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大型鋼包回轉台及關鍵部件的有限元分析

發布於:2019-08-26 17:31
有限元分析

      鋼包回轉台是連鑄機生產線上的大型關鍵設備之一,設在連鑄機澆鑄位置上方用於運載鋼包過跨、支承鋼包的設備,起著連接上下兩道工序的重要作用。某連鑄工程技術有限公司設計的蝶形鋼包回轉台由底座、升降液壓缸、回轉架、鋼包支座、回轉臂、平行連杆、鞍形座、驅動裝置、防護板等組成,其單臂承載能力為280 t。鋼包回轉台工作時一般有三種載荷工況:①高位放包且滿包鋼水,低位無鋼包;②單邊高位滿包鋼水,低位空包;③高位、低位雙邊均滿包鋼水。    以往傳統的材料力學等方法在大量簡化結構的基礎上進行近似的解析計算校核,結果偏差較大,且難於進行整體結構的係統分析,故本文采用先進的計算機輔助工程CAE進行靜力有限元分析
      鋼包四轉台各零部件的機械性能、物理性能見表,按照三維CAD模型尺寸參數、結構特點及聯接方式,利用通用CAE前後處理工具軟件Hypermesh建立CAE分析的整體模型。在基本CAE模型的建立過程中,對於厚長比小於1/15的零件均采用板殼單元,特殊情況下,如回轉軸承、銷軸、軸套等均采用三維實體單元’3,。板殼單元在其相應零件板的中麵上構成。CAE模型總單元數為157560個、總節點數為174714個,其中包括774個剛性和剛性連接單元及7128個接觸單元。本文中單臂承載能力280 t包回轉台的零件個數是352個。圖是鋼包回轉台支撐臂處在接放鋼包狀態時的三維CAE模型。
      分析方法包括求解器及其相應仿真算法的選擇。為了全麵真實地仿真鋼包回轉台的載荷傳遞哪載荷路徑特點,應充分考慮銷軸副的軸孔間的相對轉動,應計入摩擦因素,故采用接觸單元模擬銷軸連接的軸孔接觸麵,對於回轉軸承,三組滾動體亦須考慮采用接觸單元模擬,接觸是一種高度非線性行為,迭代求解繁瑣且所用機時遠比非接觸問題長,且解算效率較高,以反映相對轉動的運動實質,本文選用可提供接觸問題靜力結構算法的ANSYS仿真軟件作為求解器,分析結果的後處理仍采用Hypermesh完成。鋼包回轉台是靠底座上的40個M72的螺栓固定在設備基礎上,因此對所有的螺栓施加全約束。在實際建模中,采用模擬螺栓作用的剛性單元代替,對剛性單元施加6個自由度的約束。   
      鋼包回轉台所受到的載荷來自兩個方麵,即裝置自身的重力載荷和承受的鋼包、鋼水重力載荷。鋼包回轉台裝置自身重力載荷為1720281.6N<175.36N。鋼包回轉台在高位放包時有三種載荷工況,高位滿包載荷均乘1.8的衝擊載荷係數無且三種工況均已分析計算,本文僅給出最惡劣工況,即“高位滿包、低位為空”工況的仿真分析結果。滿包載荷自身重力載荷通過施加重力加速度完成。鋼包鋼水角重力載荷作用在鞍形座上,將一對鞍形座上表麵的若幹節點用剛性單元集中連接於鞍形座對稱中心點,然後在此中心節點上按不同的工況施加鋼包和鋼水的重力載荷。   
      采用ANSYS非線性接觸結構靜力分析方法仿真上述約束和載荷條件下的CAE模型,得出了鋼包回轉台整體係統的應力和彈性變形位移結果。表給出整體最大應力值和所在危險部位。



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