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

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

直機(jī)骨架是直機(jī)的重要部件。在直機(jī)的彎曲過(guò)程中，它承受著直的力、力和部分直的力。此外，應(yīng)在支撐機(jī)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(jī)。因此，直機(jī)架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)矯直機(jī)形式和工作要求,矯直機(jī)機(jī)架分為鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架和預(yù)應(yīng)力組合機(jī)架3種。目前鋼板預(yù)應(yīng)力組合機(jī)架以其整體重量輕、內(nèi)部缺陷少、剛度大、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于中厚板輥式矯直機(jī)的設(shè)計(jì)制造中。本文以某鋼廠十一輥中厚板熱矯直機(jī)為例,對(duì)其預(yù)應(yīng)力機(jī)架進(jìn)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(jī)架包括以下幾個(gè)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(jī)架受力的主要結(jié)構(gòu),并連接上橫梁和下箱體。裝配時(shí),通過(guò)液壓螺母的作用使拉桿拉伸、中間框架壓縮,同時(shí)連接螺紋也會(huì)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(shí)所墊入墊片的厚度。其中螺紋的變形量可以忽略不計(jì),因此變形量的來(lái)源主要取決于兩個(gè)因素,一個(gè)是預(yù)緊時(shí)拉桿的伸長(zhǎng)量,另一個(gè)是中間框架的壓縮量,這是反映機(jī)架剛度的兩個(gè)最主要因素。因此,要在不失準(zhǔn)確性的前提下,對(duì)機(jī)架的有限元測(cè)量模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)量模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。1.1預(yù)應(yīng)力矯直機(jī)應(yīng)對(duì)由于預(yù)應(yīng)力機(jī)架呈現(xiàn)左右對(duì)稱狀態(tài),為節(jié)約計(jì)算時(shí)間,以機(jī)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(shí),選用8結(jié)點(diǎn)實(shí)體單元(solid185),預(yù)應(yīng)力矯直機(jī)機(jī)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(yàn)裝置測(cè)量在矯直生產(chǎn)過(guò)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(cè)量方法和保護(hù)措施不僅能夠保證試驗(yàn)的科學(xué)性,更能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此實(shí)際測(cè)量時(shí),如圖1所示,按照全橋測(cè)量方式,分別在機(jī)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(hù)裝置,引出導(dǎo)線并標(biāo)定。在現(xiàn)場(chǎng)裝配完畢后檢查導(dǎo)線連接情況以確認(rèn)試驗(yàn)裝置是否可用。在矯直板材過(guò)程中,產(chǎn)生的應(yīng)變信號(hào)經(jīng)隔離和放大作用后由上位機(jī)記錄存儲(chǔ)。2預(yù)測(cè)安裝時(shí)間間隔的分析2.1預(yù)緊后的實(shí)際變形與模擬變形的比較2.1.1大矯直力裝復(fù)電實(shí)驗(yàn)用矯直機(jī)設(shè)計(jì)最大矯直力為3200t,單立柱最大矯直力為800t,實(shí)際裝配時(shí)在單機(jī)架預(yù)緊力為1138.2t時(shí),上橫梁和液壓螺母間產(chǎn)生18mm的間隙,此時(shí)塞入預(yù)緊墊片實(shí)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(yùn)用ansys分析軟件計(jì)算后,拉桿伸長(zhǎng)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(shí)際值18mm相比誤差很小,約為0.013%.2.2預(yù)緊后機(jī)的力和測(cè)量值的比較2.2.1預(yù)緊后根據(jù)力學(xué)性能測(cè)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(cè)點(diǎn)處應(yīng)力為-86.56MPa,桿處于受拉伸狀態(tài),所測(cè)點(diǎn)處應(yīng)力為446.34MPa.這說(shuō)明機(jī)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(qiáng)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(jī)架裝配前貼好的,當(dāng)機(jī)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(jìn)行計(jì)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(shí)測(cè)值誤差均很小,理論值、模擬值和實(shí)測(cè)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(hào),圖6-圖9為矯直板材Q345-A時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化曲線。由此可知:①在咬鋼和拋鋼時(shí),預(yù)應(yīng)力機(jī)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(gè)重要的因素。②在矯直過(guò)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(jī)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(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合,結(jié)果說(shuō)明預(yù)應(yīng)力機(jī)架具有較高的強(qiáng)度和剛度,為預(yù)應(yīng)力機(jī)架的設(shè)計(jì)制造提供技術(shù)支持和理論保證。(2)矯直咬鋼和拋鋼時(shí)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(shí)變化,從而影響板材矯后平直度的主要