薄带连铸试验轧机力能参数计算及强度分析

论文摘要

为满足新产品、新工艺、新技术研究和开发的需要,宝钢在薄带连铸中试线铸机后增设一台试验轧机,用于在线将铸带轧制成规定的厚度。开展薄带连铸试验轧机的研究工作对于轧机的选型、轧机的刚度设计、零部件的强度评价具有重要的实际参考价值。本文运用轧制理论、材料力学、弹性力学、程序开发技术及有限元理论等基础理论和技术对试验轧机的轧制力能参数、机架、工作辊和轧辊辊系开展了比较深入的研究。轧制力能参数是轧机设计时轧机刚度计算和零部件强度分析和校核的基础,同时也是轧机选型的重要依据。本文首先根据薄带连铸工艺的特点,分析了影响轧机力能参数的各种物理因素,以轧制理论为基础建立了薄带轧制过程的力能参数计算模型,按照面向对象的程序设计思想,编制了可视化的轧制力能参数计算程序,利用该程序计算了薄带连铸试验轧机的轧制力能参数,确定了轧机机型。根据材料力学、弹性力学理论,对轧机机架、轧辊辊系、压下系统、支撑辊轴承座、垫板等部件的弹性变形进行了分析,建立了薄带连铸试验轧机的刚度系数计算模型,以轧机刚度系数计算模型为基础,编制了轧机刚度的可视化计算程序,利用该程序计算了试验轧机的刚度系数,校核了轧机刚度,提高了轧机设计计算的效率和准确性。轧机具有足够的强度是保证进行正常轧制的必要条件。本文开展了薄带连铸试验轧机机架和工作辊的有限元建模和计算,对其进行了强度分析和校核。建立了工作辊和支承辊在最大轧制力压靠状态下的有限元模型,对其进行了非线性有限元计算和分析,得出了辊系等效应力的分布规律和轧辊辊面的最大等效应力,结果表明最大等效应力在许用应力范围之内,完成了薄带连铸试验轧机的强度分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 轧制力能参数的国内外研究进展
• 1.1.1 轧制力能参数研究的解析方法进展
• 1.1.1.1 工程计算法
• 1.1.1.2 滑移线法
• 1.1.1.3 变分法
• 1.1.1.4 上界法
• 1.1.2 轧制力能参数研究的数值方法进展
• 1.1.2.1 有限元法
• 1.1.2.2 边界元法
• 1.1.2.3 条元法
• 1.2 轧机机架的研究现状
• 1.3 轧辊强度的研究现状
• 1.4 研究背景与研究意义
• 1.5 研究内容及技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第2章 轧制力能参数计算及程序实现
• 2.1 轧制压力数学模型的建立
• 2.1.1 平均单位压力计算模型
• 2.1.1.1 前滑区单位压力计算模型
• 2.1.1.2 后滑区单位压力计算模型
• 2.1.1.3 中性角计算公式
• 2.1.1.4 接触面积上平均单位压力的计算
• 2.1.1.5 外摩擦应力状态系数的简化
• 2.1.2 变形抗力的确定
• 2.1.2.1 变形程度的确定
• 2.1.2.2 变形温度的确定
• 2.1.2.3 变形速度的确定
• 2.1.2.4 变形抗力模型的确定
• 2.1.3 轧制力计算模型的确定
• 2.1.4 轧制力计算模型的解法
• 2.2 轧制力矩模型的确定
• 2.3 轧制功率模型的确定
• 2.4 轧制力能参数计算的程序实现及计算结果
• 2.4.1 轧制力能参数计算的程序实现
• 2.4.2 轧制力能参数计算结果
• 2.5 小结
• 第3章 轧机刚度系数的理论计算及程序实现
• 3.1 轧机部件弹性变形的理论计算
• 3.1.1 机架的弹性变形计算
• 3.1.1.1 机架横梁截面上的弯矩计算
• 3.1.1.2 机架的弹性变形计算
• 3.1.2 辊系的弹性变形计算
• 3.1.2.1 支承辊的弹性变形计算
• 3.1.2.2 工作辊与支承辊的弹性压扁变形计算
• 3.1.2.3 工作辊的弹性压扁变形计算
• 3.1.3 轴承座的弹性变形计算
• 3.1.4 轴承调心垫板的弹性变形计算
• 3.1.5 阶梯垫板的弹性变形计算
• 3.1.6 压下系统的弹性变形计算
• 3.2 轧机刚度计算的程序实现
• 3.2.1 轧机刚度系数
• 3.2.2 轧机刚度计算的程序实现
• 3.3 轧机刚度系数计算结果及刚度校核
• 3.4 小结
• 第4章 机架和轧辊的有限元计算和强度分析
• 4.1 机架的有限元计算和强度分析
• 4.1.1 有限元模型的建立
• 4.1.2 边界条件
• 4.1.3 有限元计算结果及分析
• 4.1.4 机架强度校核
• 4.2 工作辊扁头和卡环的有限元计算和强度分析
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 边界条件
• 4.2.2.1 工作辊传递扭矩的计算
• 4.2.2.2 工作辊传动端传递扭矩
• 4.2.3 求解结果分析
• 4.2.4 强度的校核
• 4.3 工作辊与支承辊之间的接触分析
• 4.3.1 有限元模型的建立
• 4.3.2 边界条件
• 4.3.3 求解结果及强度分析
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢