中厚板粗轧机主传动系统动力学仿真及实验研究

论文摘要

中厚钢板是国家现代化建设不可缺少的钢材之一，其产品种类繁多并且应用领域非常广泛。中厚板轧机作为生产中厚钢板的大型冶金设备，其主传动系统是该设备的重要组成部分。轧机主传动系统的作用是将轧机在轧制过程中所需的动力传递到工作机上，驱动工作机的轧辊转动来完成轧制。这一系统的动力学特性会影响整套设备的使用寿命，并且与产品的质量有着直接的关系，所以掌握和评价轧机主传动系统的动力学特性是必要的。首先简单的介绍有限单元法理论和一些动力学仿真软件，在充分了解几款软件的优缺点后，结合轧机主传动系统动力学仿真的具体要求，合理地选择了分析所使用的软件，即通用有限元软件ANSYS。根据分析要求，建立了轧机主传动系统的有限元模型，真实的模拟该系统的实际物理模型。使用传递矩阵法对轧机主传动系统的固有频率进行初步计算，然后再应用ANSYS/Structural模块，对轧机主传动系统进行了模态分析，这一分析的计算结果给出了传动系统各阶模态的固有频率，并得到了每阶模态的振型位移云图，这样就很直观的反映出了各阶模态的变形形式。两种计算方法可以用来相互验证计算与仿真的准确性。在ANSYS/LS-DYNA模块下，对轧机主传动系统进行瞬态动力学仿真，这一仿真较为真实的反映出轧机在轧制过程中各部件的动态响应，经过后处理得到系统任意节点或单元的速度、加速度、应力、应变等仿真结果，并进行分析总结。通过研究仿真结果指出对该类轧机主传动系统进行优化的方向，还对轧机主传动系统的动力学特性进行了分析和总结。结合生产实际，对轧机主传动系统连接轴的扭矩进行了现场实测，得到轧制过程中扭矩的实测数据，用来验证仿真的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 题目的来源和课题的意义
• 1.2 轧机振动研究的发展与现状
• 1.3 本论文主要内容
• 2 中厚板轧机简介
• 2.1 轧机主机列
• 2.1.1 主传动系统
• 2.1.2 接轴及平衡装置
• 2.1.3 联轴节
• 2.2 四辊轧机工作机结构
• 2.2.1 机架
• 2.2.2 轧辊
• 2.2.3 轧辊的轴承及轴承座
• 2.2.4 压下与平衡装置
• 3 有限单元法及 ANSYS 软件简介
• 3.1 分析软件的选取
• 3.2 有限单元法简介
• 3.2.1 有限单元法特点及其应用
• 3.2.2 有限单元法的分析过程
• 3.3 通用有限元软件 ANSYS 介绍
• 3.3.1 ANSYS 软件的发展及其技术特点
• 3.3.2 ANSYS 软件的组成和分析功能
• 3.3.3 ANSYS 软件的解题步骤
• 3.3.4 ANSYS 系列软件单位系统的协调
• 4 轧机主传动系统固有频率计算与分析
• 4.1 传递矩阵法计算轧机主传动系统固有频率
• 4.1.1 等效刚度
• 4.1.2 扭转振动系统传递矩阵法基本理论
• 4.1.3 轧机主传动系统固有频率计算
• 4.2 模态分析理论及求解方法
• 4.2.1 模态分析理论
• 4.2.2 模态的提取方法
• 4.3 主传动系统的 ANSYS 模态分析
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 模态求解
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 轧机主传动系统瞬态动力响应分析及扭矩实验研究
• 5.1 动力学理论与数值计算方法
• 5.1.1 弹性动力学基本假设与基本方程
• 5.1.2 弹性动力学数值微分方程的建立
• 5.1.3 弹性动力学有限元基本解法与求解过程
• 5.1.4 接触-碰撞分析的数值计算方法
• 5.1.5 接触-碰撞算法的有限元实现
• 5.2 轧机主传动系统瞬态动力学仿真
• 5.2.1 实体模型的建立
• 5.2.2 单元选择与网格划分
• 5.2.3 边界条件及载荷的施加
• 5.2.4 求解与结果分析
• 5.3 轧机主传动系统扭矩测试实验
• 5.3.1 测试系统的组成
• 5.3.2 电阻应变片的选择与粘贴
• 5.3.3 电桥连接与信号传输方式
• 5.3.4 扭矩的计算
• 5.3.5 测试数据处理
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 传递矩阵法计算轧机主传动系统固有频率程序
• 在学研究成果
• 致谢