高，輥箍對(duì)鋼坯的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取0.3［5-6］。

3 通軸計(jì)算結(jié)果分析

如圖5a所示，最大位移發(fā)生在輥?zhàn)又虚g，為1.550 mm;圖5b中，最大位移發(fā)生在輥?zhàn)?/ 4處，為0.074 mm;圖5c中，最大位移發(fā)生在輥?zhàn)?/4處，為0.091 mm。

比較圖5a與圖5b發(fā)現(xiàn)，在不改變通軸幾何尺寸的條件下，最大變形位置發(fā)生變化，通過增加支承輥，通軸的變形程度僅為未增加支承輥時(shí)產(chǎn)生變形的1/20，顯著的減小了通軸的變形程度。

圖5 通軸變形云圖Fig.5Deformation cloud diagram of the axle

比較圖5c與圖5b發(fā)現(xiàn)，在同樣增加支承輥的條件下，通軸外徑由299 mm減小到273 mm，輥?zhàn)拥淖畲笞冃蝺H增大0.017 mm。

在通軸僅有兩端支撐時(shí)，軸頭部分應(yīng)力達(dá)到125 MPa，如圖6a所示。在通軸兩端支撐并增加支撐輥時(shí)軸頭部分應(yīng)力為15 MPa，如圖6b所示。比較6a與6b發(fā)現(xiàn)，在不改變輥?zhàn)訋缀纬叽绲臈l件下，通過增加支承輥，可以顯著減小通軸軸頭的應(yīng)力。

圖6 通軸軸頭部分應(yīng)力云圖Fig.6Stress cloud diagram of the axle end

在通軸兩端支撐，增加支撐輥并減小通軸外徑時(shí)，軸頭部分應(yīng)力為15 MPa，但是15 MPa部分較通軸兩端支撐并增加支撐輥時(shí)大，如圖6c所示。比較6c與6b發(fā)現(xiàn)，在同樣增加支承輥的條件下，通軸外徑由299 mm減小到273 mm，輥?zhàn)拥膽?yīng)力增加較小。

4 結(jié)論

(1)增加支承輥可以顯著減小輥?zhàn)拥淖冃?，明顯減小輥?zhàn)拥膽?yīng)力。通軸外徑由299 mm減小到273 mm，對(duì)其剛度和強(qiáng)度影響不大，重量減小500 kg。

(2)通過分析計(jì)算采用帶支承輥的通長(zhǎng)輥，單獨(dú)傳動(dòng)方式可以有效的滿足經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠的原則;通過對(duì)改進(jìn)后輸送輥道主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算和分析，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證后實(shí)施改造，取得預(yù)期效果。

［1］胡孟君.輥道座強(qiáng)度有限元分析［J］.重型機(jī)械科技，2003(3).

［2］劉趙衛(wèi)，王岐，王克勇.大方坯連鑄機(jī)活動(dòng)段框架分析及改進(jìn)［J］.重型機(jī)械，2008(1).

［3］王海文.軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［4］張美玲，任大明，李波.熱軋熱輸出輥道故障分析與改進(jìn)［J］.冶金設(shè)備，2011(1).

［5］韓繼鋮，任學(xué)平.熱軋帶鋼軋機(jī)工作輥熱應(yīng)力的有限元分析［J］.包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，25(4).

小方坯連鑄機(jī)出坯輥道優(yōu)化分析

張大力1，葛俊禮2，樸英敏2，龍鵠2，李傳東3

Optimized analysis for billets conveying rollers of CCM

ZHANG Da-li1，GE Jun-li2，PIAO Ying-min2，LONG Hu2，LI Chuan-dong3
(1.Tangshan Delong Steel Co.，Ltd.，Tangshan，063604，China; 2.Qinhuangdao Xizhongsuo Yanda Heavy Machinery Research Institude Co.，Ltd.，Qinhuangdao，066004，China; 3.Shanxi Metallurgical Design and Research Institude Co.，Ltd.，Xi'an，710032，China;)

Centralized chain transmission was adopted for the conveying rollers of a 6 strand billet caster.With this complex driving device and transmission mechanism，problems including high failure rate and heavy maintenance task exist at present.So the modification was proposed.In this paper，the hole-through axle structure with individual drive was put forward to replace the former one.In addition，the finite element calculation and analysis was used to simulate and verify the performance of the improved roller conveyer structure.

rollers;hole-through axle;modification;optimization;FEM

TF55

A

1001-196X(2014)05-0044-03

2014-06-25;

2014-07-13

張大力(1982-)，男，唐山市德龍鋼鐵有限公司助理工程師，從事連鑄設(shè)備維護(hù)、技術(shù)改造工作。