矫直机预应力架应力应变分布的研究

矫直机预应力架应力应变分布的研究

直机骨架是直机的重要部件。在直机的弯曲过程中，它承受着直的力、力和部分直的力。此外，应在支撑机构的辊系统、压力分布系统和平衡系统上安装直机。因此，直机架应具有足够的强度和刚度。根据矫直机形式和工作要求,矫直机机架分为铸造机架、焊接机架和预应力组合机架3种。目前钢板预应力组合机架以其整体重量轻、内部缺陷少、刚度大、强度高等优点,广泛应用于中厚板辊式矫直机的设计制造中。本文以某钢厂十一辊中厚板热矫直机为例,对其预应力机架进行分析。1螺纹和预应力的安装如图1所示,预应力机架包括以下几个部分:中间框架、预紧拉杆、上横梁和下箱体。中间框架及预紧拉杆为机架受力的主要结构,并连接上横梁和下箱体。装配时,通过液压螺母的作用使拉杆拉伸、中间框架压缩,同时连接螺纹也会发生相应的变形,所有这些变形的总变形量为预紧时所垫入垫片的厚度。其中螺纹的变形量可以忽略不计,因此变形量的来源主要取决于两个因素,一个是预紧时拉杆的伸长量,另一个是中间框架的压缩量,这是反映机架刚度的两个最主要因素。因此,要在不失准确性的前提下,对机架的有限元测量模型和实验测量模型进行简化。1.1预应力矫直机应对由于预应力机架呈现左右对称状态,为节约计算时间,以机架的四分之一作为有限元分析的几何模型,如图2所示。网格划分时,选用8结点实体单元(solid185),预应力矫直机机架可视为4块420*80*5230钢板焊接而成,材质为Q345-A,σs≥345MPa,σb≥470MPa,弹性模量为211000MPa,泊松比为0.3;拉杆直径为180mm,材质为30Cr2Ni2Mo,弹性模量为221000MPa,Rm≥900MPa,Rp0.2≥700MPa,泊松比为0.3.使用接触单元TARGE170和CONTACT174定义接触面,摩擦系数为0.2.1.2全桥式大桥式框架内的试验装置测量在矫直生产过程中,设备是在高温、重载、多尘的恶劣环境下工作的。选择合理的测量方法和保护措施不仅能够保证试验的科学性,更能保证数据的准确性。因此实际测量时,如图1所示,按照全桥测量方式,分别在机架入口侧和出口侧的框架及拉杆中间部位外表面贴应变片。然后涂抹防潮剂,固定保护装置,引出导线并标定。在现场装配完毕后检查导线连接情况以确认试验装置是否可用。在矫直板材过程中,产生的应变信号经隔离和放大作用后由上位机记录存储。2预测安装时间间隔的分析2.1预紧后的实际变形与模拟变形的比较2.1.1大矫直力装复电实验用矫直机设计最大矫直力为3200t,单立柱最大矫直力为800t,实际装配时在单机架预紧力为1138.2t时,上横梁和液压螺母间产生18mm的间隙,此时塞入预紧垫片实施预紧,预紧系数约为1.42.2.1.2液压螺钉中间框架压缩量结果如图3所示,运用ansys分析软件计算后,拉杆伸长量为14.389mm,中间框架压缩量为3.853mm,中间框架和液压螺母之间产生间隙为14.389+3.853=18.242mm.与实际值18mm相比误差很小,约为0.013%.2.2预紧后机的力和测量值的比较2.2.1预紧后根据力学性能测试杆拉伸力如图4、图5所示,在预应力作用下,框架处于受压缩状态,所测点处应力为-86.56MPa,杆处于受拉伸状态,所测点处应力为446.34MPa.这说明机架在预紧后处在较大的应力状态下,已具有较高的强度和刚度。2.2.2框架贴应变片和拉力贴应力由于应变片是在机架装配前贴好的,当机架在装配预紧后产生了相应的应变,读取应变仪读数后进行计算,便可得到框架贴应变片处和拉杆贴应变片处应力,如表1所示。由表1可知,模拟值和实测值误差均很小,理论值、模拟值和实测值一致。3冲击应力的影响共采集了6种不同钢种的信号,图6-图9为矫直板材Q345-A时各测点应力变化曲线。由此可知:①在咬钢和抛钢时,预应力机架和拉杆均受到明显的冲击,冲击应力是使设备损坏的一个重要的因素。②在矫直过程中,预应力框架在矫直力作用下应力明显降低,但仍处于受压缩状态。预应力拉杆在矫直力作用下应力明显升高,但最大值仍小于拉杆材料许可应力,这与预应力机架理论一致。③入口侧所受矫直力明显大于出口侧,这与矫直工艺理论一致。4设备的不足(1)有限元模拟和实验测量相结合,结果说明预应力机架具有较高的强度和刚度,为预应力机架的设计制造提供技术支持和理论保证。(2)矫直咬钢和抛钢时的冲击应力是使设备疲劳损坏和失效最主要的原因,也是引起矫直辊缝瞬时变化,从而影响板材矫后平直度的主要